Explorando patrones de arquitectura sin servidor: una guía completa

La computación sin servidor (serverless) ha revolucionado la forma en que se construyen y despliegan las aplicaciones. Al abstraer la gestión de la infraestructura subyacente, los desarrolladores pueden centrarse en escribir código y entregar valor. Esta guía explora los patrones comunes de arquitectura sin servidor, ofreciendo información sobre sus beneficios, desventajas y aplicaciones en el mundo real.

¿Qué es la arquitectura sin servidor?

La arquitectura sin servidor es un modelo de ejecución de computación en la nube en el que el proveedor de la nube gestiona dinámicamente la asignación de recursos de máquina. El proveedor sin servidor se encarga de toda la infraestructura subyacente, por lo que no tiene que aprovisionar ni gestionar ningún servidor. Solo paga por el tiempo de computación que consume.

Características clave de la arquitectura sin servidor:

• Sin gestión de servidores: Los desarrolladores no necesitan aprovisionar, escalar ni gestionar servidores.
• Pago por uso: Solo paga por el tiempo de computación que su código consume.
• Escalado automático: Las plataformas sin servidor escalan automáticamente los recursos según la demanda.
• Dirigida por eventos: Las funciones se desencadenan por eventos, como solicitudes HTTP, cambios en la base de datos o mensajes.

Beneficios de la arquitectura sin servidor

Adoptar un enfoque sin servidor ofrece varias ventajas:

• Reducción de la carga operativa: Elimina la necesidad de gestionar servidores, liberando a los desarrolladores para que se centren en crear funcionalidades.
• Optimización de costos: El modelo de precios de pago por uso reduce los costos, especialmente para aplicaciones con tráfico fluctuante.
• Mejora de la escalabilidad y la disponibilidad: El escalado automático y la tolerancia a fallos garantizan una alta disponibilidad y rendimiento.
• Tiempo de comercialización más rápido: La implementación y gestión simplificadas aceleran los ciclos de desarrollo.

Patrones comunes de arquitectura sin servidor

Han surgido varios patrones arquitectónicos para aprovechar los beneficios de la computación sin servidor. Aquí están algunos de los más comunes:

1. Arquitectura dirigida por eventos

La arquitectura dirigida por eventos es un paradigma de arquitectura de software que promueve la producción, detección, consumo y reacción a eventos. En un contexto sin servidor, este patrón a menudo implica servicios que desencadenan funciones a través de eventos.

Ejemplo: Canalización de procesamiento de imágenes

Imagine una canalización de procesamiento de imágenes. Cuando un usuario sube una imagen a un servicio de almacenamiento en la nube (como Amazon S3, Azure Blob Storage o Google Cloud Storage), se desencadena un evento. Este evento invoca una función sin servidor (p. ej., AWS Lambda, Azure Function, Google Cloud Function) que realiza el redimensionamiento de la imagen, la conversión de formato y otras tareas de procesamiento. La imagen procesada se almacena de nuevo en el servicio de almacenamiento, lo que desencadena otro evento que podría notificar al usuario o actualizar una base de datos.

Componentes:

• Fuente del evento: Servicio de almacenamiento en la nube (S3, Blob Storage, Cloud Storage).
• Evento: Carga de imagen.
• Función: Función de procesamiento de imágenes (redimensionamiento, conversión).
• Destino: Servicio de almacenamiento en la nube, base de datos.

Beneficios:

• Desacoplamiento: Los servicios son independientes y se comunican a través de eventos.
• Escalabilidad: Las funciones escalan automáticamente según el volumen de eventos.
• Resiliencia: El fallo de una función no afecta a otras partes del sistema.

2. Patrón de puerta de enlace de API (API Gateway)

El patrón de puerta de enlace de API implica el uso de una puerta de enlace de API para gestionar las solicitudes entrantes y enrutarlas a las funciones sin servidor apropiadas. Esto proporciona un único punto de entrada para los clientes y habilita características como la autenticación, autorización, limitación de velocidad y transformación de solicitudes.

Ejemplo: API REST

Considere la construcción de una API REST utilizando funciones sin servidor. Una puerta de enlace de API (p. ej., Amazon API Gateway, Azure API Management, Google Cloud Endpoints) actúa como la puerta de entrada para la API. Cuando un cliente envía una solicitud, la puerta de enlace de API la enruta a la función sin servidor correspondiente según la ruta y el método de la solicitud. La función procesa la solicitud y devuelve una respuesta, que la puerta de enlace de API envía de vuelta al cliente. La puerta de enlace también puede gestionar la autenticación, la autorización y la limitación de velocidad para proteger la API.

Componentes:

• Puerta de enlace de API: Gestiona las solicitudes entrantes, la autenticación, la autorización y el enrutamiento.
• Funciones: Manejan puntos finales de API específicos.
• Base de datos: Almacena y recupera datos.

Beneficios:

• Gestión centralizada: Único punto de entrada para todas las solicitudes de la API.
• Seguridad: Autenticación y autorización a nivel de la puerta de enlace.
• Escalabilidad: La puerta de enlace de API puede manejar altos volúmenes de tráfico.

3. Patrón de distribución (Fan-Out)

El patrón de distribución (Fan-Out) implica distribuir un único evento a múltiples funciones para su procesamiento en paralelo. Esto es útil para tareas que se pueden realizar de forma independiente, como enviar notificaciones a múltiples usuarios o procesar datos en paralelo.

Ejemplo: Envío de notificaciones

Suponga que necesita enviar notificaciones a múltiples usuarios cuando se publica un nuevo artículo. Cuando se publica el artículo, se desencadena un evento. Este evento invoca una función que distribuye la notificación a múltiples funciones, cada una responsable de enviar la notificación a un usuario o grupo de usuarios específico. Esto permite que las notificaciones se envíen en paralelo, reduciendo el tiempo total de procesamiento.

Componentes:

• Fuente del evento: Publicación de artículo.
• Función de distribución: Distribuye la notificación a múltiples funciones.
• Funciones de notificación: Envían notificaciones a usuarios individuales.

Beneficios:

• Procesamiento en paralelo: Las tareas se realizan de forma concurrente, reduciendo el tiempo de procesamiento.
• Escalabilidad: Cada función puede escalar de forma independiente.
• Rendimiento mejorado: Entrega de notificaciones más rápida.

4. Patrón de agregador

El patrón de agregador implica recopilar datos de múltiples fuentes y combinarlos en un único resultado. Esto es útil para tareas que requieren datos de múltiples API o bases de datos.

Ejemplo: Agregación de datos

Considere una aplicación que necesita mostrar información sobre un producto, incluyendo su precio, disponibilidad y reseñas. Esta información podría estar almacenada en diferentes bases de datos o recuperarse de diferentes API. Una función agregadora puede recopilar datos de estas diversas fuentes y combinarlos en un único objeto JSON, que luego se envía al cliente. Esto simplifica la tarea del cliente de recuperar y mostrar la información del producto.

Componentes:

• Fuentes de datos: Bases de datos, API.
• Función agregadora: Recopila y combina datos.
• Destino: Aplicación cliente.

Beneficios:

• Lógica del cliente simplificada: El cliente solo necesita recuperar un único resultado.
• Reducción de solicitudes de red: Menos solicitudes a las fuentes de datos.
• Rendimiento mejorado: Los datos se agregan en el lado del servidor.

5. Patrón de cadena

El patrón de cadena implica encadenar múltiples funciones para realizar una serie de tareas. La salida de una función se convierte en la entrada de la siguiente. Esto es útil para flujos de trabajo complejos o canalizaciones de procesamiento de datos.

Ejemplo: Canalización de transformación de datos

Imagine una canalización de transformación de datos que implica limpiar, validar y enriquecer datos. Cada paso en la canalización puede implementarse como una función sin servidor separada. Las funciones se encadenan, y la salida de una función se pasa como entrada a la siguiente. Esto permite una canalización de procesamiento de datos modular y escalable.

Componentes:

• Funciones: Cada función realiza una tarea de transformación específica.
• Orquestación: Un mecanismo para encadenar las funciones (p. ej., AWS Step Functions, Azure Durable Functions, Google Cloud Workflows).

Beneficios:

• Modularidad: Cada función es responsable de una tarea específica.
• Escalabilidad: Cada función puede escalar de forma independiente.
• Mantenibilidad: Es más fácil actualizar y mantener funciones individuales.

6. Patrón de higuera estranguladora (Strangler Fig)

El patrón de higuera estranguladora es una estrategia de migración gradual para modernizar aplicaciones heredadas reemplazando incrementalmente funcionalidades con componentes sin servidor. Este patrón le permite introducir servicios sin servidor sin interrumpir por completo la aplicación existente.

Ejemplo: Migración de un monolito

Suponga que tiene una aplicación monolítica que desea migrar a una arquitectura sin servidor. Puede comenzar por identificar funcionalidades específicas que pueden reemplazarse fácilmente con funciones sin servidor. Por ejemplo, podría reemplazar el módulo de autenticación de usuarios con una función sin servidor que autentica a los usuarios contra un proveedor de identidad externo. A medida que reemplaza más funcionalidades con componentes sin servidor, la aplicación monolítica se reduce gradualmente hasta que finalmente se reemplaza por completo.

Componentes:

• Aplicación heredada: La aplicación existente que necesita ser modernizada.
• Funciones sin servidor: Nuevos componentes sin servidor que reemplazan funcionalidades heredadas.
• Proxy/Enrutador: Enruta las solicitudes a la aplicación heredada o a las nuevas funciones sin servidor.

Beneficios:

• Riesgo reducido: La migración gradual reduce el riesgo de interrumpir la aplicación existente.
• Flexibilidad: Le permite modernizar la aplicación a su propio ritmo.
• Ahorro de costos: Los componentes sin servidor pueden ser más rentables que la aplicación heredada.

Eligiendo el patrón correcto

Seleccionar el patrón de arquitectura sin servidor apropiado depende de los requisitos específicos de su aplicación. Considere los siguientes factores:

• Complejidad de la aplicación: Las aplicaciones simples pueden requerir solo un patrón básico de puerta de enlace de API, mientras que las aplicaciones más complejas pueden beneficiarse de encadenar funciones o usar una arquitectura dirigida por eventos.
• Requisitos de escalabilidad: Elija patrones que puedan escalar automáticamente para manejar tráfico fluctuante.
• Necesidades de procesamiento de datos: Considere patrones que admitan el procesamiento en paralelo o la agregación de datos.
• Infraestructura existente: Si está migrando desde una aplicación heredada, el patrón de higuera estranguladora podría ser una buena opción.

Mejores prácticas para la arquitectura sin servidor

Para asegurar el éxito con la arquitectura sin servidor, siga estas mejores prácticas:

• Mantenga las funciones pequeñas y enfocadas: Cada función debe tener un único propósito bien definido. Esto mejora la mantenibilidad y la escalabilidad.
• Use variables de entorno para la configuración: Evite codificar valores de configuración en sus funciones. Use variables de entorno para gestionar los ajustes de configuración.
• Maneje los errores con elegancia: Implemente un manejo de errores robusto para evitar que las fallas se propaguen en cascada por todo el sistema.
• Monitoree y registre sus funciones: Use herramientas de monitoreo para rastrear el rendimiento de las funciones e identificar posibles problemas. Registre eventos importantes para ayudar en la depuración.
• Asegure sus funciones: Implemente medidas de seguridad apropiadas para proteger sus funciones del acceso no autorizado.
• Optimice los arranques en frío: Minimice la latencia de arranque en frío utilizando los entornos de ejecución de lenguaje apropiados y optimizando el código de la función.
• Implemente canalizaciones de CI/CD adecuadas: Automatice el despliegue y las pruebas de sus funciones sin servidor para garantizar lanzamientos consistentes y fiables.

Sin servidor en diferentes proveedores de nube

Los conceptos básicos de la arquitectura sin servidor son aplicables en diferentes proveedores de nube, aunque las implementaciones y los servicios específicos pueden variar. Aquí hay una descripción general rápida:

• Amazon Web Services (AWS): AWS Lambda es el servicio de computación sin servidor insignia. AWS también ofrece API Gateway, Step Functions (para orquestación) y S3 para almacenamiento.
• Microsoft Azure: Azure Functions es el servicio de computación sin servidor de Microsoft. Azure también proporciona API Management, Durable Functions (para orquestación) y Blob Storage.
• Google Cloud Platform (GCP): Google Cloud Functions es el servicio de computación sin servidor de Google. GCP ofrece Cloud Endpoints (puerta de enlace de API), Cloud Workflows (para orquestación) y Cloud Storage.

Si bien cada proveedor tiene sus características y modelos de precios únicos, los principios fundamentales de la arquitectura sin servidor se mantienen consistentes. Elegir el proveedor adecuado depende de sus necesidades específicas, la infraestructura existente y la familiaridad con la plataforma.

Consideraciones globales y sin servidor

Al diseñar aplicaciones sin servidor para una audiencia global, varios factores se vuelven particularmente importantes:

• Latencia: Minimice la latencia desplegando funciones en regiones cercanas a sus usuarios. Los proveedores de nube ofrecen despliegues específicos por región para funciones sin servidor. Las Redes de Entrega de Contenido (CDN) también pueden ayudar a almacenar en caché el contenido más cerca de los usuarios, mejorando el rendimiento.
• Residencia de datos: Tenga en cuenta los requisitos de residencia de datos en diferentes países y regiones. Asegúrese de que los datos se almacenen y procesen de conformidad con las regulaciones locales.
• Localización: Diseñe sus aplicaciones para admitir múltiples idiomas y monedas. Las funciones sin servidor se pueden utilizar para generar contenido dinámicamente según las preferencias o la ubicación del usuario.
• Cumplimiento: Asegúrese de que sus aplicaciones cumplan con los estándares y regulaciones de la industria pertinentes, como GDPR, HIPAA y PCI DSS.
• Optimización de costos: Optimice el rendimiento de la función y el uso de recursos para minimizar los costos. Preste mucha atención a los modelos de precios y patrones de uso específicos de la región.

Al considerar cuidadosamente estos factores, puede crear aplicaciones sin servidor que sean globalmente accesibles, de alto rendimiento y conformes a las normativas.

Conclusión

La arquitectura sin servidor ofrece un enfoque poderoso para construir y desplegar aplicaciones modernas. Al comprender los patrones comunes de arquitectura sin servidor y seguir las mejores prácticas, puede aprovechar los beneficios de una menor carga operativa, la optimización de costos y una mayor escalabilidad. A medida que la tecnología sin servidor continúa evolucionando, explorar y adaptar estos patrones será crucial para construir soluciones eficientes e innovadoras en la nube.