Exploration des modèles d'architecture sans serveur : un guide complet

L'informatique sans serveur (serverless computing) a révolutionné la manière de construire et de déployer des applications. En faisant abstraction de la gestion de l'infrastructure sous-jacente, les développeurs peuvent se concentrer sur l'écriture de code et la création de valeur. Ce guide explore les modèles d'architecture sans serveur courants, en offrant des aperçus de leurs avantages, inconvénients et applications concrètes.

Qu'est-ce que l'architecture sans serveur ?

L'architecture sans serveur est un modèle d'exécution du cloud computing où le fournisseur de cloud gère dynamiquement l'allocation des ressources machine. Le fournisseur sans serveur s'occupe de toute l'infrastructure sous-jacente, vous n'avez donc pas à provisionner ou à gérer de serveurs. Vous ne payez que pour le temps de calcul que vous consommez.

Caractéristiques clés de l'architecture sans serveur :

Pas de gestion de serveur : Les développeurs n'ont pas besoin de provisionner, de mettre à l'échelle ou de gérer des serveurs.
Paiement à l'usage : Vous ne payez que pour le temps de calcul que votre code consomme.
Mise à l'échelle automatique : Les plateformes sans serveur mettent automatiquement à l'échelle les ressources en fonction de la demande.
Pilotée par les événements : Les fonctions sont déclenchées par des événements, tels que des requêtes HTTP, des modifications de base de données ou des messages.

Avantages de l'architecture sans serveur

Adopter une approche sans serveur offre plusieurs avantages :

Réduction de la charge opérationnelle : Élimine le besoin de gestion de serveurs, libérant les développeurs pour se concentrer sur la création de fonctionnalités.
Optimisation des coûts : Le modèle de tarification au paiement à l'usage réduit les coûts, en particulier pour les applications à trafic fluctuant.
Amélioration de la scalabilité et de la disponibilité : La mise à l'échelle automatique et la tolérance aux pannes garantissent une haute disponibilité et des performances élevées.
Accélération de la mise sur le marché : Le déploiement et la gestion simplifiés accélèrent les cycles de développement.

Modèles courants d'architecture sans serveur

Plusieurs modèles architecturaux ont émergé pour tirer parti des avantages de l'informatique sans serveur. Voici quelques-uns des plus courants :

1. Architecture pilotée par les événements

L'architecture pilotée par les événements est un paradigme d'architecture logicielle favorisant la production, la détection, la consommation et la réaction aux événements. Dans un contexte sans serveur, ce modèle implique souvent des services qui déclenchent des fonctions par le biais d'événements.

Exemple : Pipeline de traitement d'images

Imaginez un pipeline de traitement d'images. Lorsqu'un utilisateur télécharge une image sur un service de stockage cloud (comme Amazon S3, Azure Blob Storage ou Google Cloud Storage), un événement est déclenché. Cet événement invoque une fonction sans serveur (par exemple, AWS Lambda, Azure Function, Google Cloud Function) qui effectue le redimensionnement de l'image, la conversion de format et d'autres tâches de traitement. L'image traitée est ensuite stockée à nouveau dans le service de stockage, déclenchant un autre événement qui pourrait notifier l'utilisateur ou mettre à jour une base de données.

Composants :

Source de l'événement : Service de stockage cloud (S3, Blob Storage, Cloud Storage).
Événement : Téléchargement d'image.
Fonction : Fonction de traitement d'images (redimensionnement, conversion).
Destination : Service de stockage cloud, base de données.

Avantages :

Découplage : Les services sont indépendants et communiquent par le biais d'événements.
Scalabilité : Les fonctions se mettent à l'échelle automatiquement en fonction du volume d'événements.
Résilience : La défaillance d'une fonction n'affecte pas les autres parties du système.

2. Modèle de passerelle API (API Gateway)

Le modèle de passerelle API implique l'utilisation d'une passerelle API pour gérer les requêtes entrantes et les acheminer vers les fonctions sans serveur appropriées. Cela fournit un point d'entrée unique pour les clients et permet des fonctionnalités telles que l'authentification, l'autorisation, la limitation de débit et la transformation des requêtes.

Exemple : API REST

Envisagez de construire une API REST à l'aide de fonctions sans serveur. Une passerelle API (par exemple, Amazon API Gateway, Azure API Management, Google Cloud Endpoints) agit comme la porte d'entrée de l'API. Lorsqu'un client envoie une requête, la passerelle API l'achemine vers la fonction sans serveur correspondante en fonction du chemin et de la méthode de la requête. La fonction traite la requête et renvoie une réponse, que la passerelle API renvoie ensuite au client. La passerelle peut également gérer l'authentification, l'autorisation et la limitation de débit pour protéger l'API.

Composants :

Passerelle API : Gère les requêtes entrantes, l'authentification, l'autorisation et le routage.
Fonctions : Gèrent des points de terminaison spécifiques de l'API.
Base de données : Stocke et récupère les données.

Avantages :

Gestion centralisée : Point d'entrée unique pour toutes les requêtes API.
Sécurité : Authentification et autorisation au niveau de la passerelle.
Scalabilité : La passerelle API peut gérer des volumes de trafic élevés.

3. Modèle en éventail (Fan-Out)

Le modèle en éventail (Fan-Out) consiste à distribuer un seul événement à plusieurs fonctions pour un traitement parallèle. Ceci est utile pour les tâches qui peuvent être effectuées indépendamment, comme l'envoi de notifications à plusieurs utilisateurs ou le traitement de données en parallèle.

Exemple : Envoi de notifications

Supposons que vous deviez envoyer des notifications à plusieurs utilisateurs lorsqu'un nouvel article est publié. Lorsque l'article est publié, un événement est déclenché. Cet événement invoque une fonction qui distribue la notification à plusieurs fonctions, chacune responsable de l'envoi de la notification à un utilisateur ou à un groupe d'utilisateurs spécifique. Cela permet d'envoyer les notifications en parallèle, réduisant ainsi le temps de traitement global.

Composants :

Source de l'événement : Publication d'un article.
Fonction de distribution (Fan-Out) : Distribue la notification à plusieurs fonctions.
Fonctions de notification : Envoient des notifications aux utilisateurs individuels.

Avantages :

Traitement parallèle : Les tâches sont effectuées simultanément, ce qui réduit le temps de traitement.
Scalabilité : Chaque fonction peut se mettre à l'échelle indépendamment.
Performances améliorées : Livraison plus rapide des notifications.

4. Modèle d'agrégation (Aggregator)

Le modèle d'agrégation consiste à collecter des données de plusieurs sources et à les combiner en un seul résultat. Ceci est utile pour les tâches qui nécessitent des données de plusieurs API ou bases de données.

Exemple : Agrégation de données

Considérez une application qui doit afficher des informations sur un produit, y compris son prix, sa disponibilité et ses avis. Ces informations peuvent être stockées dans différentes bases de données ou extraites de différentes API. Une fonction d'agrégation peut collecter des données de ces diverses sources et les combiner en un seul objet JSON, qui est ensuite envoyé au client. Cela simplifie la tâche du client de récupérer et d'afficher les informations sur le produit.

Composants :

Sources de données : Bases de données, API.
Fonction d'agrégation : Collecte et combine les données.
Destination : Application cliente.

Avantages :

Logique client simplifiée : Le client n'a besoin de récupérer qu'un seul résultat.
Réduction des requêtes réseau : Moins de requêtes vers les sources de données.
Performances améliorées : Les données sont agrégées côté serveur.

5. Modèle en chaîne (Chain)

Le modèle en chaîne implique l'enchaînement de plusieurs fonctions pour effectuer une série de tâches. La sortie d'une fonction devient l'entrée de la fonction suivante. Ceci est utile pour les flux de travail complexes ou les pipelines de traitement de données.

Exemple : Pipeline de transformation de données

Imaginez un pipeline de transformation de données qui implique le nettoyage, la validation et l'enrichissement des données. Chaque étape du pipeline peut être implémentée comme une fonction sans serveur distincte. Les fonctions sont enchaînées, la sortie d'une fonction étant transmise comme entrée à la suivante. Cela permet d'avoir un pipeline de traitement de données modulaire et évolutif.

Composants :

Fonctions : Chaque fonction effectue une tâche de transformation spécifique.
Orchestration : Un mécanisme pour enchaîner les fonctions (par ex. AWS Step Functions, Azure Durable Functions, Google Cloud Workflows).

Avantages :

Modularité : Chaque fonction est responsable d'une tâche spécifique.
Scalabilité : Chaque fonction peut se mettre à l'échelle indépendamment.
Maintenabilité : Il est plus facile de mettre à jour et de maintenir des fonctions individuelles.

6. Modèle de l'étrangleur (Strangler Fig)

Le modèle de l'étrangleur est une stratégie de migration progressive pour moderniser les applications héritées (legacy) en remplaçant de manière incrémentielle les fonctionnalités par des composants sans serveur. Ce modèle vous permet d'introduire des services sans serveur sans perturber complètement l'application existante.

Exemple : Migration d'un monolithe

Supposons que vous ayez une application monolithique que vous souhaitez migrer vers une architecture sans serveur. Vous pouvez commencer par identifier des fonctionnalités spécifiques qui peuvent être facilement remplacées par des fonctions sans serveur. Par exemple, vous pourriez remplacer le module d'authentification des utilisateurs par une fonction sans serveur qui authentifie les utilisateurs auprès d'un fournisseur d'identité externe. Au fur et à mesure que vous remplacez davantage de fonctionnalités par des composants sans serveur, l'application monolithique se réduit progressivement jusqu'à ce qu'elle soit finalement entièrement remplacée.

Composants :

Application héritée : L'application existante qui doit être modernisée.
Fonctions sans serveur : Nouveaux composants sans serveur qui remplacent les fonctionnalités héritées.
Proxy/Routeur : Achemine les requêtes soit vers l'application héritée, soit vers les nouvelles fonctions sans serveur.

Avantages :

Risque réduit : La migration progressive réduit le risque de perturber l'application existante.
Flexibilité : Permet de moderniser l'application à votre propre rythme.
Économies de coûts : Les composants sans serveur peuvent être plus rentables que l'application héritée.

Choisir le bon modèle

La sélection du modèle d'architecture sans serveur approprié dépend des exigences spécifiques de votre application. Prenez en compte les facteurs suivants :

Complexité de l'application : Les applications simples peuvent ne nécessiter qu'un modèle de passerelle API de base, tandis que les applications plus complexes pourraient bénéficier de l'enchaînement de fonctions ou de l'utilisation d'une architecture pilotée par les événements.
Exigences de scalabilité : Choisissez des modèles qui peuvent se mettre à l'échelle automatiquement pour gérer un trafic fluctuant.
Besoins en traitement de données : Envisagez des modèles qui prennent en charge le traitement parallèle ou l'agrégation de données.
Infrastructure existante : Si vous migrez depuis une application héritée, le modèle de l'étrangleur peut être une bonne option.

Bonnes pratiques pour l'architecture sans serveur

Pour garantir le succès avec l'architecture sans serveur, suivez ces bonnes pratiques :

Gardez les fonctions petites et ciblées : Chaque fonction doit avoir un objectif unique et bien défini. Cela améliore la maintenabilité et la scalabilité.
Utilisez des variables d'environnement pour la configuration : Évitez de coder en dur les valeurs de configuration dans vos fonctions. Utilisez des variables d'environnement pour gérer les paramètres de configuration.
Gérez les erreurs avec élégance : Mettez en œuvre une gestion robuste des erreurs pour éviter que les défaillances ne se propagent en cascade dans tout le système.
Surveillez et journalisez vos fonctions : Utilisez des outils de surveillance pour suivre les performances des fonctions et identifier les problèmes potentiels. Journalisez les événements importants pour faciliter le débogage.
Sécurisez vos fonctions : Mettez en œuvre des mesures de sécurité appropriées pour protéger vos fonctions contre les accès non autorisés.
Optimisez les démarrages à froid (cold starts) : Minimisez la latence des démarrages à froid en utilisant des runtimes de langage appropriés et en optimisant le code des fonctions.
Implémentez des pipelines CI/CD appropriés : Automatisez le déploiement et les tests de vos fonctions sans serveur pour garantir des livraisons cohérentes et fiables.

Le sans-serveur chez les différents fournisseurs de cloud

Les concepts fondamentaux de l'architecture sans serveur sont applicables à différents fournisseurs de cloud, bien que les implémentations et les services spécifiques puissent varier. Voici un bref aperçu :

Amazon Web Services (AWS) : AWS Lambda est le service de calcul sans serveur phare. AWS propose également API Gateway, Step Functions (pour l'orchestration) et S3 pour le stockage.
Microsoft Azure : Azure Functions est le service de calcul sans serveur de Microsoft. Azure fournit également API Management, Durable Functions (pour l'orchestration) et Blob Storage.
Google Cloud Platform (GCP) : Google Cloud Functions est le service de calcul sans serveur de Google. GCP propose Cloud Endpoints (passerelle API), Cloud Workflows (pour l'orchestration) et Cloud Storage.

Bien que chaque fournisseur ait ses propres fonctionnalités et modèles de tarification, les principes fondamentaux de l'architecture sans serveur restent cohérents. Le choix du bon fournisseur dépend de vos besoins spécifiques, de votre infrastructure existante et de votre familiarité avec la plateforme.

Considérations globales pour le sans-serveur

Lors de la conception d'applications sans serveur pour un public mondial, plusieurs facteurs deviennent particulièrement importants :

Latence : Minimisez la latence en déployant des fonctions dans des régions proches de vos utilisateurs. Les fournisseurs de cloud offrent des déploiements spécifiques à une région pour les fonctions sans serveur. Les réseaux de diffusion de contenu (CDN) peuvent également aider à mettre en cache le contenu plus près des utilisateurs, améliorant ainsi les performances.
Résidence des données : Soyez conscient des exigences de résidence des données dans différents pays et régions. Assurez-vous que les données sont stockées et traitées conformément aux réglementations locales.
Localisation : Concevez vos applications pour prendre en charge plusieurs langues et devises. Les fonctions sans serveur peuvent être utilisées pour générer dynamiquement du contenu en fonction des préférences ou de l'emplacement de l'utilisateur.
Conformité : Assurez-vous que vos applications sont conformes aux normes et réglementations sectorielles pertinentes, telles que le RGPD, HIPAA et PCI DSS.
Optimisation des coûts : Optimisez les performances des fonctions et l'utilisation des ressources pour minimiser les coûts. Portez une attention particulière aux modèles de tarification et aux habitudes d'utilisation spécifiques à chaque région.

En examinant attentivement ces facteurs, vous pouvez créer des applications sans serveur accessibles, performantes et conformes à l'échelle mondiale.

Conclusion

L'architecture sans serveur offre une approche puissante pour construire et déployer des applications modernes. En comprenant les modèles d'architecture sans serveur courants et en suivant les bonnes pratiques, vous pouvez tirer parti des avantages de la réduction de la charge opérationnelle, de l'optimisation des coûts et de l'amélioration de la scalabilité. Alors que la technologie sans serveur continue d'évoluer, l'exploration et l'adaptation de ces modèles seront cruciales pour créer des solutions efficaces et innovantes dans le cloud.