Bezservera arhitektūras modeļu izpēte: visaptverošs ceļvedis

Bezservera skaitļošana ir radījusi apvērsumu lietojumprogrammu izstrādē un izvietošanā. Abstrahējot pamatā esošās infrastruktūras pārvaldību, izstrādātāji var koncentrēties uz koda rakstīšanu un vērtības radīšanu. Šis ceļvedis pēta izplatītākos bezservera arhitektūras modeļus, sniedzot ieskatu to priekšrocībās, trūkumos un reālās pasaules pielietojumos.

Kas ir bezservera arhitektūra?

Bezservera arhitektūra ir mākoņskaitļošanas izpildes modelis, kurā mākoņpakalpojumu sniedzējs dinamiski pārvalda mašīnas resursu sadali. Bezservera pakalpojumu sniedzējs rūpējas par visu pamatā esošo infrastruktūru, tāpēc jums nav nepieciešams nodrošināt vai pārvaldīt serverus. Jūs maksājat tikai par patērēto skaitļošanas laiku.

Bezservera arhitektūras galvenās iezīmes:

• Bez serveru pārvaldības: Izstrādātājiem nav nepieciešams nodrošināt, mērogot vai pārvaldīt serverus.
• Maksā par lietošanu: Jūs maksājat tikai par skaitļošanas laiku, ko patērē jūsu kods.
• Automātiskā mērogošana: Bezservera platformas automātiski mērogo resursus atbilstoši pieprasījumam.
• Uz notikumiem balstīta: Funkcijas tiek iedarbinātas ar notikumiem, piemēram, HTTP pieprasījumiem, datubāzes izmaiņām vai ziņojumiem.

Bezservera arhitektūras priekšrocības

Bezservera pieejas pieņemšana sniedz vairākas priekšrocības:

• Samazināts operatīvais slogs: Novērš nepieciešamību pēc serveru pārvaldības, ļaujot izstrādātājiem koncentrēties uz funkcionalitātes veidošanu.
• Izmaksu optimizācija: "Maksā par lietošanu" cenu modelis samazina izmaksas, īpaši lietojumprogrammām ar mainīgu datplūsmu.
• Uzlabota mērogojamība un pieejamība: Automātiskā mērogošana un kļūmju tolerance nodrošina augstu pieejamību un veiktspēju.
• Ātrāks nonākšanas laiks tirgū: Vienkāršota izvietošana un pārvaldība paātrina izstrādes ciklus.

Izplatītākie bezservera arhitektūras modeļi

Ir radušies vairāki arhitektūras modeļi, lai izmantotu bezservera skaitļošanas priekšrocības. Šeit ir daži no visizplatītākajiem:

1. Uz notikumiem balstīta arhitektūra

Uz notikumiem balstīta arhitektūra ir programmatūras arhitektūras paradigma, kas veicina notikumu ražošanu, atklāšanu, patērēšanu un reakciju uz tiem. Bezservera kontekstā šis modelis bieži ietver pakalpojumus, kas iedarbina funkcijas, izmantojot notikumus.

Piemērs: Attēlu apstrādes konveijers

Iedomājieties attēlu apstrādes konveijeru. Kad lietotājs augšupielādē attēlu mākoņkrātuves pakalpojumā (piemēram, Amazon S3, Azure Blob Storage vai Google Cloud Storage), tiek iedarbināts notikums. Šis notikums izsauc bezservera funkciju (piemēram, AWS Lambda, Azure Function, Google Cloud Function), kas veic attēla izmēru maiņu, formāta konvertēšanu un citus apstrādes uzdevumus. Apstrādātais attēls tiek saglabāts atpakaļ krātuves pakalpojumā, iedarbinot citu notikumu, kas varētu paziņot lietotājam vai atjaunināt datubāzi.

Komponenti:

• Notikuma avots: Mākoņkrātuves pakalpojums (S3, Blob Storage, Cloud Storage).
• Notikums: Attēla augšupielāde.
• Funkcija: Attēlu apstrādes funkcija (izmēru maiņa, konvertēšana).
• Galamērķis: Mākoņkrātuves pakalpojums, datubāze.

Priekšrocības:

• Atšķetināšana (Decoupling): Pakalpojumi ir neatkarīgi un sazinās, izmantojot notikumus.
• Mērogojamība: Funkcijas automātiski mērogojas atbilstoši notikumu apjomam.
• Noturība: Vienas funkcijas kļūme neietekmē citas sistēmas daļas.

2. API vārtejas modelis

API vārtejas modelis ietver API vārtejas izmantošanu, lai pārvaldītu ienākošos pieprasījumus un novirzītu tos uz atbilstošajām bezservera funkcijām. Tas nodrošina vienotu ieejas punktu klientiem un ļauj izmantot tādas funkcijas kā autentifikācija, autorizācija, ātruma ierobežošana un pieprasījumu transformācija.

Piemērs: REST API

Apsveriet REST API izveidi, izmantojot bezservera funkcijas. API vārteja (piemēram, Amazon API Gateway, Azure API Management, Google Cloud Endpoints) darbojas kā API ieejas durvis. Kad klients nosūta pieprasījumu, API vārteja to novirza uz atbilstošo bezservera funkciju, pamatojoties uz pieprasījuma ceļu un metodi. Funkcija apstrādā pieprasījumu un atgriež atbildi, ko API vārteja pēc tam nosūta atpakaļ klientam. Vārteja var arī apstrādāt autentifikāciju, autorizāciju un ātruma ierobežošanu, lai aizsargātu API.

Komponenti:

• API vārteja: Pārvalda ienākošos pieprasījumus, autentifikāciju, autorizāciju un maršrutēšanu.
• Funkcijas: Apstrādā konkrētus API galapunktus.
• Datubāze: Glabā un izgūst datus.

Priekšrocības:

• Centralizēta pārvaldība: Viens ieejas punkts visiem API pieprasījumiem.
• Drošība: Autentifikācija un autorizācija vārtejas līmenī.
• Mērogojamība: API vārteja var apstrādāt lielus datplūsmas apjomus.

3. Vēdekļveida (Fan-Out) modelis

Vēdekļveida modelis ietver viena notikuma izplatīšanu vairākām funkcijām paralēlai apstrādei. Tas ir noderīgi uzdevumiem, kurus var veikt neatkarīgi, piemēram, paziņojumu sūtīšanai vairākiem lietotājiem vai datu paralēlai apstrādei.

Piemērs: Paziņojumu sūtīšana

Pieņemsim, ka jums ir jānosūta paziņojumi vairākiem lietotājiem, kad tiek publicēts jauns raksts. Kad raksts ir publicēts, tiek iedarbināts notikums. Šis notikums izsauc funkciju, kas izplata paziņojumu vairākām funkcijām, no kurām katra ir atbildīga par paziņojuma nosūtīšanu konkrētam lietotājam vai lietotāju grupai. Tas ļauj nosūtīt paziņojumus paralēli, samazinot kopējo apstrādes laiku.

Komponenti:

• Notikuma avots: Raksta publicēšana.
• Vēdekļveida funkcija: Izplata paziņojumu vairākām funkcijām.
• Paziņojumu funkcijas: Sūta paziņojumus atsevišķiem lietotājiem.

Priekšrocības:

• Paralēlā apstrāde: Uzdevumi tiek veikti vienlaicīgi, samazinot apstrādes laiku.
• Mērogojamība: Katra funkcija var mērogoties neatkarīgi.
• Uzlabota veiktspēja: Ātrāka paziņojumu piegāde.

4. Agregatora modelis

Agregatora modelis ietver datu vākšanu no vairākiem avotiem un to apvienošanu vienā rezultātā. Tas ir noderīgi uzdevumiem, kuriem nepieciešami dati no vairākām API vai datubāzēm.

Piemērs: Datu agregācija

Apsveriet lietojumprogrammu, kurai jāattēlo informācija par produktu, ieskaitot tā cenu, pieejamību un atsauksmes. Šī informācija varētu būt saglabāta dažādās datubāzēs vai iegūta no dažādām API. Agregatora funkcija var savākt datus no šiem dažādajiem avotiem un apvienot tos vienā JSON objektā, kas pēc tam tiek nosūtīts klientam. Tas vienkāršo klienta uzdevumu iegūt un attēlot informāciju par produktu.

Komponenti:

• Datu avoti: Datubāzes, API.
• Agregatora funkcija: Vāc un apvieno datus.
• Galamērķis: Klienta lietojumprogramma.

Priekšrocības:

• Vienkāršota klienta loģika: Klientam ir jāiegūst tikai viens rezultāts.
• Samazināts tīkla pieprasījumu skaits: Mazāk pieprasījumu uz datu avotiem.
• Uzlabota veiktspēja: Dati tiek agregēti servera pusē.

5. Ķēdes modelis

Ķēdes modelis ietver vairāku funkciju saķēdēšanu, lai veiktu virkni uzdevumu. Vienas funkcijas izvade kļūst par nākamās funkcijas ievadi. Tas ir noderīgi sarežģītām darbplūsmām vai datu apstrādes konveijeriem.

Piemērs: Datu transformācijas konveijers

Iedomājieties datu transformācijas konveijeru, kas ietver datu tīrīšanu, validēšanu un bagātināšanu. Katru soli konveijerā var ieviest kā atsevišķu bezservera funkciju. Funkcijas tiek saķēdētas kopā, kur vienas funkcijas izvade tiek nodota kā ievade nākamajai. Tas nodrošina modulāru un mērogojamu datu apstrādes konveijeru.

Komponenti:

• Funkcijas: Katra funkcija veic konkrētu transformācijas uzdevumu.
• Orķestrēšana: Mehānisms funkciju saķēdēšanai (piemēram, AWS Step Functions, Azure Durable Functions, Google Cloud Workflows).

Priekšrocības:

• Modularitāte: Katra funkcija ir atbildīga par konkrētu uzdevumu.
• Mērogojamība: Katra funkcija var mērogoties neatkarīgi.
• Uzturamība: Vieglāk atjaunināt un uzturēt atsevišķas funkcijas.

6. Žņaudzējvīģes (Strangler Fig) modelis

Žņaudzējvīģes modelis ir pakāpeniskas migrācijas stratēģija mantoto lietojumprogrammu modernizēšanai, pakāpeniski aizstājot funkcionalitāti ar bezservera komponentiem. Šis modelis ļauj ieviest bezservera pakalpojumus, pilnībā nepārtraucot esošās lietojumprogrammas darbību.

Piemērs: Monolīta migrācija

Pieņemsim, ka jums ir monolīta lietojumprogramma, kuru vēlaties migrēt uz bezservera arhitektūru. Jūs varat sākt, identificējot konkrētas funkcionalitātes, kuras var viegli aizstāt ar bezservera funkcijām. Piemēram, jūs varētu aizstāt lietotāja autentifikācijas moduli ar bezservera funkciju, kas autentificē lietotājus pret ārēju identitātes nodrošinātāju. Aizstājot arvien vairāk funkcionalitāšu ar bezservera komponentiem, monolītā lietojumprogramma pakāpeniski samazinās, līdz beidzot tiek pilnībā aizstāta.

Komponenti:

• Mantotā lietojumprogramma: Esošā lietojumprogramma, kas jāmodernizē.
• Bezservera funkcijas: Jauni bezservera komponenti, kas aizstāj mantotās funkcionalitātes.
• Starpniekserveris/Maršrutētājs: Novirza pieprasījumus vai nu uz mantoto lietojumprogrammu, vai uz jaunajām bezservera funkcijām.

Priekšrocības:

• Samazināts risks: Pakāpeniska migrācija samazina risku traucēt esošās lietojumprogrammas darbību.
• Elastīgums: Ļauj modernizēt lietojumprogrammu sev piemērotā tempā.
• Izmaksu ietaupījumi: Bezservera komponenti var būt rentablāki nekā mantotā lietojumprogramma.

Pareizā modeļa izvēle

Atbilstošā bezservera arhitektūras modeļa izvēle ir atkarīga no jūsu lietojumprogrammas specifiskajām prasībām. Apsveriet šādus faktorus:

• Lietojumprogrammas sarežģītība: Vienkāršām lietojumprogrammām var būt nepieciešams tikai pamata API vārtejas modelis, savukārt sarežģītākas lietojumprogrammas var gūt labumu no funkciju saķēdēšanas vai uz notikumiem balstītas arhitektūras izmantošanas.
• Mērogojamības prasības: Izvēlieties modeļus, kas var automātiski mērogoties, lai apstrādātu mainīgu datplūsmu.
• Datu apstrādes vajadzības: Apsveriet modeļus, kas atbalsta paralēlo apstrādi vai datu agregāciju.
• Esošā infrastruktūra: Ja migrējat no mantotas lietojumprogrammas, Žņaudzējvīģes modelis varētu būt labs variants.

Bezservera arhitektūras labākā prakse

Lai nodrošinātu panākumus ar bezservera arhitektūru, ievērojiet šo labāko praksi:

• Saglabājiet funkcijas mazas un mērķtiecīgas: Katrai funkcijai jābūt vienam, labi definētam mērķim. Tas uzlabo uzturamību un mērogojamību.
• Konfigurācijai izmantojiet vides mainīgos: Izvairieties no konfigurācijas vērtību "iešūšanas" (hardcoding) savās funkcijās. Izmantojiet vides mainīgos, lai pārvaldītu konfigurācijas iestatījumus.
• Kļūdas apstrādājiet saudzīgi: Ieviesiet robustu kļūdu apstrādi, lai novērstu kļūmju kaskadēšanos visā sistēmā.
• Pārraugiet un reģistrējiet savas funkcijas: Izmantojiet pārraudzības rīkus, lai sekotu līdzi funkciju veiktspējai un identificētu potenciālās problēmas. Reģistrējiet svarīgus notikumus, lai atvieglotu atkļūdošanu.
• Nodrošiniet savu funkciju drošību: Ieviesiet atbilstošus drošības pasākumus, lai aizsargātu savas funkcijas no nesankcionētas piekļuves.
• Optimizējiet aukstos startus: Minimizējiet aukstā starta latentumu, izmantojot atbilstošas valodu izpildlaika vides un optimizējot funkcijas kodu.
• Ieviesiet pareizus CI/CD konveijerus: Automatizējiet savu bezservera funkciju izvietošanu un testēšanu, lai nodrošinātu konsekventus un uzticamus laidienus.

Bezservera risinājumi dažādos mākoņpakalpojumu sniedzējos

Bezservera arhitektūras pamatjēdzieni ir piemērojami dažādiem mākoņpakalpojumu sniedzējiem, lai gan konkrētas implementācijas un pakalpojumi var atšķirties. Šeit ir ātrs pārskats:

• Amazon Web Services (AWS): AWS Lambda ir vadošais bezservera skaitļošanas pakalpojums. AWS piedāvā arī API Gateway, Step Functions (orķestrēšanai) un S3 krātuvei.
• Microsoft Azure: Azure Functions ir Microsoft bezservera skaitļošanas pakalpojums. Azure piedāvā arī API Management, Durable Functions (orķestrēšanai) un Blob Storage.
• Google Cloud Platform (GCP): Google Cloud Functions ir Google bezservera skaitļošanas pakalpojums. GCP piedāvā Cloud Endpoints (API vārteja), Cloud Workflows (orķestrēšanai) un Cloud Storage.

Lai gan katram pakalpojumu sniedzējam ir savas unikālās iezīmes un cenu modeļi, bezservera arhitektūras pamatprincipi paliek nemainīgi. Pareizā pakalpojumu sniedzēja izvēle ir atkarīga no jūsu specifiskajām vajadzībām, esošās infrastruktūras un platformas pārzināšanas.

Bezservera risinājumi un globālie apsvērumi

Izstrādājot bezservera lietojumprogrammas globālai auditorijai, īpaši svarīgi kļūst vairāki faktori:

• Latentums: Minimizējiet latentumu, izvietojot funkcijas reģionos, kas ir tuvu jūsu lietotājiem. Mākoņpakalpojumu sniedzēji piedāvā reģionam specifiskas izvietošanas iespējas bezservera funkcijām. Satura piegādes tīkli (CDN) var arī palīdzēt kešot saturu tuvāk lietotājiem, uzlabojot veiktspēju.
• Datu rezidence: Pievērsiet uzmanību datu rezidences prasībām dažādās valstīs un reģionos. Nodrošiniet, ka dati tiek glabāti un apstrādāti saskaņā ar vietējiem noteikumiem.
• Lokalizācija: Izstrādājiet savas lietojumprogrammas tā, lai tās atbalstītu vairākas valodas un valūtas. Bezservera funkcijas var izmantot, lai dinamiski ģenerētu saturu, pamatojoties uz lietotāja preferencēm vai atrašanās vietu.
• Atbilstība: Nodrošiniet, ka jūsu lietojumprogrammas atbilst attiecīgajiem nozares standartiem un noteikumiem, piemēram, GDPR, HIPAA un PCI DSS.
• Izmaksu optimizācija: Optimizējiet funkciju veiktspēju un resursu izmantošanu, lai samazinātu izmaksas. Pievērsiet īpašu uzmanību reģionam specifiskiem cenu modeļiem un lietošanas paradumiem.

Rūpīgi apsverot šos faktorus, jūs varat izveidot bezservera lietojumprogrammas, kas ir globāli pieejamas, veiktspējīgas un atbilstošas prasībām.

Noslēgums

Bezservera arhitektūra piedāvā jaudīgu pieeju moderno lietojumprogrammu izstrādei un izvietošanai. Izprotot izplatītākos bezservera arhitektūras modeļus un ievērojot labāko praksi, jūs varat izmantot samazināta operatīvā sloga, izmaksu optimizācijas un uzlabotas mērogojamības priekšrocības. Tā kā bezservera tehnoloģijas turpina attīstīties, šo modeļu izpēte un pielāgošana būs izšķiroša, lai radītu efektīvus un inovatīvus risinājumus mākonī.