用戶需求和云的發(fā)展兩條線推動了云原生技術(shù)的興起、發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用。本文將主要討論什么是云原生應(yīng)用，構(gòu)成云原生應(yīng)用的要素是什么，什么是 Serverless 計算，以及 Serverless 如何簡化技術(shù)復(fù)雜度，幫助用戶應(yīng)對快速變化的需求，實現(xiàn)彈性、高可用的服務(wù)，并通過具體的案例和場景進行說明。

如今，各行各業(yè)都在談數(shù)字化轉(zhuǎn)型，尤其是新零售、傳媒、交通等行業(yè)。數(shù)字化的商業(yè)形態(tài)已經(jīng)成為主流，逐漸替代了傳統(tǒng)的商業(yè)形態(tài)。在另外一些行業(yè)里(如工業(yè)制造)，雖然企業(yè)的商業(yè)形態(tài)并非以數(shù)字化的形式表現(xiàn)，但是在數(shù)字孿生理念下，充分利用數(shù)據(jù)科技進行生產(chǎn)運營優(yōu)化也正在成為研究熱點和行業(yè)共識。

企業(yè)進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型，從生產(chǎn)資料、生產(chǎn)關(guān)系、戰(zhàn)略規(guī)劃、增長曲線四個層面來看：

• 生產(chǎn)資料：數(shù)據(jù)成為最重要的生產(chǎn)資料，需求/風(fēng)險隨時變化，企業(yè)面臨巨大的不確定性;
• 生產(chǎn)關(guān)系：數(shù)據(jù)為中心，非基于流程和規(guī)則的固定生產(chǎn)關(guān)系，網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)令生產(chǎn)關(guān)系跨越時空限制，多連接方式催生新的業(yè)務(wù)和物種;
• 戰(zhàn)略規(guī)劃：基于數(shù)據(jù)決策，快速應(yīng)對不確定的商業(yè)環(huán)境;
• 增長曲線：數(shù)字化技術(shù)帶來觸達海量用戶的能力，可帶來突破性的增長。

從云服務(wù)商的角度來看云的演進趨勢，在 Cloud 1.0 時代，基礎(chǔ)設(shè)施的云化是其主題，采用云托管模式，云上云下的應(yīng)用保持兼容，傳統(tǒng)的應(yīng)用可以直接遷移到云上，這種方式的核心價值在于資源的彈性和成本的低廉;在基礎(chǔ)設(shè)施提供了海量算力之后，怎么幫助用戶更好地利用算力，加速企業(yè)創(chuàng)新的速度，就成為云的核心能力。

如果仍在服務(wù)器上構(gòu)建基礎(chǔ)應(yīng)用，那么研發(fā)成本就會很高，管理難度也很大，因此有了 Cloud 2.0，也就是云原生時代。在云原生時代，云服務(wù)商提供了豐富的托管服務(wù)，助力企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和創(chuàng)新，用戶可以像搭積木一樣基于各種云服務(wù)來構(gòu)建應(yīng)用，大大降低了研發(fā)成本。

云原生應(yīng)用要素

云原生應(yīng)用有三個非常關(guān)鍵的要素：微服務(wù)架構(gòu)，應(yīng)用容器化和 Serverless 化，敏捷的軟件交付流程。

1. 微服務(wù)架構(gòu)

單體架構(gòu)和微服務(wù)架構(gòu)各有各的特點，其主要特點對比如下圖所示?？偟膩碚f，單體架構(gòu)上手快，但是維護難，微服務(wù)架構(gòu)部署較難，但是獨立性和敏捷性更好，更適合云原生應(yīng)用。 

2. 應(yīng)用容器化和 Serverless 化

容器是當前最流行的代碼封裝方式，借助 K8s 及其生態(tài)的能力，大大降低了整個基礎(chǔ)設(shè)施的管理難度，而且容器在程序的支撐性方面提供非常出色的靈活性和可移植性，越來越多的用戶開始使用容器來封裝整個應(yīng)用。 Serverless 計算是另外一種形態(tài)，做了大量的端到端整合和云服務(wù)的集成，大大提高了研發(fā)效率，但是對傳統(tǒng)應(yīng)用的兼容性沒有容器那么靈活，但是也帶來了很大的整潔性，用戶只需要專注于業(yè)務(wù)邏輯的編碼，聚焦于業(yè)務(wù)邏輯的創(chuàng)新即可。

3. 敏捷的應(yīng)用交付流程

敏捷的應(yīng)用交付流程是非常重要的一個要素，主要包括流程自動化，專注于功能開發(fā)，快速發(fā)現(xiàn)問題，快速發(fā)布上線。

Serverless 計算

1. 阿里云函數(shù)計算

Serverless 是一個新的概念，但是其內(nèi)涵早就已經(jīng)存在。阿里云或者 AWS 的第一個云服務(wù)都是對象存儲，對象儲存實際上就是一個存儲領(lǐng)域的 Serverless 服務(wù);另外，Serverless 指的是一個產(chǎn)品體系，而不是單個產(chǎn)品。當前業(yè)界云服務(wù)商推出的新功能或者新產(chǎn)品絕大多數(shù)都是 Serverless 形態(tài)的。阿里云 Serverless 產(chǎn)品體系包括計算、存儲、API、分析和中間件等，目前云的產(chǎn)品體系正在 Serverless 化。

阿里云 Serverless 計算平臺函數(shù)計算，有 4 個特點：

• 和云端無縫集成：通過事件驅(qū)動的方式將云端的各種服務(wù)與函數(shù)計算無縫集成，用戶只需要關(guān)注函數(shù)的開發(fā)，事件的觸發(fā)等均由服務(wù)商來完成;
• 實時彈性伸縮：由系統(tǒng)自動完成函數(shù)計算的彈性伸縮，且速度非?？欤脩艨梢詫⑦@種能力用在在線應(yīng)用上;
• 次秒級計量：次秒級的計量方式提供了一種完全的按需計量方式，資源利用率能達到百分之百;
• 高可用：函數(shù)計算平臺做了大量工作幫助用戶構(gòu)建高可用的應(yīng)用。

那么，阿里云函數(shù)計算是如何做到以上 4 點呢?阿里云函數(shù)計算的產(chǎn)品能力大圖如下圖所示，首先函數(shù)計算產(chǎn)品是建立在阿里巴巴的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)之上的產(chǎn)品，對在其之上的計算層進行了大量優(yōu)化。接著在應(yīng)用層開發(fā)了大量能力和工具，基于以上產(chǎn)品能力，為用戶提供多種場景下完整的解決方案，才有了整個優(yōu)秀的函數(shù)計算產(chǎn)品。函數(shù)計算是阿里云的一個非?；A(chǔ)的云產(chǎn)品，阿里云的許多產(chǎn)品和功能均是建立在函數(shù)計算的基礎(chǔ)上。目前阿里云函數(shù)計算已經(jīng)在全球 19 個區(qū)域提供服務(wù)。 

2. Serverless 幫助用戶簡化云原生應(yīng)用高可用設(shè)計、實施的復(fù)雜度

云原生應(yīng)用的高可用是一個系統(tǒng)的工程，包括眾多方面，完整的高可用體系構(gòu)建需要很多時間和精力。那么 Serverless 計算是如何幫助用戶簡化云原生應(yīng)用高可用設(shè)計、實施的復(fù)雜度呢? 如下圖所示，高可用體系建設(shè)要考慮的點包括基礎(chǔ)設(shè)施層、運行時層、數(shù)據(jù)層以及應(yīng)用層，且每一層都有大量的工作要做才可以實現(xiàn)高可用。函數(shù)計算主要是從容錯、彈性、流控、監(jiān)控四方面做了大量工作來實現(xiàn)高可用，下圖中藍色虛線框所對應(yīng)的功能均由平臺來實現(xiàn)，用戶是不需要考慮的。藍色實線框雖然平臺做了一些工作來簡化用戶的工作難度，但是仍需要用戶來進行關(guān)注，而橘紅色的實線框代表需要用戶去負責的部分功能。結(jié)合平臺提供的功能和用戶的部分精力投入，可以極大地減輕用戶進行高可用體系建設(shè)的難度。 

函數(shù)計算在很多方面做了優(yōu)化來幫助用戶建設(shè)高可用體系。下圖展示了函數(shù)計算在可用區(qū)容災(zāi)方面的能力。從圖中可知，函數(shù)計算做了相應(yīng)的負載均衡，使得容災(zāi)能力大大提升。 

下圖展示的是函數(shù)計算對事件的異步處理，其處理流水線主要包括事件隊列、事件分發(fā)、事件消費三個環(huán)節(jié)，在每一個環(huán)節(jié)上都可以進行水平伸縮，其中一個比較關(guān)鍵的點是事件的分發(fā)需要匹配下游的消費能力。另外，通過為不同函數(shù)指定不同數(shù)量的計算資源，用戶能方便地動態(tài)調(diào)整不同類型事件的消費速度。此外，還可以自定義錯誤重試邏輯，并且有背壓反饋和流控，不會在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量請求時壓垮下一個服務(wù)。 

在函數(shù)計算的可觀測性上面，提供了日志收集和查詢功能，除了默認的簡單日志查詢功能外，還提供了高級日志查詢，用戶可以更方便地進行日志分析。在指標收集和可視化方面，函數(shù)計算提供了豐富的指標收集能力，并且提供了標準指標、概覽信息等視圖，可以更方便用戶進行運維工作。 下圖是應(yīng)用交付的一個示意圖，在整個應(yīng)用的交付過程中，只有每個環(huán)節(jié)都做好，才能夠建設(shè)一個敏捷的應(yīng)用交付流程，其核心是自動化，只有做到了自動化，才能提升整個流水線的效率和敏捷度。 

下圖展示了自動化應(yīng)用交付流水線在每個環(huán)節(jié)的具體任務(wù)。其中需要注意的是做到基礎(chǔ)設(shè)施即代碼，才能進行模板定義和自動化設(shè)置應(yīng)用運行環(huán)境，進而實現(xiàn)自動化的持續(xù)集成等。 

做到了應(yīng)用的自動化交付之后，對整個研發(fā)效率的幫助是非常大的。在 Serverless 應(yīng)用上，阿里云提供了多種工具來幫助用戶實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施即代碼。Serverless 的模型有一個很好的能力，就是同一份模板可以傳入不同的參數(shù)，進而生成不同環(huán)境的定義，然后通過自動化地管理這些環(huán)境。

對于應(yīng)用本身不同服務(wù)版本的交付和灰度發(fā)布，函數(shù)計算提供了服務(wù)版本和服務(wù)別名來提供相應(yīng)的服務(wù)，整個應(yīng)用的灰度發(fā)布流程可以簡化成一些 API 的操作，大大提升業(yè)務(wù)的效率。通過 Serverless 計算平臺提供的這些能力，整個軟件應(yīng)用的交付流水線自動化程度得到了大幅度的提高。

函數(shù)計算還有一個很有用的功能——對存量應(yīng)用的兼容性。通過 Custom runtime，能夠適配很多的流行框架，兼容傳統(tǒng)應(yīng)用，使其能夠很容易地適配到 Serverless 平臺上面，由控制臺提供應(yīng)用的創(chuàng)建、部署、關(guān)聯(lián)資源管理、監(jiān)控等一系列服務(wù)。

除了函數(shù)計算，還可以用 Serverless 工作流對不同的應(yīng)用環(huán)節(jié)、不同的函數(shù)進行編排，通過描述性的語言去定義工作流，由其可靠地執(zhí)行每一個步驟，這就大幅度降低用戶對于復(fù)雜任務(wù)的編排難度。

應(yīng)用場景案例

函數(shù)計算有幾個典型的應(yīng)用場景，一個就是 Web/API 后端服務(wù)，阿里云已經(jīng)有包括石墨文檔、微博、世紀華聯(lián)在內(nèi)的多個成功應(yīng)用案例。

函數(shù)計算的另外一個應(yīng)用場景就是大規(guī)模的數(shù)據(jù)并行處理，比如往 OSS 上面上傳大量的圖片、音頻、文本等數(shù)據(jù)，可以觸發(fā)函數(shù)做自定義的處理，比如轉(zhuǎn)碼、截幀等。這方面的成功案例包括虎撲、分眾傳媒、百家互聯(lián)等。

函數(shù)計算還有一個應(yīng)用場景就是數(shù)據(jù)實時流式處理，比如不同的設(shè)備產(chǎn)生的消息、日志發(fā)送到消息隊列等管道類似的服務(wù)中，就可以觸發(fā)函數(shù)來進行流式處理。

最后一個應(yīng)用場景就是運維的自動化，通過定時觸發(fā)、云監(jiān)控事件觸發(fā)、流程編排等方式調(diào)用函數(shù)完成運維任務(wù)，大大降低運維成本和難度，典型的成功案例有圖森未來等。

圖森未來是一家專注于 L4 級別無人駕駛卡車技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用的人工智能企業(yè)，面向全球提供可大規(guī)模商業(yè)化運營的無人駕駛卡車技術(shù)，為全球物流運輸行業(yè)賦能。在路測過程中會有大量數(shù)據(jù)產(chǎn)生，而對這些數(shù)據(jù)的處理流程復(fù)雜多變，即使對于同一批數(shù)據(jù)，不同的業(yè)務(wù)小組也會有不同的使用及處理方式。如何有效管理不同的數(shù)據(jù)處理流程、降低人為介入頻率能夠大幅的提高生產(chǎn)效率。

路測不定時運行的特點使得流程編排任務(wù)運行時間點、運行時長具有極大的不確定性，本地機房獨自建立流程管理系統(tǒng)難以最大優(yōu)化機器利用率，造成資源浪費。而圖森未來本地已有許多單元化業(yè)務(wù)處理腳本及應(yīng)用程序，但因為各種限制而無法全量的遷移上云，這也對如何合理化使用云上服務(wù)帶來了挑戰(zhàn)。

針對上述情況，圖森未來開始探索數(shù)據(jù)處理平臺的自動化。阿里云 Serverless 工作流按執(zhí)行調(diào)度的次數(shù)計費，具有易用易集成、運維簡單等諸多優(yōu)點，能夠很好地解決上述場景中所遇到的問題，非常適合這類不定時運行的離線任務(wù)場景。

Serverless 工作流還支持編排本地或自建機房的任務(wù)，圖森未來通過使用 Serverless 工作流原生支持的消息服務(wù) MNS 解決了云上云下的數(shù)據(jù)打通問題，使得本地的原有任務(wù)得到很好的編排及管理。

除了調(diào)度外，Serverless 工作流也支持對任務(wù)的狀態(tài)及執(zhí)行過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行維護。圖森未來通過使用任務(wù)的輸入輸出映射及狀態(tài)匯報機制，高效地管理了流程中各任務(wù)的生命周期及相互間的數(shù)據(jù)傳遞。

在未來，隨著業(yè)務(wù)規(guī)模的擴大，圖森未來將持續(xù)優(yōu)化離線大數(shù)據(jù)處理流程的運行效率及自動化水平。通過各種探索，圖森未來將進一步提升工程團隊的效率，將更多的精力和資金投入到業(yè)務(wù)創(chuàng)新中去。

總結(jié)

Serverless 工作流是阿里云 Serverless 產(chǎn)品體系中的關(guān)鍵一環(huán)。通過 Serverless 工作流，用戶能夠?qū)⒑瘮?shù)計算、視覺智能平臺等多個阿里云服務(wù)，或者自建的服務(wù)，以簡單直觀的方式編排為工作流，迅速構(gòu)建彈性高可用的云原生應(yīng)用。

自 2017 年推出函數(shù)計算起，該服務(wù)根據(jù)應(yīng)用負載變化實時智能地彈性擴縮容，1 分鐘完成上萬實例的伸縮并保證穩(wěn)定的延時。目前已經(jīng)支撐微博、芒果 TV、華大基因、圖森未來、石墨科技等用戶的關(guān)鍵應(yīng)用，輕松應(yīng)對業(yè)務(wù)洪峰。