Istraživanje obrazaca arhitekture bez poslužitelja: Sveobuhvatan vodič

Računalstvo bez poslužitelja (serverless computing) revolucioniralo je način na koji se aplikacije grade i implementiraju. Apstrahiranjem upravljanja temeljnom infrastrukturom, programeri se mogu usredotočiti na pisanje koda i isporuku vrijednosti. Ovaj vodič istražuje uobičajene obrasce arhitekture bez poslužitelja, nudeći uvide u njihove prednosti, nedostatke i primjene u stvarnom svijetu.

Što je arhitektura bez poslužitelja?

Arhitektura bez poslužitelja je model izvršavanja u računalstvu u oblaku gdje pružatelj usluga u oblaku dinamički upravlja dodjelom strojnih resursa. Pružatelj usluga bez poslužitelja brine se o cjelokupnoj temeljnoj infrastrukturi, tako da ne morate opskrbljivati niti upravljati poslužiteljima. Plaćate samo za vrijeme računanja koje konzumirate.

Ključne karakteristike arhitekture bez poslužitelja:

• Bez upravljanja poslužiteljima: Programeri ne moraju opskrbljivati, skalirati ili upravljati poslužiteljima.
• Plaćanje po korištenju: Plaćate samo za vrijeme računanja koje vaš kod troši.
• Automatsko skaliranje: Platforme bez poslužitelja automatski skaliraju resurse na temelju potražnje.
• Vođeno događajima: Funkcije se pokreću događajima, kao što su HTTP zahtjevi, promjene u bazi podataka ili poruke.

Prednosti arhitekture bez poslužitelja

Usvajanje pristupa bez poslužitelja nudi nekoliko prednosti:

• Smanjeni operativni troškovi: Eliminira potrebu za upravljanjem poslužiteljima, oslobađajući programere da se usredotoče na izgradnju funkcionalnosti.
• Optimizacija troškova: Model cijena plaćanja po korištenju smanjuje troškove, posebno za aplikacije s promjenjivim prometom.
• Poboljšana skalabilnost i dostupnost: Automatsko skaliranje i otpornost na pogreške osiguravaju visoku dostupnost i performanse.
• Brži izlazak na tržište: Pojednostavljena implementacija i upravljanje ubrzavaju razvojne cikluse.

Uobičajeni obrasci arhitekture bez poslužitelja

Pojavilo se nekoliko arhitektonskih obrazaca koji iskorištavaju prednosti računalstva bez poslužitelja. Evo nekih od najčešćih:

1. Arhitektura vođena događajima

Arhitektura vođena događajima je paradigma softverske arhitekture koja promiče proizvodnju, otkrivanje, potrošnju i reakciju na događaje. U kontekstu bez poslužitelja, ovaj obrazac često uključuje usluge koje pokreću funkcije putem događaja.

Primjer: Cjevovod za obradu slika

Zamislite cjevovod za obradu slika. Kada korisnik prenese sliku na uslugu pohrane u oblaku (poput Amazon S3, Azure Blob Storage ili Google Cloud Storage), pokreće se događaj. Ovaj događaj poziva funkciju bez poslužitelja (npr. AWS Lambda, Azure Function, Google Cloud Function) koja obavlja promjenu veličine slike, konverziju formata i druge zadatke obrade. Obrađena slika se zatim pohranjuje natrag u uslugu pohrane, pokrećući drugi događaj koji može obavijestiti korisnika ili ažurirati bazu podataka.

Komponente:

• Izvor događaja: Usluga pohrane u oblaku (S3, Blob Storage, Cloud Storage).
• Događaj: Prijenos slike.
• Funkcija: Funkcija za obradu slika (promjena veličine, konverzija).
• Odredište: Usluga pohrane u oblaku, baza podataka.

Prednosti:

• Odvajanje (Decoupling): Usluge su neovisne i komuniciraju putem događaja.
• Skalabilnost: Funkcije se automatski skaliraju na temelju volumena događaja.
• Otpornost: Neuspjeh jedne funkcije ne utječe na druge dijelove sustava.

2. Obrazac API pristupnika (API Gateway)

Obrazac API pristupnika uključuje korištenje API pristupnika za upravljanje dolaznim zahtjevima i njihovo usmjeravanje na odgovarajuće funkcije bez poslužitelja. To pruža jedinstvenu ulaznu točku za klijente i omogućuje značajke poput autentifikacije, autorizacije, ograničavanja stope zahtjeva i transformacije zahtjeva.

Primjer: REST API

Razmotrite izgradnju REST API-ja pomoću funkcija bez poslužitelja. API pristupnik (npr. Amazon API Gateway, Azure API Management, Google Cloud Endpoints) djeluje kao ulazna vrata za API. Kada klijent pošalje zahtjev, API pristupnik ga usmjerava na odgovarajuću funkciju bez poslužitelja na temelju putanje i metode zahtjeva. Funkcija obrađuje zahtjev i vraća odgovor, koji API pristupnik zatim šalje natrag klijentu. Pristupnik također može rukovati autentifikacijom, autorizacijom i ograničavanjem stope zahtjeva kako bi zaštitio API.

Komponente:

• API pristupnik: Upravlja dolaznim zahtjevima, autentifikacijom, autorizacijom i usmjeravanjem.
• Funkcije: Rukuju specifičnim API krajnjim točkama.
• Baza podataka: Pohranjuje i dohvaća podatke.

Prednosti:

• Centralizirano upravljanje: Jedinstvena ulazna točka za sve API zahtjeve.
• Sigurnost: Autentifikacija i autorizacija na razini pristupnika.
• Skalabilnost: API pristupnik može podnijeti velike količine prometa.

3. Obrazac 'Fan-Out' (raspršivanje)

Obrazac 'Fan-Out' uključuje distribuciju jednog događaja na više funkcija za paralelnu obradu. To je korisno za zadatke koji se mogu obavljati neovisno, kao što je slanje obavijesti više korisnika ili paralelna obrada podataka.

Primjer: Slanje obavijesti

Pretpostavimo da trebate poslati obavijesti više korisnika kada se objavi novi članak. Kada se članak objavi, pokreće se događaj. Ovaj događaj poziva funkciju koja raspršuje obavijest na više funkcija, od kojih je svaka odgovorna za slanje obavijesti određenom korisniku ili grupi korisnika. To omogućuje paralelno slanje obavijesti, smanjujući ukupno vrijeme obrade.

Komponente:

• Izvor događaja: Objava članka.
• 'Fan-Out' funkcija: Distribuira obavijest na više funkcija.
• Funkcije za obavijesti: Šalju obavijesti pojedinačnim korisnicima.

Prednosti:

• Paralelna obrada: Zadatci se obavljaju istovremeno, smanjujući vrijeme obrade.
• Skalabilnost: Svaka funkcija može se skalirati neovisno.
• Poboljšane performanse: Brža isporuka obavijesti.

4. Obrazac agregatora

Obrazac agregatora uključuje prikupljanje podataka iz više izvora i njihovo kombiniranje u jedan rezultat. To je korisno za zadatke koji zahtijevaju podatke iz više API-ja ili baza podataka.

Primjer: Agregacija podataka

Razmotrite aplikaciju koja treba prikazati informacije o proizvodu, uključujući njegovu cijenu, dostupnost i recenzije. Te informacije mogu biti pohranjene u različitim bazama podataka ili dohvaćene iz različitih API-ja. Funkcija agregatora može prikupiti podatke iz tih različitih izvora i kombinirati ih u jedan JSON objekt, koji se zatim šalje klijentu. To pojednostavljuje zadatak klijenta da dohvati i prikaže informacije o proizvodu.

Komponente:

• Izvori podataka: Baze podataka, API-ji.
• Funkcija agregatora: Prikuplja i kombinira podatke.
• Odredište: Klijentska aplikacija.

Prednosti:

• Pojednostavljena klijentska logika: Klijent treba dohvatiti samo jedan rezultat.
• Smanjeni mrežni zahtjevi: Manje zahtjeva prema izvorima podataka.
• Poboljšane performanse: Podatci se agregiraju na strani poslužitelja.

5. Obrazac lanca (Chain)

Obrazac lanca uključuje povezivanje više funkcija kako bi se izvršio niz zadataka. Izlaz jedne funkcije postaje ulaz sljedeće funkcije. To je korisno za složene radne tijekove ili cjevovode za obradu podataka.

Primjer: Cjevovod za transformaciju podataka

Zamislite cjevovod za transformaciju podataka koji uključuje čišćenje, provjeru valjanosti i obogaćivanje podataka. Svaki korak u cjevovodu može se implementirati kao zasebna funkcija bez poslužitelja. Funkcije su povezane u lanac, pri čemu se izlaz jedne funkcije prosljeđuje kao ulaz sljedećoj. To omogućuje modularan i skalabilan cjevovod za obradu podataka.

Komponente:

• Funkcije: Svaka funkcija obavlja specifičan zadatak transformacije.
• Orkestracija: Mehanizam za povezivanje funkcija u lanac (npr. AWS Step Functions, Azure Durable Functions, Google Cloud Workflows).

Prednosti:

• Modularnost: Svaka funkcija je odgovorna za specifičan zadatak.
• Skalabilnost: Svaka funkcija može se skalirati neovisno.
• Olakšano održavanje: Lakše je ažurirati i održavati pojedinačne funkcije.

6. Obrazac 'Strangler Fig'

Obrazac 'Strangler Fig' je strategija postupne migracije za modernizaciju naslijeđenih aplikacija inkrementalnom zamjenom funkcionalnosti komponentama bez poslužitelja. Ovaj obrazac omogućuje vam uvođenje usluga bez poslužitelja bez potpunog ometanja postojeće aplikacije.

Primjer: Migracija monolita

Pretpostavimo da imate monolitnu aplikaciju koju želite migrirati na arhitekturu bez poslužitelja. Možete započeti identificiranjem specifičnih funkcionalnosti koje se lako mogu zamijeniti funkcijama bez poslužitelja. Na primjer, mogli biste zamijeniti modul za autentifikaciju korisnika funkcijom bez poslužitelja koja autentificira korisnike putem vanjskog pružatelja identiteta. Kako zamjenjujete više funkcionalnosti komponentama bez poslužitelja, monolitna aplikacija se postupno smanjuje dok na kraju ne bude u potpunosti zamijenjena.

Komponente:

• Naslijeđena aplikacija: Postojeća aplikacija koju treba modernizirati.
• Funkcije bez poslužitelja: Nove komponente bez poslužitelja koje zamjenjuju naslijeđene funkcionalnosti.
• Proxy/Usmjerivač: Usmjerava zahtjeve ili na naslijeđenu aplikaciju ili na nove funkcije bez poslužitelja.

Prednosti:

• Smanjeni rizik: Postupna migracija smanjuje rizik od ometanja postojeće aplikacije.
• Fleksibilnost: Omogućuje vam modernizaciju aplikacije vlastitim tempom.
• Uštede troškova: Komponente bez poslužitelja mogu biti isplativije od naslijeđene aplikacije.

Odabir pravog obrasca

Odabir odgovarajućeg obrasca arhitekture bez poslužitelja ovisi o specifičnim zahtjevima vaše aplikacije. Razmotrite sljedeće čimbenike:

• Složenost aplikacije: Jednostavne aplikacije mogu zahtijevati samo osnovni obrazac API pristupnika, dok složenije aplikacije mogu imati koristi od povezivanja funkcija u lanac ili korištenja arhitekture vođene događajima.
• Zahtjevi za skalabilnost: Odaberite obrasce koji se mogu automatski skalirati kako bi podnijeli promjenjiv promet.
• Potrebe za obradom podataka: Razmotrite obrasce koji podržavaju paralelnu obradu ili agregaciju podataka.
• Postojeća infrastruktura: Ako migrirate s naslijeđene aplikacije, obrazac 'Strangler Fig' mogao bi biti dobra opcija.

Najbolje prakse za arhitekturu bez poslužitelja

Kako biste osigurali uspjeh s arhitekturom bez poslužitelja, slijedite ove najbolje prakse:

• Neka funkcije budu male i fokusirane: Svaka funkcija trebala bi imati jednu, dobro definiranu svrhu. To poboljšava održivost i skalabilnost.
• Koristite varijable okruženja za konfiguraciju: Izbjegavajte tvrdo kodiranje konfiguracijskih vrijednosti u svojim funkcijama. Koristite varijable okruženja za upravljanje postavkama konfiguracije.
• Elegantno rukujte pogreškama: Implementirajte robusno rukovanje pogreškama kako biste spriječili kaskadno širenje kvarova kroz sustav.
• Pratite i bilježite svoje funkcije: Koristite alate za praćenje kako biste pratili performanse funkcija i identificirali potencijalne probleme. Bilježite važne događaje kako biste olakšali otklanjanje pogrešaka.
• Osigurajte svoje funkcije: Implementirajte odgovarajuće sigurnosne mjere kako biste zaštitili svoje funkcije od neovlaštenog pristupa.
• Optimizirajte hladne startove: Minimizirajte latenciju hladnog starta korištenjem odgovarajućih jezičnih okruženja za izvođenje i optimizacijom koda funkcije.
• Implementirajte odgovarajuće CI/CD cjevovode: Automatizirajte implementaciju i testiranje svojih funkcija bez poslužitelja kako biste osigurali dosljedna i pouzdana izdanja.

Arhitektura bez poslužitelja na različitim pružateljima usluga u oblaku

Osnovni koncepti arhitekture bez poslužitelja primjenjivi su na različite pružatelje usluga u oblaku, iako se specifične implementacije i usluge mogu razlikovati. Evo kratkog pregleda:

• Amazon Web Services (AWS): AWS Lambda je vodeća usluga računalstva bez poslužitelja. AWS također nudi API Gateway, Step Functions (za orkestraciju) i S3 za pohranu.
• Microsoft Azure: Azure Functions je Microsoftova usluga računalstva bez poslužitelja. Azure također pruža API Management, Durable Functions (za orkestraciju) i Blob Storage.
• Google Cloud Platform (GCP): Google Cloud Functions je Googleova usluga računalstva bez poslužitelja. GCP nudi Cloud Endpoints (API pristupnik), Cloud Workflows (za orkestraciju) i Cloud Storage.

Iako svaki pružatelj ima svoje jedinstvene značajke i modele cijena, temeljni principi arhitekture bez poslužitelja ostaju dosljedni. Odabir pravog pružatelja ovisi o vašim specifičnim potrebama, postojećoj infrastrukturi i poznavanju platforme.

Globalna razmatranja arhitekture bez poslužitelja

Prilikom dizajniranja aplikacija bez poslužitelja za globalnu publiku, nekoliko čimbenika postaje posebno važno:

• Latencija: Minimizirajte latenciju implementacijom funkcija u regijama blizu vaših korisnika. Pružatelji usluga u oblaku nude implementacije specifične za regiju za funkcije bez poslužitelja. Mreže za isporuku sadržaja (CDN) također mogu pomoći u predmemoriranju sadržaja bliže korisnicima, poboljšavajući performanse.
• Rezidentnost podataka: Pazite na zahtjeve o rezidentnosti podataka u različitim zemljama i regijama. Osigurajte da se podaci pohranjuju i obrađuju u skladu s lokalnim propisima.
• Lokalizacija: Dizajnirajte svoje aplikacije tako da podržavaju više jezika i valuta. Funkcije bez poslužitelja mogu se koristiti za dinamičko generiranje sadržaja na temelju preferencija ili lokacije korisnika.
• Usklađenost: Osigurajte da su vaše aplikacije u skladu s relevantnim industrijskim standardima i propisima, kao što su GDPR, HIPAA i PCI DSS.
• Optimizacija troškova: Optimizirajte performanse funkcija i korištenje resursa kako biste minimizirali troškove. Posebnu pozornost obratite na modele cijena specifične za regiju i obrasce korištenja.

Pažljivim razmatranjem ovih čimbenika možete izgraditi aplikacije bez poslužitelja koje su globalno dostupne, učinkovite i usklađene s propisima.

Zaključak

Arhitektura bez poslužitelja nudi moćan pristup izgradnji i implementaciji modernih aplikacija. Razumijevanjem uobičajenih obrazaca arhitekture bez poslužitelja i slijedeći najbolje prakse, možete iskoristiti prednosti smanjenih operativnih troškova, optimizacije troškova i poboljšane skalabilnosti. Kako se tehnologija bez poslužitelja nastavlja razvijati, istraživanje i prilagodba ovih obrazaca bit će ključni za izgradnju učinkovitih i inovativnih rješenja u oblaku.