一些示例

界面驅(qū)動的應(yīng)用（UI-driven applications）

我們來設(shè)想一個傳統(tǒng)的三層 C/S 架構(gòu)，例如一個常見的電子商務(wù)應(yīng)用（比如在線寵物商店），假設(shè)它服務(wù)端用 Java，客戶端用 HTML/JavaScript：

在這個架構(gòu)下客戶端通常沒什么功能，系統(tǒng)中的大部分邏輯——身份驗證、頁面導(dǎo)航、搜索、交易——都在服務(wù)端實現(xiàn)。

把它改造成 Serverless 架構(gòu)的話會是這樣：

這是張大幅簡化的架構(gòu)圖，但還是有相當(dāng)多變化之處：

1. 我們移除了最初應(yīng)用中的身份驗證邏輯，換用一個第三方的 BaaS 服務(wù)。

2. 另一個 BaaS 示例：我們允許客戶端直接訪問一部分?jǐn)?shù)據(jù)庫內(nèi)容，這部分?jǐn)?shù)據(jù)完全由第三方托管（如 AWS Dynamo），這里我們會用一些安全配置來管理客戶端訪問相應(yīng)數(shù)據(jù)的權(quán)限。

3. 前面兩點已經(jīng)隱含了非常重要的第三點：先前服務(wù)器端的部分邏輯已經(jīng)轉(zhuǎn)移到了客戶端，如保持用戶 Session、理解應(yīng)用的 UX 結(jié)構(gòu)（做頁面導(dǎo)航）、獲取數(shù)據(jù)并渲染出用戶界面等等?？蛻舳藢嶋H上已經(jīng)在逐步演變?yōu)閱雾搼?yīng)用。

4. 還有一些任務(wù)需要保留在服務(wù)器上，比如繁重的計算任務(wù)或者需要訪問大量數(shù)據(jù)的操作。這里以“搜索”為例，搜索功能可以從持續(xù)運(yùn)行的服務(wù)端中拆分出來，以 FaaS 的方式實現(xiàn)，從 API 網(wǎng)關(guān)（后文做詳細(xì)解釋）接收請求返回響應(yīng)。這個服務(wù)器端函數(shù)可以和客戶端一樣，從同一個數(shù)據(jù)庫讀取產(chǎn)品數(shù)據(jù)。我們原始的服務(wù)器端是用 Java 寫的，而 AWS Lambda（假定我們用的這家 FaaS 平臺）也支持 Java，那么原先的搜索代碼略作修改就能實現(xiàn)這個搜索函數(shù)。

5. 最后我們還可以把“購買”功能改寫為另一個 FaaS 函數(shù)，出于安全考慮它需要在服務(wù)器端，而非客戶端實現(xiàn)。它同樣經(jīng)由 API 網(wǎng)關(guān)暴露給外部使用。

消息驅(qū)動的應(yīng)用（Message-driven applications）

再舉一個后端數(shù)據(jù)處理服務(wù)的例子。假設(shè)你在做一個需要快速響應(yīng) UI 的用戶中心應(yīng)用，同時你又想捕捉記錄所有的用戶行為。設(shè)想一個在線廣告系統(tǒng)，當(dāng)用戶點擊了廣告你需要立刻跳轉(zhuǎn)到廣告目標(biāo)，同時你還需要記錄這次點擊以便向廣告客戶收費(fèi)（這個例子并非虛構(gòu)，我的一位前同事最近就在做這項重構(gòu)）。

傳統(tǒng)的架構(gòu)會是這樣：“廣告服務(wù)器”同步響應(yīng)用戶的點擊，同時發(fā)送一條消息給“點擊處理應(yīng)用”，異步地更新數(shù)據(jù)庫（例如從客戶的賬戶里扣款）。

在 Serverless 架構(gòu)下會是這樣：

這里兩個架構(gòu)的差異比我們上一個例子要小很多。我們把一個長期保持在內(nèi)存中待命的任務(wù)替換為托管在第三方平臺上以事件驅(qū)動的 FaaS 函數(shù)。注意這個第三方平臺提供了消息代理和 FaaS 執(zhí)行環(huán)境，這兩個緊密相關(guān)的系統(tǒng)。

解構(gòu) “Function as a Service”

我們已經(jīng)提到多次 FaaS 的概念，現(xiàn)在來挖掘下它究竟是什么含義。先來看看 Amazon 的 Lambda 產(chǎn)品簡介：

通過 AWS Lambda，無需配置或管理服務(wù)器(1)即可運(yùn)行代碼。您只需按消耗的計算時間付費(fèi) – 代碼未運(yùn)行時不產(chǎn)生費(fèi)用。借助 Lambda，您幾乎可以為任何類型的應(yīng)用程序或后端服務(wù)(2)運(yùn)行代碼，而且全部無需管理。只需上傳您的代碼，Lambda 會處理運(yùn)行(3)和擴(kuò)展高可用性(4)代碼所需的一切工作。您可以將您的代碼設(shè)置為自動從其他 AWS 服務(wù)(5)觸發(fā)，或者直接從任何 Web 或移動應(yīng)用程序(6)調(diào)用。

1. 本質(zhì)上 FaaS 就是無需配置或管理你自己的服務(wù)器系統(tǒng)或者服務(wù)器應(yīng)用即可運(yùn)行后端代碼，其中第二項——服務(wù)器應(yīng)用——是個關(guān)鍵因素，使其區(qū)別于現(xiàn)今其他一些流行的架構(gòu)趨勢如容器或者 PaaS（Platform as a Service）?；仡櫱懊纥c擊處理的例子，F(xiàn)aaS 替換掉了點擊處理服務(wù)器（可能跑在一臺物理服務(wù)器或者容器中，但絕對是一個獨立的應(yīng)用程序），它不需要服務(wù)器，也沒有一個應(yīng)用程序在持續(xù)運(yùn)行。

2. FaaS 不需要代碼基于特定的庫或框架，從語言或環(huán)境的層面來看 FaaS 就是一個普通的應(yīng)用程序。例如 AWS Lambda 支持 JavaScript、Python 以及任意 JVM 語言（Java、Clojure、Scala 等），并且你的 FaaS 函數(shù)還可以調(diào)用任何一起部署的程序，也就是說實際上你可以用任何能編譯為 Unix 程序的語言（稍后我們會講到 Apex）。FaaS 也有一些不容忽視的局限，尤其是牽涉到狀態(tài)和執(zhí)行時長問題，這些我們稍后詳談。 再次回顧一下點擊處理的例子——代碼遷移到 FaaS 唯一需要修改的是 main 方法（啟動）的部分，刪掉即可，也許還會有一些上層消息處理的代碼（實現(xiàn)消息監(jiān)聽界面），不過這很可能只是方法簽名上的小改動。所有其他代碼（比如那些訪問數(shù)據(jù)庫的）都可以原樣用在 FaaS 中。

3. 既然我們沒有服務(wù)器應(yīng)用要執(zhí)行，部署過程也和傳統(tǒng)的方式大相徑庭——把代碼上傳到 FaaS 平臺，平臺搞定所有其他事情。具體而言我們要做的就是上傳新版的代碼（zip 文件或者 jar 包）然后調(diào)用一個 API 來激活更新。

4. 橫向擴(kuò)展是完全自動化、彈性十足、由 FaaS 平臺供應(yīng)商管理的。如果你需要并行處理 100 個請求，不用做任何處理系統(tǒng)可以自然而然地支持。FaaS 的“運(yùn)算容器”會在運(yùn)行時按需啟動執(zhí)行函數(shù)，飛快地完成并結(jié)束。 回到我們的點擊處理應(yīng)用，假設(shè)某個好日子我們的客戶點擊廣告的數(shù)量有平日的十倍之多，我們的點擊處理應(yīng)用能承載得住么？我們寫的代碼是否支持并行處理？支持的話，一個運(yùn)行實例能夠處理這么多點擊量嗎？如果環(huán)境允許多進(jìn)程執(zhí)行我們能自動支持或者手動配置支持嗎？以 FaaS 實現(xiàn)你的代碼需要一開始就以并行執(zhí)行為默認(rèn)前提，但除此之外就沒有其他要求了，平臺會完成所有的伸縮性需求。

5. FaaS 中的函數(shù)通常都由平臺指定的一些事件觸發(fā)。在 AWS 上有 S3（文件）更新、時間（定時任務(wù)）、消息總線（Kinesis）消息等，你的函數(shù)需要指定監(jiān)聽某個事件源。在點擊處理器的例子中我們有個假設(shè)是已經(jīng)采用了支持 FaaS 訂閱的消息代理，如果沒有的話這部分也需要一些代碼量。

6. 大部分的 FaaS 平臺都支持 HTTP 請求觸發(fā)函數(shù)執(zhí)行，通常都是以某種 API 網(wǎng)關(guān)的形式實現(xiàn)（如 AWS API Gateway，Webtask）。我們在寵物商店的例子中就以此來實現(xiàn)搜索和購買功能。

狀態(tài)

當(dāng)牽涉到本地（機(jī)器或者運(yùn)行實例）狀態(tài)時 FaaS 有個不能忽視的限制。簡單點說就是你需要接受這么一個預(yù)設(shè)：函數(shù)調(diào)用中創(chuàng)建的所有中間狀態(tài)或環(huán)境狀態(tài)都不會影響之后的任何一次調(diào)用。這里的狀態(tài)包括了內(nèi)存數(shù)據(jù)和本地磁盤存儲數(shù)據(jù)。從部署的角度換句話說就是 FaaS 函數(shù)都是無狀態(tài)的（Stateless）。

這對于應(yīng)用架構(gòu)有重大的影響，無獨有偶，“Twelve-Factor App” 的概念也有一模一樣的要求。

在此限制下的做法有多種，通常這個 FaaS 函數(shù)要么是天然無狀態(tài)的——純函數(shù)式地處理輸入并且輸出，要么使用數(shù)據(jù)庫、跨應(yīng)用緩存（如 Redis）或者網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)（如 S3）來保存需要進(jìn)一步處理的數(shù)據(jù)。

執(zhí)行時長

FaaS 函數(shù)可以執(zhí)行的時間通常都是受限的，目前 AWS Lambda 函數(shù)執(zhí)行最長不能超過五分鐘，否則會被強(qiáng)行終止。

這意味著某些需要長時間執(zhí)行的任務(wù)需要調(diào)整實現(xiàn)方法才能用于 FaaS 平臺，例如你可能需要把一個原先長時間執(zhí)行的任務(wù)拆分成多個協(xié)作的 FaaS 函數(shù)來執(zhí)行。

啟動延遲

目前你的 FaaS 函數(shù)響應(yīng)請求的時間會受到大量因素的影響，可能從 10 毫秒到 2 分鐘不等。這聽起來很糟糕，不過我們來看看具體的情況，以 AWS Lambda 為例。

如果你的函數(shù)是 JavaScript 或者 Python 的，并且代碼量不是很大（千行以內(nèi)），執(zhí)行的消耗通常在 10 到 100 毫秒以內(nèi)，大函數(shù)可能偶爾會稍高一些。

如果你的函數(shù)實現(xiàn)在 JVM 上，會偶爾碰到 10 秒以上的 JVM 啟動時間，不過這只會在兩種情況下發(fā)生：

你的函數(shù)調(diào)用觸發(fā)比較稀少，兩次調(diào)用間隔超過 10 分鐘。

流量突發(fā)峰值，比如通常每秒處理 10 個請求的任務(wù)在 10 秒內(nèi)飆升到每秒 100 個。

前一種情況可以用個 hack 來解決：每五分鐘 ping 一次給函數(shù)保持熱身。

這些問題嚴(yán)重么？這要看你的應(yīng)用類型和流量特征。我先前的團(tuán)隊有一個 Java 的異步消息處理 Lambda 應(yīng)用每天處理數(shù)億條消息，他們就完全不擔(dān)心啟動延遲的問題。如果你要寫的是一個低延時的交易程序，目前而言肯定不會考慮 FaaS 架構(gòu)，無論你是用什么語言。

不論你是否認(rèn)為你的應(yīng)用會受此影響，都應(yīng)該以生產(chǎn)環(huán)境級別的負(fù)載測試下實際性能情況。如果目前的情況還不能接受的話，可以幾個月后再看看，因為這也是現(xiàn)在的 FaaS 平臺供應(yīng)商們主要集中精力在解決的問題。

API 網(wǎng)關(guān)

我們前面還碰到過一個 FaaS 的概念：“API 網(wǎng)關(guān)”。API 網(wǎng)關(guān)是一個配置了路由的 HTTP 服務(wù)器，每個路由對應(yīng)一個 FaaS 函數(shù)，當(dāng) API 網(wǎng)關(guān)收到請求時它找到匹配請求的路由，調(diào)用相應(yīng)的 FaaS 函數(shù)。通常 API 網(wǎng)關(guān)還會把請求參數(shù)轉(zhuǎn)換成 FaaS 函數(shù)的調(diào)用參數(shù)。最后 API 網(wǎng)關(guān)把 FaaS 函數(shù)執(zhí)行的結(jié)果返回給請求來源。

AWS 有自己的一套 API 網(wǎng)關(guān)，其他平臺也大同小異。

除了純粹的路由請求，API 網(wǎng)關(guān)還會負(fù)責(zé)身份認(rèn)證、輸入?yún)?shù)校驗、響應(yīng)代碼映射等，你可能已經(jīng)敏銳地意識到這是否合理，如果你有這個考慮的話，我們待會兒就談。

另一個應(yīng)用 API 網(wǎng)關(guān)加 FaaS 的場景是創(chuàng)建無服務(wù)器的 http 前端微服務(wù)，同時又具備了 FaaS 函數(shù)的伸縮性、管理便利等優(yōu)勢。

目前 API 網(wǎng)關(guān)的相關(guān)工具鏈還不成熟，盡管這是可行的但也要夠大膽才能用。

工具鏈

前面關(guān)于工具鏈還不成熟的說法是指大體上 FaaS 無服務(wù)器架構(gòu)平臺的情況，也有例外，Auth0 Webtask 就很重視改善開發(fā)者體驗，Tomasz Janczuk 在最近一屆的 Serverless Conf 上做了精彩的展示。

無服務(wù)器應(yīng)用的監(jiān)控和調(diào)試還是有點棘手，我們會在本文未來的更新中進(jìn)一步探討這方面。

開源

無服務(wù)器 FaaS 的一個主要好處就是只需要近乎透明的運(yùn)行時啟動調(diào)度，所以這個領(lǐng)域不像 Docker 或者容器領(lǐng)域那么依賴開源實現(xiàn)。未來肯定會有一些流行的 FaaS / API 網(wǎng)關(guān)平臺實現(xiàn)可以跑在私有服務(wù)器或者開發(fā)者工作站上，IBM 的 OpenWhisk 就是一個這樣的實現(xiàn)，不知道它是否能成為流行選擇，接下來的時間里肯定會有更多競爭者出現(xiàn)。

除了運(yùn)行時的平臺實現(xiàn)，還是有不少開源工具用以輔助開發(fā)和部署的，例如 Serverless Framework 在 API 網(wǎng)關(guān) + Lambda 的易用性上就比它的原創(chuàng)者 AWS 要好很多，這是一個 JS 為主的項目，如果你在寫一個 JS 網(wǎng)關(guān)應(yīng)用一定要去了解下。

再如 Apex——“輕松創(chuàng)建、部署及管理 AWS Lambda 函數(shù)”。Apex 有意思的一點是它允許你用 AWS 平臺并不直接支持的語言來實現(xiàn) Lambda 函數(shù)，比如 Go。

什么不是 Serverless

在前文中我定義了 “Serverless” 是兩個概念的組合：“Backend as a Service” 和 “Function as a Service”，并且對后者的特性做了詳細(xì)解釋。

在我們開始探討它的好處和弊端之前，我想再花點兒時間在它的定義上，或者說：區(qū)分開那些容易和 Serverless 混淆的概念。我看到一些人（包括我自己最近）對此都有困惑，我想值得對此做個澄清。

對比 PaaS

既然 Serverless FaaS 這么像 12-Factor 應(yīng)用，那不就是另一種形式的 Platform as a Service 么？就像 Heroku？對此借用 Adrian Cockcroft 一句非常簡明的話：

如果你的 PaaS 能在 20ms 內(nèi)啟動一個只運(yùn)行半秒鐘的實例，它就叫 Serverless。— Adrian Cockcroft

換句話說，大部分 PaaS 應(yīng)用不會為了每個請求都啟動并結(jié)束整個應(yīng)用，而 FaaS 就是這么做的。

好吧，然而假設(shè)我是個嫻熟的 12-Factor 應(yīng)用開發(fā)者，寫代碼的方式還是沒有區(qū)別對么？沒錯，但是你如何運(yùn)維是有很大不同的。鑒于我們都是 DevOps 工程師我們會在開發(fā)階段就充分考慮運(yùn)維，對吧？

FaaS 和 PaaS 在運(yùn)維方面的關(guān)鍵區(qū)別是伸縮性（Scaling）。對于大多數(shù) PaaS 平臺而言你需要考慮如何伸縮，例如在 Heroku 上你要用到多少 Dyno 實例？對于 FaaS 應(yīng)用這一步驟是完全透明的。即便你將 PaaS 配置為自動伸縮，也無法精細(xì)到單個請求級別，除非你有一個非常明確穩(wěn)定的流量曲線可以針對性地配置。所以 FaaS 應(yīng)用在成本方面要高效得多。

既然如此，何必還用 PaaS？有很多原因，最主要的因素應(yīng)該是工具鏈成熟度。另外像Cloud Foundry 能夠給混合云和私有云的開發(fā)提供一致體驗，在寫就本文的時候 FaaS 還沒有這么成熟的平臺。

對比 NoOps

Serverless 并非“零運(yùn)維”——盡管它可能是“無系統(tǒng)管理員”，也要看你在這個 Serverless 的道路走多深。

“運(yùn)維”的意義遠(yuǎn)不止系統(tǒng)管理，它還包括并不限于監(jiān)控、部署、安全、網(wǎng)絡(luò)、支持、生產(chǎn)環(huán)境調(diào)試以及系統(tǒng)伸縮。這些事務(wù)同樣存在于 Serverless 應(yīng)用中，你仍舊需要相應(yīng)的方法處理它們。某些情況下 Serverless 的運(yùn)維會更難一些，畢竟它還是個嶄新的技術(shù)。

系統(tǒng)管理的工作仍然要做，你只是把它外包給了 Serverless 環(huán)境。這既不能說壞也不能說好——我們外包了大量的內(nèi)容，是好是壞要看具體情況。不論怎樣，某些時候這層抽象也會發(fā)生問題，就會需要一個來自某個地方的人類系統(tǒng)管理員來支持你的工作了。

對比存儲過程即服務(wù)

還有一種說法把 Serverless FaaS 看做“存儲過程即服務(wù)（Stored Procedures as a Service）”，我想原因是很多 FaaS 函數(shù)示范都用數(shù)據(jù)庫訪問作為例子。如果這就是它的主要用途，我想這個名字也不壞，但終究這只是 FaaS 的一種用例而已，這樣去考慮 FaaS 局限了它的能力。

我好奇 Serverless 會不會最終變成類似存儲過程那樣的東西，開始是個好主意，然后迅速演變成大規(guī)模技術(shù)債務(wù)。— Camille Fournier

但我們?nèi)匀恢档每紤] FaaS 是否會導(dǎo)致跟存儲過程類似的問題，包括 Camille 提到的技術(shù)債。有很多存儲過程給我們的教訓(xùn)可以放在 FaaS 場景下重新審視，存儲過程的問題在于：

1. 通常依賴于服務(wù)商指定的語言，或者至少是指定的語言框架/擴(kuò)展

2. 因為必須在數(shù)據(jù)環(huán)境中執(zhí)行所以很難測試

3. 難以進(jìn)行版本控制，或者作為應(yīng)用包進(jìn)行管理

盡管不是所有存儲過程的實現(xiàn)都有這些問題，但它們都是常會碰到的。我們看看是否適用于 FaaS：

第一條就目前看來顯然不是 FaaS 的煩惱，直接排除。

第二條，因為 FaaS 函數(shù)都是純粹的代碼，所以應(yīng)該和其他任何代碼一樣容易測試。整合測試是另一個問題，我們稍后展開細(xì)說。

第三條，既然 FaaS 函數(shù)都是純粹的代碼，版本控制自然不成問題；最近大家開始關(guān)心的應(yīng)用打包，相關(guān)工具鏈也在日趨成熟，比如 Amazon 的 Serverless Application Model（SAM）和前面提到的其他 Serverless 框架都提供了類似的功能。2018 年初 Amazon 還開放了 Serverless Application Repository（SAR）服務(wù)，方便組織分發(fā)應(yīng)用程序和組件，也是基于 AWS Serverless 服務(wù)構(gòu)建的。