Frontend Serverless Arhitektuur: Sügav Sukeldumine Funktsioonide Kompositsiooni ja Orkestreerimisse

Pidevalt arenevas veebiarenduse maastikul on frontendi roll muutunud lihtsate kasutajaliideste renderdamisest keeruka rakenduse oleku haldamiseks, keeruka äriloogika käsitlemiseks ja arvukate asünkroonsete toimingute orkestreerimiseks. Rakenduste keerukuse kasvades suureneb ka kulisside taga olev keerukus. Traditsiooniline monoliitne backend ja isegi esimese põlvkonna mikroteenuste arhitektuurid võivad mõnikord tekitada kitsaskohti, sidudes frontendi agility backend release tsüklitega. Siin tuleb mängu serverless arhitektuur, eriti frontendi jaoks, mis pakub paradigma muutust.

Kuid serverlessi kasutuselevõtt ei ole nii lihtne, kui lihtsalt üksikute funktsioonide kirjutamine. Moodne rakendus täidab harva ülesannet ühe, isoleeritud tegevusega. Sagedamini hõlmab see sammude jada, paralleelseid protsesse ja tingimuslikku loogikat. Kuidas me neid keerukaid töövooge haldame, ilma et langeksime tagasi monoliitsesse mõtteviisi või looksime omavahel seotud funktsioonide sasipuntra? Vastus peitub kahes võimsas kontseptsioonis: funktsioonide kompositsioon ja funktsioonide orkestreerimine.

See põhjalik juhend uurib, kuidas need mustrid muudavad Backend-for-Frontend (BFF) kihti, võimaldades arendajatel ehitada jõulisi, skaleeritavaid ja hooldatavaid rakendusi. Me analüüsime põhimõisteid, uurime tavalisi mustreid, hindame juhtivaid pilveorkestreerimisteenuseid ja vaatame läbi praktilise näite, et teie arusaamist kinnistada.

Frontend Arhitektuuri Evolutsioon ja Serverless BFF Tõus

Serverless orkestreerimise tähtsuse mõistmiseks on kasulik mõista frontend arhitektuuri teekonda. Oleme liikunud serveripoolselt renderdatud lehtedelt rikkalike Single-Page Rakenduste (SPA) poole, mis suhtlevad backendidega REST või GraphQL APIde kaudu. See kohustuste eraldamine oli suur hüpe edasi, kuid see tõi kaasa uusi väljakutseid.

Monoliidist Mikroteenusteni ja BFF

Esialgu suhtlesid SPAd sageli ühe, monoliitse backend APIga. See oli lihtne, kuid habras. Väike muudatus mobiilirakenduse jaoks võis veebirakenduse katki teha. Mikroteenuste liikumine lahendas selle probleemi, jagades monoliidi väiksemateks, iseseisvalt juurutatavateks teenusteks. Kuid see viis sageli selleni, et frontend pidi ühe vaate renderdamiseks kutsuma mitu mikroteenust, mis viis jutukate ja keerukate kliendipoolsete loogikateni.

Lahendusena tekkis Backend-for-Frontend (BFF) muster. BFF on spetsiaalne backend kiht konkreetse frontend kogemuse jaoks (nt üks veebirakenduse jaoks, üks iOS rakenduse jaoks). See toimib fassaadina, koondades andmeid erinevatest allavoolu mikroteenustest ja kohandades API vastust spetsiaalselt kliendi vajadustele. See lihtsustab frontend koodi, vähendab võrgupäringute arvu ja parandab jõudlust.

Serverless kui Ideaalne Sobivus BFF jaoks

Serverless funktsioonid ehk Function-as-a-Service (FaaS) on loomulik sobivus BFF rakendamiseks. Selle asemel, et hallata pidevalt töötavat serverit oma BFF jaoks, saate juurutada väikeste, sündmustepõhiste funktsioonide kogu. Iga funktsioon saab hakkama konkreetse API lõpp-punkti või ülesandega, nagu kasutajaandmete hankimine, makse töötlemine või uudisvoo koondamine.

See lähenemine pakub uskumatuid eeliseid:

• Skaleeritavus: Funktsioonid skaleeruvad automaatselt vastavalt nõudlusele, nullist tuhandete käivitamisteni.
• Kuluefektiivsus: Maksate ainult kasutatud arvutusaja eest, mis on ideaalne BFF sageli esinevate katkendlike liiklusmustrite jaoks.
• Arendaja Kiirus: Väikesi, sõltumatuid funktsioone on lihtsam arendada, testida ja juurutada.

Kuid see viib uue väljakutseni. Rakenduse keerukuse kasvades võib teie BFF vajada mitme funktsiooni kindlas järjekorras kutsumist, et täita üks kliendipoolne päring. Näiteks võib kasutaja registreerimine hõlmata andmebaasi kirje loomist, arveldusteenuse kutsumist ja tervitusmeili saatmist. Kui frontend klient haldab seda jada, on see ebaefektiivne ja ebaturvaline. See on probleem, mille lahendamiseks on loodud funktsioonide kompositsioon ja orkestreerimine.

Põhimõistete Mõistmine: Kompositsioon ja Orkestreerimine

Enne kui sukeldume mustritesse ja tööriistadesse, määratleggem selgelt oma peamised terminid.

Mis on Serverless Funktsioonid (FaaS)?

Oma olemuselt on serverless funktsioonid (nagu AWS Lambda, Azure Functions või Google Cloud Functions) olekuta, lühiajalised arvutusjuhtumid, mis käivituvad vastuseks sündmusele. Sündmuseks võib olla HTTP päring API Gatewaylt, uus faili üleslaadimine salvestuskohta või sõnum järjekorras. Peamine põhimõte on see, et teie, arendaja, ei halda aluseks olevaid servereid.

Mis on Funktsioonide Kompositsioon?

Funktsioonide kompositsioon on keeruka protsessi loomise disainimuster, ühendades mitu lihtsat, üheotstarbelist funktsiooni. Mõelge sellele nagu Legodega ehitamisele. Igal klotsil (funktsioonil) on kindel kuju ja otstarve. Ühendades need erinevatel viisidel, saate ehitada keerukaid struktuure (töövooge). Kompositsiooni fookus on funktsioonide vahelisel andmevoogul.

Mis on Funktsioonide Orkestreerimine?

Funktsioonide orkestreerimine on selle kompositsiooni rakendamine ja haldamine. See hõlmab keskset kontrollerit - orkestraatorit -, mis juhib funktsioonide täitmist vastavalt eelmääratletud töövoole. Orkestraator vastutab:

• Voo Kontroll: Funktsioonide täitmine järjest, paralleelselt või tingimusliku loogika alusel (hargnemine).
• Olekuhaldus: Töövoo oleku jälgimine selle edenemisel, andmete edastamine sammude vahel.
• Vigade Käsitlus: Funktsioonidest tulenevate vigade püüdmine ja kordusloogika või kompensatsioonitegevuste rakendamine (nt tehingu tagasipööramine).
• Koordineerimine: Tagamine, et kogu mitmeastmeline protsess lõpeb edukalt ühe tehingulise üksusena.

Kompositsioon vs. Orkestreerimine: Selge Eristus

On oluline mõista erinevust:

• Kompositsioon on disain ehk "mis". E-kaubanduse kassas võib kompositsioon olla: 1. Ostukorvi valideerimine -> 2. Makse töötlemine -> 3. Tellimuse loomine -> 4. Kinnituse saatmine.
• Orkestreerimine on täitmissüsteem ehk "kuidas". Orkestraator on teenus, mis tegelikult kutsub `validateCart` funktsiooni, ootab selle vastust, seejärel kutsub tulemusega `processPayment` funktsiooni, tegeleb kõigi makseprobleemidega korduvate katsetega jne.

Kuigi lihtsa kompositsiooni saab saavutada, kui üks funktsioon kutsub otse teist, tekitab see tiheda sideme ja hapruse. Tõeline orkestreerimine eraldab funktsioonid töövoo loogikast, mis viib palju vastupidavama ja hooldatavama süsteemini.

Serverless Funktsioonide Kompositsiooni Mustrid

Serverless funktsioonide komponeerimisel kerkivad esile mitmed levinud mustrid. Nende mõistmine on võti tõhusate töövoogude kujundamisel.

1. Aheldamine (Järjestikune Täitmine)

See on kõige lihtsam muster, kus funktsioone täidetakse üksteise järel järjest. Esimese funktsiooni väljund saab teise sisendiks ja nii edasi. See on serverless ekvivalent torustikule.

Kasutusjuht: Pilditöötluse töövoog. Frontend laadib üles pildi, käivitades töövoo:

1. Funktsioon A (ValidateImage): Kontrollib failitüüpi ja suurust.
2. Funktsioon B (ResizeImage): Loob mitu pisipildi versiooni.
3. Funktsioon C (AddWatermark): Lisab vesimärgi muudetud suurusega piltidele.
4. Funktsioon D (SaveToBucket): Salvestab lõplikud pildid pilvesalvestuskohta.

See loob selge ja prognoositava voo: A -> B -> C -> D.

2. Välja- / Sisseventileerimine (Paralleelne Täitmine)

Seda mustrit kasutatakse siis, kui mitut sõltumatut ülesannet saab jõudluse parandamiseks samaaegselt täita. Üks funktsioon (väljaventileerimine) käivitab mitu muud funktsiooni, et need paralleelselt töötaksid. Lõplik funktsioon (sisseventileerimine) ootab kõigi paralleelsete ülesannete lõpuleviimist ja koondab seejärel nende tulemused.

Kasutusjuht: Videofaili töötlemine. Video laaditakse üles, käivitades töövoo:

1. Funktsioon A (StartProcessing): Võtab vastu videofaili ja käivitab paralleelsed ülesanded.
2. Paralleelsed Ülesanded:
   • Funktsioon B (TranscodeTo1080p): Loob 1080p versiooni.
   • Funktsioon C (TranscodeTo720p): Loob 720p versiooni.
   • Funktsioon D (ExtractAudio): Eraldab heliriba.
   • Funktsioon E (GenerateThumbnails): Genereerib eelvaate pisipildid.
3. Funktsioon F (AggregateResults): Kui B, C, D ja E on lõpetatud, värskendab see funktsioon andmebaasi linkidega kõigile genereeritud varadele.

See paralleelne töötlemine vähendab dramaatiliselt kogu vajalikku aega võrreldes järjestikuse ahelaga.

3. Asünkroonse Sõnumside (Sündmustepõhine Koreograafia)

Kuigi see ei ole rangelt orkestreerimine (seda nimetatakse sageli koreograafiaks), on see muster serverless arhitektuurides ülioluline. Keskse kontrolleri asemel suhtlevad funktsioonid, avaldades sündmusi sõnumibussi või järjekorda (nt AWS SNS/SQS, Google Pub/Sub, Azure Service Bus). Teised funktsioonid tellivad neid sündmusi ja reageerivad vastavalt.

Kasutusjuht: Tellimuse esitamise süsteem.

1. Frontend kutsub `placeOrder` funktsiooni.
2. `placeOrder` funktsioon valideerib tellimuse ja avaldab sõnumibussi `OrderPlaced` sündmuse.
3. Mitmed sõltumatud tellijafunktsioonid reageerivad sellele sündmusele:
   • `billing` funktsioon töötleb makse.
   • `shipping` funktsioon teavitab ladu.
   • `notifications` funktsioon saadab kliendile kinnitusmeili.

See muster loob väga lahtisidestatud ja vastupidava süsteemi. Kui teavitusteenus on maas, ei takista see tellimuse arveldamist ja saatmist.

Hallatavate Orkestreerimisteenuste Jõud

Kuigi saate neid mustreid käsitsi rakendada, muutub oleku haldamine, vigade käsitlemine ja täitmiste jälgimine kiiresti keeruliseks. Siin muutuvad peamiste pilveteenuse pakkujate hallatavad orkestreerimisteenused hindamatuks. Need pakuvad raamistikku keerukate töövoogude määratlemiseks, visualiseerimiseks ja täitmiseks.

AWS Step Functions

AWS Step Functions on serverless orkestreerimisteenus, mis võimaldab teil määratleda oma töövooge olekumasinatena. Saate oma töövoo deklaratiivselt määratleda JSON-põhise vormingu abil, mida nimetatakse Amazon States Language (ASL).

• Põhimõiste: Visuaalselt kujundatavad olekumasinad.
• Määratlus: Deklaratiivne JSON (ASL).
• Põhifunktsioonid: Visuaalne töövoo redaktor, sisseehitatud kordus- ja veakäsitlusloogika, tugi inimese osalusega töövoogudele (tagasihelistamised) ja otsene integratsioon üle 200 AWS teenusega.
• Parim: Meeskondadele, kes eelistavad visuaalset, deklaratiivset lähenemist ja sügavat integreerimist AWS ökosüsteemiga.

Näide ASL koodilõigust lihtsa jada jaoks:

{ "Comment": "Lihtne järjestikune töövoog", "StartAt": "FirstState", "States": { "FirstState": { "Type": "Task", "Resource": "arn:aws:lambda:us-east-1:123456789012:function:MyFirstFunction", "Next": "SecondState" }, "SecondState": { "Type": "Task", "Resource": "arn:aws:lambda:us-east-1:123456789012:function:MySecondFunction", "End": true } } }

Azure Durable Functions

Durable Functions on Azure Functions laiendus, mis võimaldab teil kirjutada olekulisi töövooge koodipõhise lähenemisviisiga. Deklaratiivse keele asemel määratlete orkestreerimisloogika üldotstarbelise programmeerimiskeele abil, nagu C#, Python või JavaScript.

• Põhimõiste: Orkestreerimisloogika kirjutamine koodina.
• Määratlus: Imperatiivne kood (C#, Python, JavaScript jne).
• Põhifunktsioonid: Kasutab sündmuste allika mustrit oleku usaldusväärseks säilitamiseks. Pakub selliseid mõisteid nagu Orchestrator, Activity ja Entity funktsioonid. Olekut haldab vaikimisi raamistik.
• Parim: Arendajatele, kes eelistavad määratleda keerukat loogikat, silmuseid ja hargnemist oma tuttavas programmeerimiskeeles, mitte JSONis või YAMLis.

Näide Pythoni koodilõigust lihtsa jada jaoks:

import azure.durable_functions as df def orchestrator_function(context: df.DurableOrchestrationContext): result1 = yield context.call_activity('MyFirstFunction', 'input1') result2 = yield context.call_activity('MySecondFunction', result1) return result2

Google Cloud Workflows

Google Cloud Workflows on täielikult hallatav orkestreerimisteenus, mis võimaldab teil määratleda töövooge YAMLi või JSONi abil. See on suurepärane Google Cloudi teenuste ja HTTP-põhiste APIde ühendamisel ja automatiseerimisel.

• Põhimõiste: YAML/JSON-põhine töövoo määratlus.
• Määratlus: Deklaratiivne YAML või JSON.
• Põhifunktsioonid: Tugevad HTTP päringuvõimalused väliste teenuste kutsumiseks, sisseehitatud konnektorid Google Cloudi teenuste jaoks, alam-töövood modulaarseks disainiks ja jõuline veakäsitlus.
• Parim: Töövoogude jaoks, mis hõlmavad suurel määral HTTP-põhiste APIde aheldamist nii Google Cloudi ökosüsteemis kui ka väljaspool seda.

Näide YAML koodilõigust lihtsa jada jaoks:

main: params: [args] steps: - first_step: call: http.post args: url: https://example.com/myFirstFunction body: input: ${args.input} result: firstResult - second_step: call: http.post args: url: https://example.com/mySecondFunction body: data: ${firstResult.body} result: finalResult - return_value: return: ${finalResult.body}

Praktiline Frontend Stsenaarium: Kasutaja Liitumise Töövoog

Ühendagem kõik kokku tavalise, reaalse näitega: uus kasutaja, kes registreerub teie rakendusele. Vajalikud sammud on:

1. Looge peamises andmebaasis kasutajarekord.
2. Paralleelselt:
   • Saatke tervitusmeil.
   • Tehke pettusekontroll kasutaja IP ja e-posti alusel.
3. Kui pettusekontroll läbib, looge arveldussüsteemis proovitellimus.
4. Kui pettusekontroll ebaõnnestub, märkige konto ja teavitage tugimeeskonda.
5. Tagastage kasutajale teade õnnestumise või ebaõnnestumise kohta.

Lahendus 1: "Naiivne" Frontend-põhine Lähenemine

Ilma orkestreeritud BFF-ita peaks frontend klient seda loogikat haldama. See teeks API kutsete jada:

1. `POST /api/users` -> ootab vastust.
2. `POST /api/emails/welcome` -> töötab taustal.
3. `POST /api/fraud-check` -> ootab vastust.
4. Kliendipoolne `if/else` pettusekontrolli vastuse alusel:
5. Kui läbib: `POST /api/subscriptions/trial`.
6. Kui ebaõnnestub: `POST /api/users/flag`.

See lähenemine on sügavalt puudulik:

• Hapra ja Jutukas: Klient on tihedalt seotud backend protsessiga. Iga muudatus töövoos nõuab frontendi juurutamist. See teeb ka mitu võrgupäringut.
• Tehinguline Terviklikkus Puudub: Mis juhtub, kui tellimuse loomine ebaõnnestub pärast kasutajakirje loomist? Süsteem on nüüd ebajärjekindlas olekus ja klient peab hakkama saama keeruka tagasipööramise loogikaga.
• Kehv Kasutajakogemus: Kasutaja peab ootama mitme järjestikuse võrgukutse lõpuleviimist.
• Turvariskid: Peente APIde, nagu `flag-user` või `create-trial`, otsene eksponeerimine kliendile võib olla turvaauk.

Lahendus 2: Orkestreeritud Serverless BFF Lähenemine

Orkestreerimisteenusega on arhitektuur oluliselt paranenud. Frontend teeb ainult ühe turvalise API kutse:

POST /api/onboarding

See API Gateway lõpp-punkt käivitab olekumasina (nt AWS Step Functionsis). Orkestraator võtab üle ja täidab töövoo:

1. Algolek: Võtab API kõnest vastu kasutajaandmed.
2. Kasutajarekordi Loomine (Ülesanne): Kutsub Lambda funktsiooni kasutaja loomiseks DynamoDBs või relatsioonilises andmebaasis.
3. Paralleelne Olek: Täidab kahte haru samaaegselt.
   • Haru 1 (E-post): Kutsub tervitusmeili saatmiseks Lambda funktsiooni või SNS teema.
   • Haru 2 (Pettusekontroll): Kutsub Lambda funktsiooni, mis kutsub kolmanda osapoole pettuste tuvastamise teenust.
4. Valikuolek (Hargnemise Loogika): Kontrollib pettusekontrolli sammu väljundit.
   • Kui `fraud_score < lävend` (Läbib): Liigub olekusse "Tellimuse Loomine".
   • Kui `fraud_score >= lävend` (Ebaõnnestub): Liigub olekusse "Konto Märkimine".
5. Tellimuse Loomine (Ülesanne): Kutsub Lambda funktsiooni, et suhelda Stripe'i või Braintree API-ga. Õnnestumise korral liigub olekusse "Õnnestumine".
6. Konto Märkimine (Ülesanne): Kutsub Lambdat kasutajakirje värskendamiseks ja seejärel kutsub teise Lambdat või SNS teema tugimeeskonna teavitamiseks. Liigub olekusse "Ebaõnnestus".
7. Lõppolekud (Õnnestumine/Ebaõnnestumine): Töövoog lõpeb, tagastades API Gateway kaudu frontendile puhta õnnestumise või ebaõnnestumise teate.

Selle orkestreeritud lähenemisviisi eelised on tohutud:

• Lihtsustatud Frontend: Kliendi ainus ülesanne on teha üks kõne ja käsitleda ühte vastust. Kogu keerukas loogika on kapseldatud backendis.
• Vastupidavus ja Usaldusväärsus: Orkestraator saab automaatselt kordada ebaõnnestunud samme (nt kui arvelduse API on ajutiselt kättesaamatu). Kogu protsess on tehinguline.
• Nähtavus ja Silumine: Hallatavad orkestraatorid pakuvad iga täitmise kohta üksikasjalikke visuaalseid logisid, mis muudab lihtsaks näha, kus töövoog ebaõnnestus ja miks.
• Hooldatavus: Töövoo loogika on eraldatud funktsioonide sees olevast äriloogikast. Saate töövoogu muuta (nt lisada uue sammu), puudutamata ühtegi üksikut Lambda funktsiooni.
• Täiustatud Turvalisus: Frontend suhtleb ainult ühe turvatud API lõpp-punktiga. Peeneteralised funktsioonid ja nende load on peidetud backend VPC-s või võrgus.

Parimad Tavad Frontend Serverless Orkestreerimiseks

Neid mustreid kasutusele võttes pidage meeles neid globaalseid parimaid tavasid, et tagada oma arhitektuuri puhtus ja tõhusus.

• Hoidke Funktsioonid Peeneteralised ja Olekuta: Iga funktsioon peaks tegema ühte asja hästi (Ühe Vastutuse Printsiip). Vältige funktsioonide oma oleku säilitamist; see on orkestraatori ülesanne.
• Laske Orkestraatoril Oleku Haldamine: Ärge edastage suuri, keerukaid JSON koormaid ühelt funktsioonilt teisele. Selle asemel edastage minimaalselt andmeid (nagu `userID` või `orderID`) ja laske igal funktsioonil hankida vajalikud andmed. Orkestraator on töövoo oleku allikas.
• Kujundage Idempotentsuse jaoks: Veenduge, et teie funktsioone saaks ohutult uuesti proovida ilma soovimatuid kõrvaltoimeid tekitamata. Näiteks peaks `createUser` funktsioon kontrollima, kas selle e-postiga kasutaja on juba olemas, enne kui proovib uut luua. See hoiab ära duplikaatkirjete loomise, kui orkestraator sammu kordab.
• Rakendage Põhjalik Logimine ja Jälgimine: Kasutage selliseid tööriistu nagu AWS X-Ray, Azure Application Insights või Google Cloud Trace, et saada ühtne vaade päringule, kui see liigub läbi API Gateway, orkestraatori ja mitme funktsiooni. Logige orkestraatori täitmise ID igas funktsioonikõnes.
• Kaitske Oma Töövoogu: Kasutage vähima privileegi printsiipi. Orkestraatori IAM rollil peaks olema ainult luba käivitada selle töövoos olevaid konkreetseid funktsioone. Igal funktsioonil omakorda peaks olema ainult luba, mida ta vajab oma ülesande täitmiseks (nt lugemine/kirjutamine konkreetsesse andmebaasi tabelisse).
• Tea, Millal Orkestreerida: Ärge üle insenerige. Lihtsa A -> B ahela jaoks võib piisata otsesest käivitamisest. Kuid niipea, kui tutvustate hargnemist, paralleelseid ülesandeid või vajadust jõulise veakäsitluse ja korduvate katsete järele, säästab spetsiaalne orkestreerimisteenus teile oluliselt aega ja hoiab ära tulevasi peavalu.

Järeldus: Järgmise Põlvkonna Frontend Kogemuste Ehitamine

Funktsioonide kompositsioon ja orkestreerimine ei ole ainult backend infrastruktuuri probleemid; need on põhifunktsioonid keerukate, usaldusväärsete ja skaleeritavate kaasaegsete frontend rakenduste loomiseks. Liigutades keeruka töövoo loogika kliendilt orkestreeritud, serverless Backend-for-Frontendi, annate oma frontend meeskondadele võimaluse keskenduda sellele, mida nad kõige paremini oskavad: erakordsete kasutajakogemuste loomisele.

See arhitektuurimuster lihtsustab klienti, tsentraliseerib äriprotsesside loogika, parandab süsteemi vastupidavust ja pakub võrreldamatut nähtavust teie rakenduse kõige kriitilisematesse töövoogudesse. Olenemata sellest, kas valite AWS Step Functionsi ja Google Cloud Workflows deklaratiivse jõu või Azure Durable Functionsi koodipõhise paindlikkuse, on orkestreerimise omaksvõtmine strateegiline investeering teie frontend arhitektuuri pikaajalisse tervisesse ja agilitysse.

Serverless ajastu on käes ja see on midagi enamat kui lihtsalt funktsioonid. See on võimsate, sündmustepõhiste süsteemide ehitamise kohta. Kompositsiooni ja orkestreerimise valdamise abil vabastate selle paradigma kogu potentsiaali, sillutades teed vastupidavate, globaalselt skaleeritavate rakenduste järgmisele põlvkonnale.