Serverless⽆服务器架构详解
本⽂对Serverless架构的基础概念，具体产品，应⽤场景，⼯作原理进⾏详细解析。
基础概念
Serverless： ⽆服务器架构，即在⽆需管理服务器等底层资源的情况下完成应⽤的开发和运⾏，是云原⽣架构的核⼼组成部分。
通俗来说，如果将购买⼀台物理服务器⽐作买车，购买云服务器就类似于租车（租赁期间需要驾驶和维护，且即使闲置也需付费），那么Serverless则类似于出租车（只需乘坐，按⾥程计费）。
从技术层⾯来说，我们可以简单理解为：Serverless = FaaS + BaaS。⼀个完整的Serverless应⽤⼀般由FaaS层的云函数负责⽆状态的计算，由BaaS层组件负责状态的维护：
FaaS（函数即服务，Function as a Service）：将函数代码托管给云产商，以服务形式运⾏，⽀持事件触发。代表产品有腾讯云SCF、AWS Lambda等。
BaaS（后端即服务，Backend as a Service）：指云平台提供的后端组件整合，开发者⽆需开发和维护后端服务，通过API/SDK的调⽤便可获得例如数据存储（对象存储、云数据库、云中间件等）、消息推送、账号管理、地图定位、AI、IoT等能⼒。
特点及优势：
1. 免运维：⽆需管理基础设施 —> 可以专注业务开发
2. 按量计费：闲时不计费 —> 降低成本
3. 弹性伸缩：峰时⾃动扩容 —> ⽆需考虑可⽤性问题
劣势及适⽤场景：
1. 冷启动延迟： ⼀定时间内的⾸次调⽤可能需要冷启动（如进⾏加载代码、拉起容器等任务）—> 适合对响应速度要求不是太⾼的接
⼝，更适合异步任务，不适合启动耗时久的Java项⽬
2. 开发和管理设施： Serverless应⽤的调试、测试、排障、发布等设施暂不成熟 —> ⽬前更适合后端逻辑不太复杂的轻量级应⽤
3. 云产商绑定： 不同云产商提供的组件（如存储）接⼝不同，可能增加未来迁移成本 —> 使⽤标准化框架，并在设计时尽量隔离通⽤逻
辑层和BaaS依赖层
⼯作原理
云函数之所以能做到按量计费和弹性扩容，与其实现机制是分不开的。核⼼原理是在函数被调⽤时才动态的启动容器实例去执⾏，容器的⽣命周期很短，执⾏完后⼀定时间就会被回收，所以没有调⽤时是不消耗任何资源的。⽽⾯对同⼀时间的并⾏调⽤，会启动多个实例来完成执⾏，这也实现了单个请求级别的弹性扩容，且理论上是可以⽆限扩容的。
由于容器启动本⾝需要耗时，所以⼀般的实现会在实例执⾏完之后保留⼀定时间窗⼝。⼤致的⼯作流程如下图，其中步骤（1) (2) (3) (4)为冷启动调⽤流程，(5) 为⾮冷启动调⽤。
1.函数注册
⽤户在控制台（或命令⾏）提交函数代码到云平台，并进⾏函数配置。代码⼀般会被作为静态资源保存（如对象存储），⽽函数的元信息会被存⼊数据库中（如mysql）。
2.函数触发
云函数的触发可以分为同步和异步两种情况：
如果是同步请求则等待函数执⾏结果后返回
如果是异步请求则可以投递到队列后直接返回
3.函数执⾏
云函数的执⾏可以分为冷启动和⾮冷启动两种情况：
如果没有可⽤的实例资源则进⼊冷启动流程，需要进⾏宿主机调度，在宿主机拉起容器实例，下载函数代码，然后执⾏代码。
⾸次执⾏完毕后docker容器不会⽴即关闭，会等待⼀定时间周期，如果此时有新的请求进来，会被分
配到该容器，直接运⾏代码。
搭建ssr服务器教程冷启动问题
前⾯说到云函数的实现机制必须要在函数调⽤时才去启动运⾏环境，需要⾯临冷启动问题。虽然保留⼀定时间可以让后续的请求⽆需加载，但如果在极短时间内并发⼤量请求，还是会同时启动多个容器，影响⾸个请求的响应时间。前⾯也说到，云函数的特性和机制决定了它的应⽤场景，对于同时要求⾼并发、低时延的场景并不是特别适合。
对于冷启动问题，下⾯以腾讯云的为例进⾏验证。使⽤Postman的批量测试功能（Collection Runner）对云上部署的⼀个Hello World函数进⾏串⾏测试。
从图中可以看出，⼀段时间内的⾸次请求耗时会⽐其他请求的耗时⾼出⼀个数量级。
冷启动优化
冷启动的优化主要针对同步的请求，⾸先分析下冷启动耗时的组成，主要是容器的拉起和代码的下载（当然也有资源调度和⽹络配置等，这⾥暂不讨论）。
1.代码缓存：可以设计多级缓存，⽐如在宿主机上进⾏代码包缓存，以及在可⽤区(AZ)内部进⾏缓存，这样后续的⾸次启动就可以快速就近获取，⽽⽆需再次从对象存储下载。
2.容器预创建：⼀个优化思路就是预加载，也就是预测将会到来的请求，提前拉起容器实例，从⽽减少耗时。有以下⼏种可能的⽅案：
进⾏请求量的实时计算，如果请求呈上升趋势，就开始预创建容器实例，同理下降则进⾏回收。
云函数调⽤链： 这是⼀种可确定的预测，当云函数之间出现互相调⽤，在前⾯的函数被触发时就可以同时预创建调⽤链后⾯的实例；
版本更新： 如果函数版本进⾏更新，则之后的所有请求都会重新冷启动，为了避免这种情况，需要预创建⼀些实例并下载新版本代码，之后才能将流量平滑迁移到新版本函数。
应⽤场景
1.Rest API
利⽤云函数可以快速部署⼀个Rest API应⽤，⽬前的云⼚商基本都⽀持⼤部分node，python和php的web框架，如koa、Express.js、Next.js、Flask、Django、Laravel等等。
这种web架构是前后端分离，即云函数中的后台接⼝只提供数据，页⾯的渲染在浏览器进⾏。可以将前端的代码部署到对象存储中，并使⽤相关云数据库作为数据存储，这就成为⼀个完整的云上Full Stack应⽤。
2.SSR
SSR（Server-Side Rendering）：后端渲染，即页⾯直接在后台进⾏渲染，浏览器只负责显⽰。这种⽐较传统的web架构很适合应⽤于Serverless，只需将整个后端代码部署到云函数即可，好处有：1.利于SEO，2.降低系统复杂度，易于部署。
Serverless很适合⽤于流量分布不均的轻量应⽤，⽐如⼀些活动页⾯，可能⼀个周期内只有很短的⼀段时间会有⼤量访问，且需要长期的维护，此时为这个应⽤去购买⾼配置的服务器显然是不划算的。使⽤Serverless之后则可以完全解决这个问题，按量计费降低了成本，既免去了长期运维⼜不需要担
⼼扩容问题。
3.任务执⾏
云函数本⾝是⽆状态的，所以天然适合⽆状态任务，如果需要状态存储则需要借助BaaS层的组件。云函数的优势是可以与云提供商下的其他服务（⽐如数据库、缓存、对象存储、CDN、AI、转码等）打通，在函数中使⽤SDK连接各个组件（但这同样意味着将在云产商绑定的道路上越⾛越远）。以下是⼀些适⽤场景：
消息通知：⽐如触发后向某个⽤户发送邮件、短信等。
定时任务：云函数⼀般提供定时器触发，⽅便进⾏定时任务的执⾏。
CDN⾃动刷新：⼀般来说会把图⽚、⽹页等静态资源存到对象存储，并且配置CDN加速，⼀旦资源发⽣修改还得⼿动进⾏CDN刷新预热。可以使⽤对象存储上传的事件触发器，在云函数中调⽤CDN接⼝⾃动化刷新预热。
视频转码：如果云产商提供转码服务，可以借助云函数很⽅便的完成转码任务。如原视频上传到对象存储后，该事件可以触发云函数调⽤转码服务，并将转码后的视频发布到对象存储中，如果使⽤了CDN还可以进⾏缓存刷新。
AI服务：可以使⽤云函数调⽤该产⽣的AI服务，⽐如调⽤OCR接⼝识别图⽚⽂字内容后返回。
Devops：例如将Github的webhook设置为云函数的地址，当代码提交后触发云函数，执⾏CI/CD任务，构建后发布产物到云服务器上。
具体产品
下⾯以上的Serverless产品为例介绍具体的使⽤实践。
SCF云函数
是腾讯云Serverless的核⼼产品，部署⼀个可以从公⽹访问的云函数只需简单两步：
1.函数编写：可以直接在控制台上的编辑器中编写函数代码，下图就是⼀个Hello World云函数：
除了⽹关触发，SCF还⽀持对象存储（COS）、消息队列（Ckafka、CMQ）、定时任务等触发器，⽅便云函数与这些组件打通，可以衍⽣出很多应⽤场景。
Serverless Framework
是Serverless官⽅提供的标准化框架，⽬前⽀持该框架的产商有腾讯云、AWS、Azure、Google等等。其⽬的⼀是完善Serverless项⽬的devops流程，包括开发、测试、管理、部署、监控等⽣命周期；⼆是提供⼀个标准接⼝，降低serveless应⽤对云⼚商的绑定，减⼩迁移成本。
对于简单的函数可以在控制台直接编写和部署，但对于有⼀定规模的项⽬肯定是不能满⾜的，我们不可能每次都在⽹页上⼿动修改代码，也不可能⼀⼀⼿动创建和管理所依赖的云产品。
于是Serverless framework提供了基于命令⾏和IDE的⼀站式开发部署，⽅便快速构建Serverless应⽤。且腾讯云将SCF、COS、CDN、数据库等BaaS层的云产品都抽象为组件（Serverless framework components），在应⽤中可以⽅便的对这些资源进⾏创建、配置和管理。
CloudBase
最初多⽤于为⼩程序提供BaaS能⼒，使开发者可以免于维护服务器，采⽤全托管的⽅式开发⼩程序，如今云开发还⽀持、web应⽤、Flutter客户端等。
云开发其实提供了⼀体化的开发环境，集成了FaaS层的云函数和常⽤的BaaS层组件（NoSQL数据库，COS云存储），以及提供了监控和⽇志能⼒，基本涵盖了应⽤开发所需的核⼼环境和⼯具。
总结
本⽂⾸先介绍了Serverless的概念，可简单理解为FaaS和BaaS的结合，并阐述了其优势（免运维、按量计费、弹性伸缩），以及劣势（延时、复杂应⽤⽀持、云产商绑定）。
⼯作原理部分，介绍了云函数的⼯作流程，包括函数注册、函数触发、函数执⾏，分析了冷启动的问题，并提出了⼀些优化⽅案猜想（代码缓存、容器预创建）。
应⽤场景部分，对web应⽤托管（Rest API、SSR）和任务执⾏这两种常见应⽤场景提出了具体的实例。

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。