構(gòu)建彈性、可擴(kuò)展的云原生應(yīng)用程序
云原生應(yīng)用設(shè)計(jì)使軟件工程師能夠?qū)Ｗ⒂跐M足客戶需求，這是一種解決方案，可以在使用案例層面上利用。
在1986年，我搬到科羅拉多州博爾德市去為我叔叔的初創(chuàng)公司工作。第一天到達(dá)辦公室時(shí)，他幫我找了一張附有 Compaq Portable 計(jì)算機(jī)的桌子。系統(tǒng)頂部放著一本關(guān)于使用 dBase II 的書(shū)。我的任務(wù)是為他的公司建立一個(gè)跟蹤訂單的應(yīng)用程序。我叔叔知道我對(duì)計(jì)算機(jī)很感興趣，我迫不及待地想要開(kāi)始工作。這成為我學(xué)習(xí)微型計(jì)算機(jī)時(shí)代應(yīng)用程序構(gòu)建的第一次經(jīng)歷。流程非常簡(jiǎn)單：
- 記錄所需的需求。
- 創(chuàng)建滿足定義需求的設(shè)計(jì)。
- 構(gòu)建和調(diào)試解決方案。
- 驗(yàn)證解決方案是否按預(yù)期工作。
- 找出如何分發(fā)解決方案。
- 要求客戶采用并使用解決方案。
盡管我們目前在 Web2 和 Web3 世界中構(gòu)建應(yīng)用程序和服務(wù)，但我通常將這個(gè)時(shí)代稱為“無(wú) Web”應(yīng)用程序設(shè)計(jì)時(shí)代。
幾年后，我記得在軟盤上分發(fā)基于 Turbo Pascal 的應(yīng)用程序，供分布在美國(guó)各地的保險(xiǎn)代理使用。后來(lái)，應(yīng)用程序存儲(chǔ)在放置在企業(yè)數(shù)據(jù)中心的文件服務(wù)器上。Web1 迭代還要幾年才出現(xiàn)。
2023年容器技術(shù)趨勢(shì)展望
DZone 的 2023 年容器技術(shù)趨勢(shì)報(bào)告將探討容器的當(dāng)前狀態(tài)、全球容器化戰(zhàn)略的關(guān)鍵趨勢(shì)和進(jìn)展，以及現(xiàn)代化軟件架構(gòu)的建設(shè)性內(nèi)容。
盡管大多數(shù)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)生命周期步驟并沒(méi)有真正改變，但云服務(wù)提供商帶來(lái)了一些重要的因素：
- 采用集中化方法。
- 提高可伸縮性。
- 應(yīng)用程序和服務(wù)的彈性。
所有這些方面都是云原生應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)所在。
什么是云原生?
維基百科定義云原生計(jì)算為使用云服務(wù)“在公有云、私有云和混合云等現(xiàn)代動(dòng)態(tài)環(huán)境中構(gòu)建和運(yùn)行可擴(kuò)展的應(yīng)用程序”。隨著公司和初創(chuàng)企業(yè)渴望擺脫維護(hù)數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)，轉(zhuǎn)向云端成為首要任務(wù)。
云原生應(yīng)用不僅僅是在云中運(yùn)行的應(yīng)用程序。一個(gè)關(guān)鍵區(qū)別是應(yīng)用程序如何設(shè)計(jì)成在云中本地運(yùn)行。采用容器、無(wú)服務(wù)器和微服務(wù)的方式提供了易于從一個(gè)環(huán)境部署到另一個(gè)環(huán)境的解決方案，同時(shí)提供了橫向擴(kuò)展和多區(qū)域支持。
由于硬件層與代碼庫(kù)分離，云原生應(yīng)用可以輕松實(shí)現(xiàn)縱向擴(kuò)展。
云原生方法
采用云原生方法使軟件工程師能夠?qū)?yīng)用程序拆分為多個(gè)方面，并使用通用方法來(lái)處理每個(gè)方面：
- 無(wú)服務(wù)器——將基于事件驅(qū)動(dòng)的請(qǐng)求轉(zhuǎn)移到函數(shù)式 Lambda 中進(jìn)行處理。
- 微服務(wù)——將大型應(yīng)用程序拆分為較小的處理單元。
- 容器——將應(yīng)用程序打包成獨(dú)立的多層容器以進(jìn)行分發(fā)。
對(duì)于每個(gè)方面，云服務(wù)提供商提供可增強(qiáng)體驗(yàn)的附加組件。一些常見(jiàn)的示例包括：
- API 網(wǎng)關(guān)——為服務(wù)提供保護(hù)，并處理常見(jiàn)組件(如授權(quán)請(qǐng)求)。
- 自動(dòng)擴(kuò)展——根據(jù)預(yù)配置的閾值進(jìn)行擴(kuò)展和收縮。
- 緩存——將請(qǐng)求的信息存儲(chǔ)在基于內(nèi)存的緩存中，以避免較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的應(yīng)用程序請(qǐng)求。
- 故障轉(zhuǎn)移——自動(dòng)將流量路由到用于處理的次要節(jié)點(diǎn)。
- 文件存儲(chǔ)——無(wú)限可擴(kuò)展且性能卓越的對(duì)象存儲(chǔ)。
- 負(fù)載均衡——將請(qǐng)求分發(fā)到位于不同地理位置的實(shí)例。
- 編排——容器解決方案在大規(guī)模上自動(dòng)化、擴(kuò)展和管理。
- 持久化——使用基于 SQL 和 NoSQL 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)選項(xiàng)。
- 機(jī)密管理——避免高度敏感信息的泄露。
由于云原生方法可以在最小粒度上進(jìn)行架構(gòu)，因此得到的云原生應(yīng)用可以針對(duì)設(shè)計(jì)的每個(gè)方面提供最佳解決方案，如圖3所示：
云原生應(yīng)用由多個(gè)云服務(wù)功能構(gòu)建
云原生的好處
云原生應(yīng)用構(gòu)建方法使軟件工程師能夠根據(jù)用例級(jí)別使用最佳技術(shù)來(lái)構(gòu)建解決方案，以滿足客戶的業(yè)務(wù)需求。這意味著一個(gè)用例可以采用基于事件驅(qū)動(dòng)的無(wú)服務(wù)器解決方案，而另一個(gè)用例可以利用由 SaaS 驅(qū)動(dòng)的持久性層支持的微服務(wù)。
云原生應(yīng)用允許按需調(diào)整應(yīng)用程序的組件。這意味著對(duì)一個(gè)微服務(wù)的需求不需要為其他微服務(wù)分配相同水平的資源。此外，組件實(shí)例可以在相同或不同地理區(qū)域水平擴(kuò)展。
由于硬件層與應(yīng)用程序?qū)臃蛛x，設(shè)計(jì)云原生應(yīng)用的人可以專注于滿足業(yè)務(wù)需求和企業(yè)目標(biāo)。
與設(shè)計(jì)在本地?cái)?shù)據(jù)中心運(yùn)行的應(yīng)用程序相比，這些優(yōu)點(diǎn)為云原生應(yīng)用提供了強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)考慮到備份計(jì)劃或?yàn)?zāi)難恢復(fù)等概念時(shí)，差異只會(huì)變得更大。
云原生的挑戰(zhàn)
盡管云原生計(jì)算看起來(lái)是應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的天堂，但也存在一些需要考慮的挑戰(zhàn)。對(duì)于云原生計(jì)算的主要批評(píng)是潛在的高成本問(wèn)題。
一些常見(jiàn)例子包括：
- 無(wú)法清除的原型組件。
- 自動(dòng)創(chuàng)建快照而沒(méi)有建立保留計(jì)劃。
- 在存在更便宜選擇的情況下過(guò)度分配硬件資源。
大多數(shù)云服務(wù)提供商都提供了出色的工具來(lái)預(yù)測(cè)和分析成本，但必須廣泛采用標(biāo)準(zhǔn)才能使成本控制成為優(yōu)先事項(xiàng)。在全球多個(gè)地區(qū)工作時(shí)，了解現(xiàn)有的法規(guī)非常重要，特別是涉及敏感數(shù)據(jù)。未能遵守可能會(huì)導(dǎo)致處罰或費(fèi)用。
云提供商提供了多區(qū)域故障和災(zāi)難恢復(fù)保護(hù)的能力。然而，這些高級(jí)概念在設(shè)計(jì)和實(shí)施上可能具有挑戰(zhàn)性，既要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的故障處理，又要保護(hù)免受意外數(shù)據(jù)問(wèn)題的影響。
結(jié)論
作為軟件工程師，我們?cè)趹?yīng)用程序設(shè)計(jì)方面已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。然而，對(duì)我來(lái)說(shuō)，唯一沒(méi)有改變的方面就是當(dāng)我有機(jī)會(huì)設(shè)計(jì)和構(gòu)建一個(gè)新的應(yīng)用程序時(shí)，我仍然感到非常興奮。
我一直專注于以下使命宣言，我認(rèn)為適用于任何 IT 專業(yè)人員：
將時(shí)間集中在提供能夠擴(kuò)展你的知識(shí)產(chǎn)權(quán)價(jià)值的功能/特性上。利用框架、產(chǎn)品和服務(wù)處理其他事項(xiàng)。
云原生應(yīng)用設(shè)計(jì)完全符合我的個(gè)人使命宣言，因?yàn)樗管浖こ處熌軌驅(qū)Ｗ⒂跐M足客戶的業(yè)務(wù)需求：允許在每個(gè)用例級(jí)別使用最佳解決方案。然而，就像我們?cè)谏钪凶龀龅拿總€(gè)決策一樣，我們必須始終注意相關(guān)成本。
