Serverless无服务器架构详解 _Serverless

本文对serverless架构的基础概念，工作原理，应用场景以及具体产品进行详细解析。
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层负责无状态的计算，由BaaS层负责状态的存储：

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。

文章插图

特点及优势：

免运维：无需管理基础设施 —> 可以专注业务开发
按量计费：闲时不计费 —> 降低成本
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：

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
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
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

工作原理各个平台对云函数的实现在原理上基本相似，核心都是动态的启动实例去执行函数代码，且完成后实例会保留一定时间窗口。大致的底层架构如下图，其中步骤（1) (2) (3) (4) 为冷启动调用流程，(5) 为非冷启动调用。

文章插图

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窗口内首次执行（冷启动）和非首次执行两种情况：

如果是首次执行，则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。

从执行的原理也可看出，云函数理论上是支持无限自动扩容的。
冷启动问题由于serverless按量计费的特点，其实现机制就必须要在函数调用时才去启动运行环境，也就是冷启动问题。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