前言

中小型公司，尤其是互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的創(chuàng)業(yè)公司，本身并沒有太多的技術(shù)人員，如果設(shè)計系統(tǒng)時需要考慮諸多的技術(shù)問題，例如Web應(yīng)用服務(wù)器如何配置、數(shù)據(jù)庫如何配置、消息服務(wù)中間件如何搭建等等，那對于他們來說人員成本、系統(tǒng)成本會很高，Serverless架構(gòu)的出現(xiàn)，讓這種情況可能可以大幅度改善。

初識Serverless？

在目前主流云計算IaaS（Infrastructure-as-a-Service，基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）和PaaS（Platform-as-a-Service，平臺即服務(wù)）中，開發(fā)人員進行業(yè)務(wù)開發(fā)時，仍然需要關(guān)心很多和服務(wù)器相關(guān)的服務(wù)端開發(fā)工作，比如緩存、消息服務(wù)、Web應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫，以及對服務(wù)器進行性能優(yōu)化，還需要考慮存儲和計算資源，考慮負載均衡和橫向擴展能力，考慮服務(wù)器容災(zāi)穩(wěn)定性等非專業(yè)邏輯的開發(fā)。這些服務(wù)器的運維和開發(fā)知識、經(jīng)驗極大地限制了開發(fā)者進行業(yè)務(wù)開發(fā)的效率。設(shè)想一下，如果開發(fā)者直接租用服務(wù)或者開發(fā)服務(wù)而無須關(guān)注如何在服務(wù)器中運行部署服務(wù)，是否可以極大地提升開發(fā)效率和產(chǎn)品質(zhì)量？這種去服務(wù)器而直接使用服務(wù)的架構(gòu)，我們稱之為Serverless架構(gòu)（無服務(wù)器架構(gòu)）。

Serverless架構(gòu)的問世

　　2014年，云廠商AWS推出了“無服務(wù)器”的范式服務(wù)。

其實，最初“無服務(wù)器”意在幫助開發(fā)者擺脫運行后端應(yīng)用程序所需的服務(wù)器設(shè)備的設(shè)置和管理工作。這項技術(shù)的目標(biāo)并不是為了實現(xiàn)真正意義上的“無服務(wù)器”，而是指由第三方供應(yīng)商負責(zé)后端基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的維護，以服務(wù)的方式為開發(fā)者提供所需功能，例如數(shù)據(jù)庫、消息，以及身份驗證等。這種服務(wù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)通常可以叫做后端即服務(wù)（Backend-as-a-Service，BaaS），或移動后端即服務(wù)（MobileBackend-as-a-service，MBaaS）。

現(xiàn)在，無服務(wù)器架構(gòu)是指大量依賴第三方服務(wù)(也叫做后端即服務(wù)，即“BaaS”)或暫存容器中運行的自定義代碼(函數(shù)即服務(wù)，即“FaaS”)的應(yīng)用程序，函數(shù)是無服務(wù)器架構(gòu)中抽象語言運行時的最小單位，在這種架構(gòu)中，我們并不看重運行一個函數(shù)需要多少CPU或RAM或任何其他資源，而是更看重運行函數(shù)所需的時間，我們也只為這些函數(shù)的運行時間付費。無服務(wù)器架構(gòu)中函數(shù)可以多種方式觸發(fā)，如定期運行函數(shù)的定時器、HTTP請求或某些相關(guān)服務(wù)中的某個事件。

Serverless案例

以帶有服務(wù)功能邏輯的傳統(tǒng)面向客戶端的三層應(yīng)用為例（一個典型的電子商務(wù)應(yīng)用網(wǎng)站）。一般來說包含客戶端、服務(wù)端程序、數(shù)據(jù)庫，服務(wù)端用Java開發(fā)完成，客戶端用JavaScript。　
采用這種架構(gòu)，服務(wù)端需要實現(xiàn)諸多系統(tǒng)邏輯，例如認證、頁面導(dǎo)航、搜索、交易等都需要在服務(wù)端完成。如果采用Serverless架構(gòu)來對該應(yīng)用進行改造，則架構(gòu)如圖所示：

　　Serverless架構(gòu)相比于傳統(tǒng)面向客戶端的三層應(yīng)用架構(gòu)，有以下幾方面的差異：

刪除認證邏輯，用第三方BaaS服務(wù)替代； 使用另外一個BaaS，允許客戶端直接訪問架構(gòu)與第三方（例如AWS Dynamo）上面的數(shù)句子庫。通過這種方式提供給客戶更安全的訪問數(shù)據(jù)庫模式； 前兩點中包含著很重要的第三點，也就是以前運行在服務(wù)端的邏輯轉(zhuǎn)移到客戶端中，例如跟蹤用戶訪問。客戶端則慢慢轉(zhuǎn)化為單頁面應(yīng)用。 計算敏感或者需要訪問大量數(shù)據(jù)的功能，例如搜索這類應(yīng)用，我們不需要運行一個專用服務(wù)，而是通過FaaS模塊，通過API Gateway對HTTP訪問提供響應(yīng)。這樣可以使得客戶端和服務(wù)端都從同一個數(shù)據(jù)庫中讀取相關(guān)數(shù)據(jù)。由于原始服務(wù)使用Java開發(fā)，AWS Lambda（FaaS提供者）支持Java功能，因此可以直接從服務(wù)端將代碼移植到搜索功能，而不用重寫代碼。 最后，可以將其他功能用另外一個FaaS功能取代，因為安全原因放在服務(wù)端還不如在客戶端重新實現(xiàn)，當(dāng)然前端還是API Gateway。

常見的Serverless框架介紹

Amazon的Lambda產(chǎn)品

2014年11月14日，AWS發(fā)布了AWS Lambda。AWS Lambda是市面上最早，也是最為成熟的Serverless框架之一。該服務(wù)最遲支持Node.js，現(xiàn)在也支持Java和Python。它與Alexa Skills Kit（軟件開發(fā)工具包）緊密集成，亞馬遜提供交互式控制臺和命令行工具，以便上傳和管理代碼片段。

Google Cloud Functions

Google是為服務(wù)架構(gòu)的最前沿公司，除了推動Kubernetes，Google還投資了Cloud Functions，該架構(gòu)可以在其公共云基礎(chǔ)設(shè)施上運行。

Iron.io

Iron.io最初是為企業(yè)級應(yīng)用提供微服務(wù)。Iron.io是用Go語言編寫的，用于處理高并發(fā)、高性能計算服務(wù)，并已經(jīng)集成Docker服務(wù)，提供一種完整的微服務(wù)平臺。

IBM OpenWhisk

2016年2月的InterConnect大會，IBM發(fā)布了OpenWhisk，這種事件驅(qū)動型開源計算平臺可以用來替代AWS Lambda。OpenWhisk平臺讓廣大開發(fā)人員能夠迅速構(gòu)建微服務(wù)，從而可以響應(yīng)諸多事件，比如鼠標(biāo)點擊或收到來自傳感器的數(shù)據(jù)，并執(zhí)行代碼。事件發(fā)生后，代碼會自動執(zhí)行。

Serverless Framework

Serverless Framework是無服務(wù)器應(yīng)用框架和生態(tài)系統(tǒng)，旨在簡化開發(fā)和部署AWS Lambda應(yīng)用程序的工作。Serverless Framework作為Node.js NPM模塊提供，填補了AWS Lambda存在的許多缺口。它提供了多個樣本模板，可以迅速啟動AWS Lambda開發(fā)。

Azure WebJobs

Azure Web的應(yīng)用功能，可以與Web、API應(yīng)用相同的上下文中運行程序或腳本。可以上傳并運行可執(zhí)行文件，例如cmd、bat、exe、psl等等。WebJobs提供SDK用于簡化針對Web作業(yè)可以執(zhí)行的常見任務(wù)，例如圖像處理、隊列處理、RSS聚合、文件維護，以及發(fā)送電子郵件等等。

Serverless架構(gòu)原則

按需使用計算服務(wù)執(zhí)行代碼

Serverless架構(gòu)是SOA概念的自然延伸。在Serverless架構(gòu)中，所有自定義代碼作為孤立的、獨立的、細粒度的函數(shù)來編寫和執(zhí)行，這些函數(shù)在AWS Lambda之類的無狀態(tài)計算服務(wù)中運行。開發(fā)人員可以編寫函數(shù)，執(zhí)行常見的任務(wù)。在比較復(fù)雜的情況下，開發(fā)人員可以構(gòu)建更復(fù)雜的管道，編排多個函數(shù)調(diào)用。

編寫單一用途的無狀態(tài)函數(shù)

單單負責(zé)處理某一項任務(wù)的函數(shù)很容易測試，并穩(wěn)定運行。通過以一種松散編排的方式將函數(shù)和服務(wù)組合起來，能夠構(gòu)建易于理解、易于管理的復(fù)雜后端系統(tǒng)。　　　
為lambda等計算服務(wù)編寫的代碼應(yīng)該以無狀態(tài)方式進行構(gòu)建，這樣會讓無狀態(tài)功能很強大，讓平臺得以迅速擴展，處理數(shù)量不斷變化的請求或者事件。

設(shè)計基于推送的、事件驅(qū)動的管道

可以構(gòu)建滿足任何用途的服務(wù)器架構(gòu)。系統(tǒng)可以一開始就構(gòu)建成無服務(wù)器，也可以逐步設(shè)計現(xiàn)有的單體型應(yīng)用程序，以便充分發(fā)揮這種架構(gòu)的優(yōu)勢。最靈活、最強大的無服務(wù)器設(shè)計是事件驅(qū)動型的。

構(gòu)建事件驅(qū)動的、基于推送的系統(tǒng)常常有利于降低成本和系統(tǒng)復(fù)雜性，但是要注意，并不是任何情況下都是適當(dāng)?shù)幕蛘呷菀讓崿F(xiàn)的。

創(chuàng)建更強大的前端

由于Lambda的定價基于請求數(shù)量、執(zhí)行時間段以及分配的內(nèi)存量，所以代碼執(zhí)行需要越快越好。數(shù)據(jù)簽名的令牌讓前端可以與不同的服務(wù)直接通信。相比之下，傳統(tǒng)系統(tǒng)中所有通信經(jīng)由后端服務(wù)器來實現(xiàn)。讓前端與服務(wù)進行通信有助于減少創(chuàng)建環(huán)節(jié)、盡快獲得所需的資源。

與第三方服務(wù)集成

如果第三方服務(wù)能提供價值，并減少自定義代碼，那么自然它們就很有價值。開發(fā)人員可以通過引入第三方服務(wù)來減少自己實現(xiàn)各種業(yè)務(wù)邏輯的需要，可以減少小型公司的開發(fā)成本，避免價格、性能、可用性等要素上的劣勢。

未來趨勢

隨著移動和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用蓬勃發(fā)展，伴隨著面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）以及微服務(wù)架構(gòu)（MSA）的盛行，造就了Serverless架構(gòu)平臺的迅猛發(fā)展。在Serverless架構(gòu)中，開發(fā)者無須考慮服務(wù)器的問題，計算資源作為服務(wù)而不是服務(wù)器的概念出現(xiàn)，這樣開發(fā)者只需要關(guān)注面向客戶的客戶端業(yè)務(wù)程序開發(fā)，后臺服務(wù)由第三方服務(wù)公司完全或者部分提供，開發(fā)者調(diào)用相關(guān)的服務(wù)即可。Serverless是一種構(gòu)建和管理基于微服務(wù)架構(gòu)的完整流程，允許我們在服務(wù)部署級別而不是服務(wù)器部署級別來管理應(yīng)用部署，甚至可以管理某個具體功能或端口的部署，這就能讓開發(fā)者快速迭代，更快速地交付軟件。

這種新興的云計算服務(wù)交付模式為開發(fā)人員和管理人員帶了很多好處。它提供了合適的靈活性和控制性級別，因而在IaaS和PaaS之間找到了一條中間道路。由于服務(wù)器端幾乎沒有什么要管理的，Serverless架構(gòu)正在徹底改變軟件開發(fā)和部署流程，比如推動了NoOps模式的發(fā)展。