你好,我是秦粤。上一讲我们通过一个Node.js纯FaaS的Serverless应用,给你介绍了Serverless引擎盖下的运作机制,总结来说,FaaS依赖分层调度和极速冷启动的特性,在无事件时它居然可以缩容到0,就像我们的声控灯一样,有人的时候它可以亮起来,没人的时候,又可以自动关了。

听完了原理,我估计你肯定会问,FaaS这么好,但是它的应用场景是什么呢?今天我们就来一起看下。不过,想要理解FaaS的应用场景,我们就需要先理解FaaS的进程模型,这也是除了冷启动之后的另外一个重要概念。

FaaS进程模型

咱先回想一下上节课的FaaS的冷启动过程,我们知道容器和Runtime准备阶段都是由云服务商负责的,我们只需要关注具体的函数执行就可以了。而函数执行在FaaS里是由“函数服务”负责的,当函数触发器通知“事件”到来时,函数服务就会根据情况创建函数实例,然后执行函数。当函数执行完之后,函数实例也随之结束自己的使命,FaaS应用缩容到0,然后开始进入节能模式。

上面这套逻辑是我们上节课讲的,课后有同学就问,函数执行完之后实例能否不结束,让它继续等待下一次函数被调用呢?这样省去了每次都要冷启动的时间,响应时间不就可以更快了吗?

是的,本身FaaS也考虑到了这种情况,所以从运行函数实例的进程角度来看,就有两种模型。我也画了张图,方便你理解。

这两个模型其实也对应两种不同的应用场景。我举个例子,比如你要把我们第一讲中的“待办任务”应用部署上线,还记得小程同学吧,他完成了第一个版本,他用Express.js[1] 框架开发的MVC架构,View层他采用流行的React[2],并且使用了Ant Design Pro[3] React组件库,Model数据库采用MongoDB。小程的第一个版本,就是一个典型的传统Web服务。

从可控性和改造成本角度来看Web服务,服务端部署方案最适合的还是托管平台PaaS或者自己搭服务跑在IaaS上。正如我上一讲所说,使用FaaS就必须在FaaS的条件限制内使用,最佳的做法应该是一开始就选用FaaS开发。

但是小程的运气比较好,我们查了一下文档,发现FaaS的Node.js的Runtime是支持Express的,所以我们只需少量修改,小程的第一个版本就可以使用FaaS的常驻进程方案部署。

这里我要做个对比。在之前,假设没有FaaS,我们要将应用部署到托管平台PaaS上;启动Web服务时,主进程初始化连接MongoDB,初始化完成后,持续监听服务器的80端口,直到监听端口的句柄关闭或主进程接收到终止信号;当80端口和客户端建立完TCP链接,有HTTP请求过来,服务器就会将请求转发给Web服务的主进程,这时主进程会创建一个子进程来处理这个请求。

而在FaaS常驻进程型模式下,首先我们要改造一下代码,Node.js的Server对象采用FaaS Runtime提供的Server对象;然后我们把监听端口改为监听HTTP事件;启动Web服务时,主进程初始化连接MongoDB,初始化完成后,持续监听HTTP事件,直到被云服务商控制的父进程关闭回收。

当HTTP事件发生时,我们的Web服务主进程跟之前一样,创建一个子进程来处理这个请求事件。主进程就如我们上图中绘制的那个蓝色的圆点,当HTTP事件发生时,它创建的子进程就是蓝色弧形箭头,当子进程处理完后就会被主进程回收。

在我看来,常驻进程型就是为了传统MVC架构部署上FaaS专门设计的。数据库也可以使用原来的DB连接方式,不过这样做会增加冷启动的时间(我特意在图中用曲线代表时间增加),从而导致第一次请求长延迟甚至失败。比较适合的做法是我们[第 1 课] 中,讲Serverless架构时说的,数据持久化采用BaaS服务。

那么我们能否用用完即毁型来部署小程的这个MVC架构的Web服务呢?可以,但是我不推荐你这样做,因为用完即毁型对传统MVC改造的成本太大。

说到这里,我们再将上面对比两个模型的示意图镜头再拉远一点,加上HTTP触发器看看。其实从另外一个角度看,触发器就是一个常驻进程型模型一直在等待,只不过这个触发器是由云服务商处理罢了。

这里我再啰嗦强调下,还是我们上一讲说的,FaaS只是做了极端抽象,云服务商通过技术手段帮助开发者屏蔽了细节,让他们尽量只关注代码本身。

所以,在用完即毁型中,我们只要将MVC的Control层部署到函数执行就可以了。这也意味着我们要将我们的MVC架构的Control函数一个个拆解出来部署,一个HTTP请求对应一个Control函数;Control函数实例启动时连接MongoDB,一个请求处理完后直接结束。你如果要提升Control函数的冷启动时间,Model层同样要考虑BaaS化改造。这里你听着可能有点陌生,没关系,后面我会通过代码给你演示,你到时候再理解也不迟。

现在,理解了两种类型,我们再来看看FaaS是怎么收费的,以及常驻型进程这种模式是不是官方会多收费。云服务商FaaS函数服务的收费标准各不相同,但他们都会提供一定的免费额度。我给你归纳下FaaS的收费标准,主要有两个维度:调用函数次数和函数耗时。

例如我们上面“待办任务”改造的常驻进程型和用完即毁型,多数情况下其实他们两个的函数耗时是一样的。这里可能有些绕,需要给你解释一下。

常驻进程型改造后主要占用的是内存,而FaaS收费的是CPU计算时间,也就是说常驻进程的模式并不会持续收费。但常驻型应用的冷启动时间会增加,所以我们要尽量避免冷启动,避免冷启动通常又需要做一些额外的工作,比如定时触发一下实例或者购买预留实例,这地方就会增加额外的费用了。这样听起来,是不是觉得常驻进程型改造MVC应用用起来很别扭?是的,我们前面也说了,常驻进程模式就是为了传统MVC架构部署上FaaS专门设计的,算是一种权宜之计吧。

用完即毁型改造后,同样冷启动时间会增加,但是冷启动时间是云服务商负责的。我们Control函数的执行时间,和MVC部署在FaaS中Control的执行时间是一样的。每个请求都增加了冷启动时间,响应时间会更长一些,但我们不用考虑额外的成本。那学到这儿,相信你也可以感觉到了,用完即毁型也不太适合传统MVC架构的改造,也是一种权宜之计,但这是FaaS最纯正的用法,肯定还是有它的用武之地的。

接下来,我们就继续把焦点放到用完即毁型上,来具体看看它可以用在哪些更加自然的场景里。

数据编排

我们做开发的多多少少都知道,目前最成功最广泛的设计模式就是MVC模式。但随着前端MVVM框架越来越火,前端View层逐渐前置,发展成SPA单页应用;后端Control和Model层逐渐下沉,发展成面向服务编程的后端应用。

这种情况下,前后端更加彻底地解耦了,前端开发可以依赖Mock数据接口完全脱离后端限制,而后端的同学则可以面向数据接口开发,但这也产生了高网络I/O的数据网关层。

Node.js的异步非阻塞和JavaScript天然亲近前端工程师的特性,自然地接过数据网关层。因此也诞生了Node.js的BFF层(Backend For Frontend),将后端数据和后端接口编排,适配成前端需要的数据结构,提供给前端使用。

我们的程序员好朋友小程也跟进了这个潮流,将“待办任务”Web服务重构成了第二个版本。他将原先的应用拆解成了2个项目:前端项目采用React+AntDesignPro+Umi.js[4] 的单页应用,后端项目还是采用Express。我们本专栏的示例也采用这个技术架构一步一步教你在云上部署SPA+FaaS混合框架演进。

如上图所示,BFF层充当了中间胶水层的角色,粘合前后端。未经加工的数据,我们称为元数据Raw Data,对于普通用户来说元数据几乎不可读。所以我们需要将有用的数据组合起来,并且加工数据,让数据具备价值。对于数据的组合和加工,我们称之为数据编排

BFF层通常是由善于处理高网络I/O的Node.js应用负责。传统的服务端运维Node.js应用还是比较重的,需要我们购买虚拟机,或者使用应用托管PaaS平台。

因为BFF层只是做无状态的数据编排,所以我们完全可以用FaaS用完即毁型模型替换掉BFF层的Node.js应用,也就是最近圈子里老说的那个新名词SFF(Serverless For Frontend)。

好,到这儿,我们已经理解了BFF到SFF的演进过程,现在我们再串下新的请求链路逻辑。前端的一个数据请求过来,函数触发器触发我们的函数服务;我们的函数启动后,调用后端提供的元数据接口,并将返回的元数据加工成前端需要的数据格式;我们的FaaS函数完全就可以休息了。具体如下图所示。

另外,除了我们自己的后端应用数据接口,互联网上还有大量的数据供我们使用。比如疫情期间,你要爬取下各个地区的疫情数据、天气数据,这些工作,也都可以放到FaaS上轻松搞定,并且基本还能免费,因为目前各大云服务商都提供了免费的额度,这个我刚给你讲过了。

编排后端接口,编排互联网上的数据,这俩场景我想你也很容易想到。不过,我觉得,编排云服务商的各种服务才能让你真正体会到那种触电的感觉。我第一次体验之后,就对我同事说:“变天了,真的变天了,喊了这么多年的云计算时代真的来了。”

服务编排

服务编排和数据编排很像,主要区别是对云服务商提供的各种服务进行组合和加工。在FaaS出现之前,就有服务编排的概念,但服务编排受限于服务支持的SDK语言版本,常见的情况是我们用yaml文件或命令行来编排服务。我们要使用这些服务或API,都要通过自己熟悉的编程语言去找对应的SDK,在自己的代码中加载SDK,使用秘钥调用SDK方法进行编排。就和数据编排一样,服务端运维部署成本非常高,而且如果没有SDK,则需要自己根据平台提供的接口或协议实现SDK。

现在有了FaaS,FaaS拓展了我们可以使用SDK边界,这是什么意思呢?比如小程的“待办任务”Web服务需要发送验证码邮件,我们可以用一个用完即毁型FaaS函数,调用云服务商的SDK发送邮件;再用一个常驻进程型FaaS函数生成随机字符串验证码,生成后记录这个验证码,并且调用发送邮件的FaaS将验证码发给用户邮箱;用户验证时,我们再调用常驻进程型FaaS的方法校验验证码是否正确。

我还是用阿里云来举例,我们查阅阿里云的邮件服务文档,发现它只支持Java、PHP和Python的SDK。我们一直都是在讲Node.js,这里没有Node.js的SDK,怎么办?如果我们根据阿里云邮箱服务的文档,自己开发Node.js的SDK,那肯定是饶了弯路,费了没用的力气。

因为我们发送邮件的用完即毁型FaaS函数功能很单一,所以我们完全可以参考邮件服务的PHP文档,就用PHP的SDK创建一个FaaS服务来发送邮件的。你会发现使用PHP邮件服务的成本居然如此之低。

你会看到在这个例子中,我用了我并不太熟悉PHP语言编排了邮件发送服务。不知道你意识到没有,这个也是FaaS一个亮点:语言无关性。它意味着你的团队不再局限于单一的开发语言了,你们可以利用Java、PHP、Python、Node.js各自的语言优势,混合开发出复杂的应用。

FaaS服务编排被云服务商特别关注正是因为它具备的这种开放性。使用FaaS可以创造出各种各样复杂的服务编排场景,而且还与语言无关,这大大增加了云服务商各种服务的使用场景。当然,这对开发者也提出了要求,它要求开发者去更多地了解云服务商提供的各种服务。

甚至我还知道,西雅图就有创业团队利用FaaS服务编排能力做了一套开源框架:Pulumi[5],并且还拿到了融资。感兴趣的话,你可以去他们的官网看看。

总结

好,到这里,我们这节课的内容就讲完了。我再来总结一下这节课的关键点。

  1. FaaS的进程模型有两种:常驻进程型和用完即毁型。常驻进程型是为了适应传统MVC架构设计的,它看起来并不自然;如果你从现在开始玩FaaS的话,我当然首选推荐用完即毁型,它可以最大限度发挥FaaS的优势。
  2. 追溯历史,我给你梳理了前后端分离发展出的BFF,然后BFF又可以被SFF替代。不管是内部的接口编排,还是外部一些数据的编排,FaaS都可以发挥出极大优势,你看看我视频演示的例子就懂了。
  3. 从数据编排再进一步,我们可以利用FaaS和云服务商云服务的能力,做到服务编排,编排出更加强大的组合服务场景,提升我们的研发效能。并且通过我这么长时间的体验,我还想感叹说,依赖云服务商的各种能力,再通过FaaS编排开发一个项目时,往往可以做到事半功倍。

作业

今天的作业和上一讲类似,我视频中给你做了个简单的Demo,你可以随便找个云平台去run一下试试,百闻不如一见,体验完之后,你可以在留言区谈谈你的感想。另外,如果今天这节课让你有所收获,也欢迎你把它分享给更多的朋友。

我Demo中的代码地址:https://github.com/pusongyang/sls-send-email

参考资料

[1] Express是Node.js著名的Web服务框架<https://expressjs.com/>。

[2] React 是Facebook开源的MVVM框架<https://zh-hans.reactjs.org/>。

[3] AntDesignPro是蚂蚁开源的React组件库<https://pro.ant.design/>。

[4] Umi.js是蚂蚁开源的React企业级解决方案脚手架<https://umijs.org/>。

[5] Pulumi <https://pulumi.io/>

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