无服务器技术：特性、优势与发展模式

### 无服务器技术：特性、优势与发展模式 #### 1. 无服务器技术概述 无服务器技术是利用完全托管的云服务来执行任务的概念，它将基础设施的复杂性和服务器维护任务抽象化。早期，特别是在AWS Lambda发布后，很多人将无服务器和函数即服务（FaaS）混为一谈，但如今FaaS只是无服务器生态系统中的一种服务类型。无服务器技术的定义通常反映了无服务器应用的主要特征，随着其发展和广泛应用，这些特征也在不断完善和重新定义。 #### 2. 无服务器技术的特性 - **按使用付费**：这是无服务器最主要的特征，源于早期无服务器与FaaS的等同概念，即按函数调用次数付费。对于像AWS Lambda这样的临时服务，这种计费方式很适用。但如果应用需要处理数据并长期存储，像Amazon DynamoDB和Amazon S3这样的完全托管服务，会根据每月存储的数据量（通常以GiB为单位）收费，不过仍是基于数据量的按使用付费，而非对整个磁盘驱动器或存储阵列收费。例如，一个简单的无服务器应用中，Lambda函数对DynamoDB表中的数据进行操作，Lambda函数按调用次数和内存消耗付费，DynamoDB除了读写数据的API调用按使用付费外，还需为存储数据的空间付费。 - **自动伸缩和缩容至零**：完全托管服务的一个主要特性是能够根据需求自动伸缩，无需人工干预。“缩容至零”是无服务器特有的概念，以Lambda函数为例，AWS Lambda管理运行函数的基础设施。当函数结束且不再使用时，经过一定的闲置期，服务会回收运行该函数的资源，将执行环境数量缩容至零。相反，当对Lambda函数的请求量很大时，AWS会自动扩展基础设施，按需运行多个并发的执行环境实例，以满足需求，这通常被称为无限扩展，但总容量实际上取决于账户的并发限制。此外，还可以通过设置函数的预配置并发值，让一定数量的函数容器保持“热”状态，随时准备运行。 - **Lambda函数执行环境**：当调用Lambda函数时，AWS Lambda服务会在执行环境中运行函数代码。执行环境运行在名为Firecracker的硬件虚拟化虚拟机（MicroVM）上，为函数执行提供安全且隔离的运行时环境，它由函数代码、任何扩展、临时本地文件系统空间和语言运行时组成。一个执行环境与一个Lambda函数关联，不会在函数之间共享。 - **Lambda函数超时**：目前，Lambda函数的最大执行时间为15分钟，这通常被称为超时时间。在开发Lambda函数时，可以将超时时间设置为最长15分钟的任意值，根据函数完成逻辑执行所需的时间来设置该值，并期望函数在超时前完成。如果函数在达到设置的超时时间时仍在执行，AWS Lambda服务将终止它。 - **高可用性**：高可用（HA）应用通过添加冗余来避免单点故障。对于商业应用，服务级别协议（SLA）以百分比形式规定可用性。在无服务器中，由于使用完全托管服务，AWS通过在多个可用区（AZ）分布计算和存储资源来处理冗余和数据复制，从而避免单点故障。因此，采用无服务器技术可以直接获得高可用性。 - **冷启动**：冷启动通常与FaaS相关。例如，当AWS Lambda函数闲置一段时间后，其执行环境会关闭。如果函数在闲置一段时间后再次被调用，AWS会配置一个新的执行环境来运行它，这个初始设置的延迟通常称为冷启动时间。函数执行完成后，Lambda服务会在不确定的时间段内保留执行环境。如果在此期间再次调用该函数，不会产生冷启动延迟，但如果有额外的并发调用，Lambda服务会为每个并发调用配置一个新的执行环境，从而导致冷启动。冷启动的初始延迟受多种因素影响，如函数部署包的大小、编程语言的运行时环境、分配给函数的内存（RAM）、预配置的数量（如静态数据初始化）等。 #### 3. 无服务器技术的独特优势 - **资源的个性化和细粒度配置**：“一刀切”的方式不适用于无服务器。能够在单个级别配置和操作无服务器服务，使我们可以从每个资源的层面看待无服务器应用，而不仅仅是将其作为一个整体。与传统容器应用不同，不再需要在容器级别设置一组通用的操作特性。例如，应用中有多个Lambda函数，一些处理网站的用户请求，另一些在后端执行批处理作业。可以为面向用户的函数提供更多内存，使其能够快速响应，而为后端批处理作业函数选择更长的超时时间，因为这些函数对性能要求不高。对于Amazon Simple Queue Service（SQS）队列，可以配置消息处理的速度，或者决定消息何时可用于处理。每个SQS队列有多个属性，可以根据需要调整这些值来配置队列。当构建使用多个资源（如Lambda函数、SQS队列、DynamoDB表、S3存储桶等）的应用时，可以根据业务和操作需求灵活调整每个资源的行为。 - **服务的成本、性能和可持续性优化能力** - **深度优化**：无服务器应用由多个托管服务组成，可能包含来自同一托管服务的多个资源。例如，在一个应用中可能有多个来自AWS Lambda服务的函数，不需要以相同的方式优化所有函数，可以根据需求对一个函数进行性能优化，对另一个进行成本优化，或者为一个函数设置比其他函数更长的超时时间，也可以允许不同的并发执行需求。对于其他资源（如队列、表、API等），也可以根据其特性应用相同的原则。如果有多个微服务，每个微服务包含多个无服务器资源，可以对每个