剑网3指尖江湖职业推荐 www.1468054.com 最近關于 Serverless 的討論越來越多??此樸肭岸斯叵擋淮蟮?Serverless,其實早已和前端有了頗深淵源,并且將掀起新的前端技術變革。本文主要就根據個人理解和總結,從前端開發模式的演進、基于 Serverless 的前端開發案例以及 Serverless 開發最佳實踐等方面,與大家探討 Serverless 中的前端開發模式。本人也有幸在 QCon2019 分享了這一主題。

前端開發模式的演進

首先回顧一下前端開發模式的演進,我覺得主要有四個階段。

  1. 基于模板渲染的動態頁面
  2. 基于 AJAX 的前后端分離
  3. 基于 Node.js 的前端工程化
  4. 基于 Node.js 的全棧開發

基于模板渲染的動態頁面

在早起的互聯網時代,我們的網頁很簡單,就是一些靜態或動態的頁面,主要目的是用來做信息的展示和傳播。這個時候開發一個網頁也很容易,主要就是通過 JSP、PHP 等技術寫一些動態模板,然后通過 Web Server 將模板解析成一個個 HTML 文件,瀏覽器只負責渲染這些 HTML 文件。這個階段還沒有前后端的分工,通常是后端工程師順便寫了前端頁面。

基于 AJAX 的前后端分離

2005 年 AJAX 技術的正式提出,翻開了 Web 開發的新篇章?;?AJAX,我們可以把 Web 分為前端和后端,前端負責界面和交互,后端負責業務邏輯的處理。前后端通過接口進行數據交互。我們也不再需要在各個后端語言里面寫著難以維護的 HTML。網頁的復雜度也由后端的 Web Server 轉向了瀏覽器端的 JavaScript。也正因如此,開始有了前端工程師這個職位。

基于 Node.js 的前端工程化

2009年 Node.js 的出現,對于前端工程師來說,也是一個歷史性的時刻。隨著 Node.js 一同出現的還有 CommonJS 規范和 npm 包管理機制。隨后也出現了 Grunt、Gulp、Webpack 等一系列基于 Node.js 的前端開發構建工具。

在 2013 年前后,前端三大框架 React.js/Angular/Vue.js 相繼發布第一個版本。我們可以從以往基于一個個頁面的開發,變為基于一個個組件進行開發??⑼瓿珊笫褂?webpack 等工具進行打包構建,并通過基于 Node.js 實現的命令行工具將構建結果發布上線。前端開發開始變得規范化、標準化、工程化。

基于 Node.js 的全棧開發

Node.js 對前端的重要意義還有,以往只能運行在瀏覽器中的 JavaScript 也可以運行在服務器上,前端工程師可以用自己最熟悉的語言來寫服務端的代碼。于是前端工程師開始使用 Node.js 做全棧開發,開始由前端工程師向全棧工程師的方向轉變。這是前端主動突破自己的邊界。

另一方面,前端在發展,后端也在發展。也差不多在 Node.js 誕生那個時代,后端普遍開始由巨石應用模式由微服務架構轉變。這也就導致以往的前后端分工出現了分歧。隨著微服務架構的興起,后端的接口漸漸變得原子性,微服務的接口也不再直接面向頁面,前端的調用變得復雜了。于是 BFF(Backend For Frontend)架構應運而生,在微服務和前端中間,加了一個 BFF 層,由 BFF 對接口進行聚合、裁剪后,再輸出給前端。而 BFF 這層不是后端本質工作,且距離前端最近和前端關系最大,所以前端工程師自然而然選擇了 Node.js 來實現。這也是當前 Node.js 在服務端較為廣泛的應用。

下一代前端開發模式

可以看到,每一次前端開發模式的變化,都因某個變革性的技術而起。先是 AJAX,而后是 Node.js。那么下一個變革性的技術是什么?不言而喻,就是 Serverless。

Serverless 服務中的前端解決方案

Serverless 簡介

根據 CNCF 的定義,Serverless 是指構建和運行不需要服務器管理的應用程序的概念。(serverless-overview)

Serverless computing refers to the concept of building and running applications that do not require server management. — CNCF

其實 Serverless 早已和前端產生了聯系,只是我們可能沒有感知。比如 CDN,我們把靜態資源發布到 CDN 之后,就不需要關心 CDN 有多少個節點、節點如何分布,也不需要關心它如何做負載均衡、如何實現網絡加速,所以 CDN 對前端來說是 Serverless。再比如對象存儲,和 CDN 一樣,我們只需要將文件上傳到對象存儲,就可以直接使用了,不需要關心它如何存取文件、如何進行權限控制,所以對象存儲對前端工程師來說是 Serverless。甚至一些第三方的 API 服務,也是 Serverless,因為我們使用的時候,不需要去關心服務器。

當然,有了體感還不夠,我們還是需要一個更精確的定義。從技術角度來說,Serverless 就是 FaaS 和 BaaS 的結合。

Serverless = FaaS + BaaS。

圖0:Serverless 掀起新的前端技術變革

簡單來講,FaaS(Function as a Service) 就是一些運行函數的平臺,比如阿里云的函數計算、AWS 的 Lambda 等。

BaaS(Backend as a Service)則是一些后端云服務,比如云數據庫、對象存儲、消息隊列等。利用 BaaS,可以極大簡化我們的應用開發難度。

Serverless 則可以理解為運行在 FaaS 中的,使用了 BaaS 的函數。

Serverless 的主要特點有:

  • 事件驅動
  • 函數在 FaaS 平臺中,需要通過一系列的事件來驅動函數執行。
  • 無狀態
  • 因為每次函數執行,可能使用的都是不同的容器,無法進行內存或數據共享。如果要共享數據,則只能通過第三方服務,比如 Redis 等。
  • 無運維
  • 使用 Serverless 我們不需要關心服務器,不需要關心運維。這也是 Serverless 思想的核心。
  • 低成本
  • 使用 Serverless 成本很低,因為我們只需要為每次函數的運行付費。函數不運行,則不花錢,也不會浪費服務器資源

Serverless 服務中的前端解決方案架構圖

圖1:Serverless 掀起新的前端技術變革

上圖是當前主要的一些 Serverless 服務,以及對應的前端解決方案。

從下往上,分別是基礎設施和開發工具。

基礎設施主要是一些云計算廠商提供,包括云計算平臺和各種 BaaS 服務,以及運行函數的 FaaS 平臺。

前端主要是 Serverless 的使用者,所以對前端來說,最重要的開發工具這一層,我們需要依賴開發工具進行 Serverless 開發、調試和部署。

框架(Framework)

如今還沒有一個統一的 Serverless 標準,不同云計算平臺提供的 Serverless 服務很可能是不一樣的,這就導致我們的代碼,無法平滑遷移。Serverless 框架一個主要功能是簡化 Serverless 開發、部署流程,另一主要功能則是屏蔽不同 Serverless 服務中的差異,讓我們的函數能夠在不改動或者只改動很小一部分的情況下,在其他 Serverless 服務中也能運行。

常見的 Serverless 框架有 Serverless Framework、ZEIT Now、Apex 等。不過這些基本都是國外公司做的,國內還沒有這樣的平臺。

Web IDE

和 Serverless 緊密相關的 Web IDE 主要也是各個云計算平臺的 Web IDE。利用 Web IDE,我們可以很方便地在云端開發、調試函數,并且可以直接部署到對應的 FaaS 平臺。這樣的好處是避免了在本地安裝各種開發工具、配置各種環境。常見的 Web IDE 有 AWS 的 Cloud9、阿里云的函數計算 Web IDE、騰訊云的 Cloud Studio。從體驗上來說,AWS Cloud9 最好。

命令行工具

當然,目前最主要的開發方式還是在本地進行開發。所以在本地開發 Serverless 的命令行工具也必不可少。

命令行工具主要有兩類,一類是云計算平臺提供的,如 AWS 的 aws、 Azure 的 az、阿里云的 fun;還有一類是 Serverless 框架提供的,如 serverless、now。

大部分工具如 serverless、fun 等,都是用 Node.js 實現的。

下面是幾個命令行工具的例子。

創建

# serverless
$ serverless create --template aws-nodejs --path myService
# fun
$ fun init -n qcondemo helloworld-nodejs8

部署

# serverless
$ serverless deploy
# fun
$ fun deploy

調試

# serverless
$ serverless invoke [local] --function functionName
# fun
$ fun local invoke functionName

應用場景

在開發工具上面一層,則是 Serverless 的一些垂直應用場景。除了使用傳統的服務端開發,目前使用 Serverless 技術的還有小程序開發,未來可能還會設計物聯網領域(IoT)。

不同 Serverless 服務的對比

圖2:Serverless 掀起新的前端技術變革

上圖從支持語言、觸發器、價格等多個方面對不同 Serverless 服務進行了對比,可以發現有差異,也有共性。

比如幾乎所有 Serverless 服務都支持 Node.js/Python/Java 等語言。

從支持的觸發器來看,幾乎所有服務也都支持 HTTP、對象存儲、定時任務、消息隊列等觸發器。當然,這些觸發器也與平臺自己的后端服務相關,比如阿里云的對象存儲觸發器,是基于阿里云的 OSS 產品的存取等事件觸發的;而 AWS 的對象存儲觸發器,則是基于 AWS 的 S3 的事件觸發的,兩個平臺并不通用。這也是當前 Serverless 面臨的一個問題,就是標準不統一。

從計費的角度來看,各個平臺的費用基本一致。在前面也提到,Serverless 的計費是按調用次數計費。對于各個 Serverless,每個月都有 100 萬次的免費調用次數,之后差不多 ¥1.3/百萬次;以及 400,000 GB-s 的免費執行時間,之后 ¥0.0001108/GB-s。所以在應用體量較小的時候,使用 Serverless 是非?;愕?。

基于 Serverless 的前端開發模式

在本章節,主要以幾個案例來說明基于 Serverless 的前端開發模式,以及它和以往的前端開發有什么不一樣。

在開始具體的案例之前,先看一下傳統開發流程。

圖3:Serverless 掀起新的前端技術變革

在傳統開發流程中,我們需要前端工程師寫頁面,后端工程師寫接口。后端寫完接口之后,把接口部署了,再進行前后端聯調。聯調完畢后再測試、上線。上線之后,還需要運維工程師對系統進行維護。整個過程涉及多個不同角色,鏈路較長,溝通協調也是一個問題。

而基于 Serverless,后端變得非常簡單了,以往的后端應用被拆分為一個個函數,只需要寫完函數并部署到 Serverless 服務即可,后續也不用關心任何服務器的運維操作。后端開發的門檻大幅度降低了。因此,只需要一個前端工程師就可以完成所有的開發工作。

圖4:Serverless 掀起新的前端技術變革

當然,前端工程師基于 Serverless 去寫后端,最好也需要具備一定的后端知識。涉及復雜的后端系統或者 Serverless 不適用的場景,還是需要后端開發,后端變得更靠后了。

基于 Serverless 的 BFF

一方面,對不同的設備需要使用不同的 API,另一方面,由于微服務導致前端接口調用的復雜,所以前端工程師開始使用 BFF 的方式,對接口進行聚合裁剪,以得到適用于前端的接口。

下面是一個通用的 BFF 架構。

圖5:Serverless 掀起新的前端技術變革

BFF @ SoundCloud

最底層的就是各種后端微服務,最上層就是各種前端應用。在微服務和應用之前,就是通常由前端工程師開發的 BFF。

這樣的架構解決了接口協調的問題,但也帶來了一些新的問題。

比如針對每個設備開發一個 BFF 應用,也會面臨一些重復開發的問題。而且以往前端只需要開發頁面,關注于瀏覽器端的渲染即可,現在卻需要維護各種 BFF 應用。以往前端也不需要關心并發,現在并發壓力卻集中到了 BFF 上。總的來說運維成本非常高,通常前端并不擅長運維。

Serverless 則可以幫我們很好的解決這些問題?;?Serverless,我們可以使用一個個函數來實各個接口的聚合裁剪。前端向 BFF 發起的請求,就相當于是 FaaS 的一個 HTTP 觸發器,觸發一個函數的執行,這個函數中來實現針對該請求的業務邏輯,比如調用多個微服務獲取數據,然后再將處理結果返回給前端。這樣運維的壓力,就由以往的 BFF Server 轉向了 FaaS 服務,前端再也不用關心服務器了。

圖6:Serverless 掀起新的前端技術變革

上圖則是基于 Serverless 的 BFF 架構。為了更好的管理各種 API,我們還可以添加網關層,通過網關來管理所有 API(比如阿里云的網關),比如對 API 進行分組、分環境?;?API 網關,前端就不直接通過 HTTP 觸發器來執行函數,而是將請求發送至網關,再由網關去觸發具體的函數來執行。

基于 Serverless 的服務端渲染

基于當下最流行的三大前端框架(React.js/Anguler/Vue.js),現在的渲染方式大部分都是客戶端渲染。頁面初始化的時候,只加載一個簡單 HTML 以及對應的 JS 文件,再由 JS 來渲染出一個個頁面。這種方式最主要的問題就是白屏時間和 SEO。

為了解決這個問題,前端又開始嘗試服務端渲染。本質思想其實和最早的模板渲染是一樣的。都是前端發起一個請求,后端 Server 解析出一個 HTML 文檔,然后再返回給瀏覽器。只不過以往是 JSP、PHP 等服務端語言的模板,現在是基于 React、Vue 等實現的同構應用,這也是如今的服務端渲染方案的優勢。

但服務端渲染又為前端帶來了一些額外的問題:運維成本,前端需要維護用于渲染的服務器。

Serverless 最大的優點就是可以幫我們減少運維,那 Serverless 能不能用于服務端渲染呢?當然也是可以的。

傳統的服務端渲染,每個請求的 path 都對應著服務端的每個路由,由該路由實現對應 path 的 HTML 文檔渲染。用于渲染的服務端程序,就是這些集成了這些路由的應用。

使用 Serverless 來做服務端渲染,就是將以往的每個路由,都拆分為一個個函數,再在 FaaS 上部署對應的函數。這樣用戶請求的 path,對應的就是每個單獨的函數。通過這種方式,就將運維操作轉移到了 FaaS 平臺,前端做服務端渲染,就不用再關心服務端程序的運維部署了。

圖7:Serverless 掀起新的前端技術變革

ZEITNext.js 就對基于 Serverless 的服務端渲染做了很好的實現。下面就是一個簡單的例子。

代碼結構如下:

.
├── next.config.js
├── now.json
├── package.json
└── pages
    ├── about.js
    └── index.js
// next.config.js
module.exports = {
  target: 'serverless'
}

其中 pages/about.jspages/index.js 就是兩個頁面,在 next.config.js 配置了使用 Zeit 提供的 Serverless 服務。

然后使用 now 這個命令,就可以將代碼以 Serverless 的方式部署。部署過程中,pages/about.jspages/index.js 就分別轉換為兩個函數,負責渲染對應的頁面。

圖8:Serverless 掀起新的前端技術變革

基于 Serverless 的小程序開發

目前國內使用 Serverless 較多的場景可能就是小程開發了。具體的實現就是小程序云開發,支付寶小程序和微信小程序都提供了云開發功能。

在傳統的小程序開發中,我們需要前端工程師進行小程序端的開發;后端工程師進行服務端的開發。小程序的后端開發和其他的后端應用開發,本質是是一樣的,需要關心應用的負載均衡、備份冗災、監控報警等一些列部署運維操作。如果開發團隊人很少,可能還需要前端工程師去實現服務端。

但基于云開發,就只需要讓開發者關注于業務的實現,由一個前端工程師就能夠完成整個應用的前后端開發。因為云開發將后端封裝為了 BaaS 服務,并提供了對應的 SDK 給開發者,開發者可以像調用函數一樣使用各種后端服務。應用的運維也轉移到了提供云開發的服務商。

圖9:Serverless 掀起新的前端技術變革

下面分別是使用支付寶云開發(Basement)的一些例子,函數就是定義在 FaaS 服務中的函數。

操作數據庫

// `basement` 是一個全局變量
// 操作數據庫
basement.db.collection('users')
    .insertOne({
        name: 'node',
        age: 18,
    })
    .then(() => {
        resolve({ success: true });
    })
    .catch(err => {
        reject({ success: false });
    });

上傳圖片

// 上傳圖片
basement.file
    .uploadFile(options)
    .then((image) => {
        this.setData({
            iconUrl: image.fileUrl,
        });
    })
    .catch(console.error);

調用函數

// 調用函數
basement.function
    .invoke('getUserInfo')
    .then((res) => { 
        this.setData({ 
            user: res.result
        });
    })
    .catch(console.error}

通用 Serverless 架構

基于上述幾個 Serverless 開發的例子,就可以總結出一個通用的 Serverless 架構。

圖10:Serverless 掀起新的前端技術變革

其中最底層就是實現復雜業務的后端微服務(Backend)。然后 FaaS 層通過一系列函數實現業務邏輯,并為前端直接提供服務。對于前端開發者來說,前端可以通過編寫函數的方式來實現服務端的邏輯。對于后端開發者來說,后端變得更靠后了。如果業務比較較淡,FaaS 層能夠實現,甚至也不需要微服務這一層了。

同時不管是在后端、FaaS 還是前端,我們都可以去調用云計算平臺提供的 BaaS 服務,大大降低開發難度、減少開發成本。小程序云開發,就是直接在前端調用 BaaS 服務的例子。

Serverless 開發最佳實踐

基于 Serverless 開發模式和傳統開發模式最大的不同,就是傳統開發中,我們是基于應用的開發??⑼瓿珊?,我們需要對應用進行單元測試和集成測試。而基于 Serverless,開發的是一個個函數,那么我們應該如何對 Serverless 函數進行測試?Serverless 函數的測試和普通的單元測試又有什么區別?

還有一個很重要的點是,基于 Serverless 開發的應用性能如何?應該怎么去提高 Serverless 應用的性能?

本章主要就介紹一下,基于 Serverless 的函數的測試和函數的性能兩個方面的最佳實踐。

函數的測試

雖然使用 Serverless 我們可以簡單地進行業務的開發,但它的特性也給我們的測試帶來了一些挑戰。主要有以下幾個方面。

Serverless 函數是分布式的,我們不知道也無需知道函數是部署或運行在哪臺機器上,所以我們需要對每個函數進行單元測試。Serverless 應用是由一組函數組成的,函數內部可能依賴了一些別的后端服務(BaaS),所以我們也需要對 Serverless 應用進行集成測試。

運行函數的 FaaS 和 BaaS 在本地也難以模擬。除此之外,不同平臺提供的 FaaS 環境可能不一致,不平臺提供的 BaaS 服務的 SDK 或接口也可能不一致,這不僅給我們的測試帶來了一些問題,也增加了應用遷移成本。

函數的執行是由事件驅動的,驅動函數執行的事件,在本地也難以模擬。

那么如何解決這些問題呢?

根據 Mike Cohn 提出的測試金字塔,單元測試的成本最低,效率最高;UI 測試(集成)測試的成本最高,效率最低,所以我們要盡可能多的進行單元測試,從而減少集成測試。這對 Serverless 的函數測試同樣適用。

圖11:Serverless 掀起新的前端技術變革

圖片來源: https://martinfowler.com/bliki/TestPyramid.html

為了能更簡單對函數進行單元測試,我們需要做的就是將業務邏輯和函數依賴的 FaaS(如函數計算) 和 BaaS (如云數據庫)分離。當 FaaS 和 BaaS 分離出去之后,我們就可以像編寫傳統的單元測試一樣,對函數的業務邏輯進行測試。然后再編寫集成測試,驗證函數和其他服務的集成是否正常工作。

一個糟糕的例子

下面是一個使用 Node.js 實現的函數的例子。該函數做的事情就是,首先將用戶信息存儲到數據庫中,然后給用戶發送郵件。

const db = require('db').connect();
const mailer = require('mailer');

module.exports.saveUser = (event, context, callback) => {
  const user = {
    email: event.email,
    created_at: Date.now()
  }

  db.saveUser(user, function (err) {
    if (err) {
      callback(err);
    } else {
      mailer.sendWelcomeEmail(event.email);
      callback();
    }
  });
};

這個例子主要存在兩個問題:

  1. 業務邏輯和 FaaS 耦合在一起。主要就是業務邏輯都在 saveUser 這個函數里,而 saveUser 參數的 eventconent 對象,是 FaaS 平臺提供的。
  2. 業務邏輯和 BaaS 耦合在一起。具體來說,就是函數內使用了 dbmailer 這兩個后端服務,測試函數必須依賴于 dbmailer。

編寫可測試的函數

基于將業務邏輯和函數依賴的 FaaS 和 BaaS 分離的原則,對上面的代碼進行重構。

class Users {
  constructor(db, mailer) {
    this.db = db;
    this.mailer = mailer;
  }

  save(email, callback) {
    const user = {
      email: email,
      created_at: Date.now()
    }

    this.db.saveUser(user, function (err) {
      if (err) {
        callback(err);
      } else {
        this.mailer.sendWelcomeEmail(email);
        callback();
      }
  });
  }
}

module.exports = Users;
const db = require('db').connect();
const mailer = require('mailer');
const Users = require('users');

let users = new Users(db, mailer);

module.exports.saveUser = (event, context, callback) => {
  users.save(event.email, callback);
};

在重構后的代碼中,我們將業務邏輯全都放在了 Users 這個類里面,Users 不依賴任何外部服務。測試的時候,我們也可以不傳入真實的 dbmailer,而是傳入模擬的服務。

下面是一個模擬 mailer 的例子。

// 模擬 mailer
const mailer = {
  sendWelcomeEmail: (email) => {
    console.log(`Send email to ${email} success!`);
  },
};

這樣只要對 Users 進行充分的單元測試,就能確保業務代碼如期運行。

然后再傳入真實的 dbmailer,進行簡單的集成測試,就能知道整個函數是否能夠正常工作。

重構后的代碼還有一個好處是方便函數的遷移。當我們想要把函數從一個平臺遷移到另一個平臺的時候,只需要根據不同平臺提供的參數,修改一下 Users 的調用方式就可以了,而不用再去修改業務邏輯。

小結

綜上所述,對函數進行測試,就需要牢記金字塔原則,并遵循以下原則:

  1. 將業務邏輯和函數依賴的 FaaS 和 BaaS 分離
  2. 對業務邏輯進行充分的單元測試
  3. 將函數進行集成測試驗證代碼是否正常工作

函數的性能

使用 Serverless 進行開發,還有一個大家都關心的問題就是函數的性能怎么樣。

對于傳統的應用,我們的程序啟動起來之后,就常駐在內存中;而 Serverless 函數則不是這樣。

當驅動函數執行的事件到來的時候,首先需要下載代碼,然后啟動一個容器,在容器里面再啟動一個運行環境,最后才是執行代碼。前幾步統稱為冷啟動(Cold Start)。傳統的應用沒有冷啟動的過程。

下面是函數生命周期的示意圖:

圖12:Serverless 掀起新的前端技術變革

圖片來源: https://www.youtube.com/watch?v=oQFORsso2go&feature=youtu.be&t=8m5s

冷啟動時間的長短,就是函數性能的關鍵因素。優化函數的性能,也就需要從函數生命周期的各個階段去優化。

不同編程語言對冷啟動時間的影響

在此之前,已經有很多人測試過不同編程語言對冷啟動時間的影響,比如:

圖13:Serverless 掀起新的前端技術變革

圖片來源: Cold start / Warm start with AWS Lambda

從這些測試中能夠得到一些統一的結論:

  • 增加函數的內存可以減少冷啟動時間
  • C#、Java 等編程語言的能啟動時間大約是 Node.js、Python 的 100 倍

基于上述結論,如果想要 Java 的冷啟動時間達到 Node.js 那么小,可以為 Java 分配更大的內存。但更大的內存意味著更多的成本。

函數冷啟動的時機

剛開始接觸 Serverless 的開發者可能有一個誤區,就是每次函數執行,都需要冷啟動。其實并不是這樣。

當第一次請求(驅動函數執行的事件)來臨,成功啟動運行環境并執行函數之后,運行環境會保留一段時間,以便用于下一次函數執行。這樣就能減少冷啟動的次數,從而縮短函數運行時間。當請求達到一個運行環境的限制時,FaaS 平臺會自動擴展下一個運行環境。

圖14:Serverless 掀起新的前端技術變革

以 AWS Lambda 為例,在執行函數之后,Lambda 會保持執行上下文一段時間,預期用于另一次 Lambda 函數調用。其效果是,服務在 Lambda 函數完成后凍結執行上下文,如果再次調用 Lambda 函數時 AWS Lambda 選擇重用上下文,則解凍上下文供重用。

下面以兩個小測試來說明上述內容。

我使用阿里云的函數計算實現了一個 Serverless 函數,并通過 HTTP 事件來驅動。然后使用不同并發數向函數發起 100 個請求。

首先是一個并發的情況:

圖15:Serverless 掀起新的前端技術變革

可以看到第一個請求時間為 302ms,其他請求時間基本都在 50ms 左右?;揪湍莧范?,第一個請求對應的函數是冷啟動,剩余 99 個請求,都是熱啟動,直接重復利用了第一個請求的運行環境。

接下來是并發數為 10 的情況:

圖16:Serverless 掀起新的前端技術變革

可以發現,前 10 個請求,耗時基本在 200ms-300ms,其余請求耗時在 50ms 左右。于是可以得出結論,前 10 個并發請求都是冷啟動,同時啟動了 10 個運行環境;后面 90 個請求都是熱啟動。

這也就印證了之前的結論,函數不是每次都冷啟動,而是會在一定時間內復用之前的運行環境。

執行上下文重用

上面的結論對我們提高函數性能有什么幫助呢?當然是有的。既然運行環境能夠保留,那就意味著我們能對運行環境中的執行上下文進行重復利用。

來看一個例子:

const mysql = require('mysql');

module.exports.saveUser = (event, context, callback) => {

    // 初始化數據庫連接
    const connection = mysql.createConnection({ /* ... */ });
    connection.connect();

    connection.query('...');

};

上面例子實現的功能就是在 saveUser 函數中初始化一個數據庫連接。這樣的問題就是,每次函數執行的時候,都會重新初始化數據庫連接,而連接數據庫又是一個比較耗時的操作。顯然這樣對函數的性能是沒有好處的。

既然在短時間內,函數的執行上下文可以重復利用,那么我們就可以將數據庫連接放在函數之外:

const mysql = require('mysql');

// 初始化數據庫連接
const connection = mysql.createConnection({ /* ... */ });
connection.connect();


module.exports.saveUser = (event, context, callback) => {

    connection.query('...');

};

這樣就只有第一次運行環境啟動的時候,才會初始化數據庫連接。后續請求來臨、執行函數的時候,就可以直接利用執行上下文中的 connection,從而提后續高函數的性能。

大部分情況下,通過犧牲一個請求的性能,換取大部分請求的性能,是完全可以夠接受的。

給函數預熱

既然函數的運行環境會保留一段時間,那么我們也可以通過主動調用函數的方式,隔一段時間就冷啟動一個運行環境,這樣就能使得其他正常的請求都是熱啟動,從而避免冷啟動時間對函數性能的影響。

這是目前比較有效的方式,但也需要有一些注意的地方:

  1. 不要過于頻繁調用函數,至少頻率要大于 5 分鐘
  2. 直接調用函數,而不是通過網關等間接調用
  3. 創建專門處理這種預熱調用的函數,而不是正常業務函數

這種方案只是目前行之有效且比較黑科技的方案,可以使用,但如果你的業務允許“犧牲第一個請求的性能換取大部分性能”,那也完全不必使用該方案,

小結

總體而言,優化函數的性能就是優化冷啟動時間。上述方案都是開發者方面的優化,當然還一方面主要是 FaaS 平臺的性能優化。

總結一下上述方案,主要是以下幾點:

  1. 選用 Node.js / Python 等冷啟動時間短的編程語言
  2. 為函數分配合適的運行內存
  3. 執行上下文重用
  4. 為函數預熱

總結

作為前端工程師,我們一直在探討前端的邊界是什么。現在的前端開發早已不是以往的前端開發,前端不僅可以做網頁,還可以做小程序,做 APP,做桌面程序,甚至做服務端。而前端之所以在不斷拓展自己的邊界、不斷探索更多的領域,則是希望自己能夠產生更大的價值。最好是用我們熟悉的工具、熟悉的方式來創造價值。

而 Serverless 架構的誕生,則可以最大程度幫助前端工程師實現自己的理想。使用 Serverless,我們不需要再過多關注服務端的運維,不需要關心我們不熟悉的領域,我們只需要專注于業務的開發、專注于產品的實現。我們需要關心的事情變少了,但我們能做的事情更多了。

Serverless 也必將對前端的開發模式產生巨大的變革,前端工程師的職能也將再度回歸到應用工程師的職能。

如果要用一句話來總結 Serverless,那就是 Less is More。

余下全文(1/3)

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