Raziskovanje vzorcev brezstrežniške arhitekture: Celovit vodnik

Brezstrežniško računalništvo je prineslo revolucijo v načinu gradnje in uvajanja aplikacij. Z abstrakcijo upravljanja osnovne infrastrukture se lahko razvijalci osredotočijo na pisanje kode in ustvarjanje vrednosti. Ta vodnik raziskuje pogoste vzorce brezstrežniške arhitekture ter ponuja vpogled v njihove prednosti, slabosti in primere uporabe v resničnem svetu.

Kaj je brezstrežniška arhitektura?

Brezstrežniška arhitektura je model izvajanja v računalništvu v oblaku, kjer ponudnik oblaka dinamično upravlja z dodeljevanjem strojnih virov. Brezstrežniški ponudnik poskrbi za vso osnovno infrastrukturo, tako da vam ni treba pripravljati ali upravljati strežnikov. Plačate samo za računski čas, ki ga porabite.

Ključne značilnosti brezstrežniške arhitekture:

• Brez upravljanja strežnikov: Razvijalcem ni treba pripravljati, razširjati ali upravljati strežnikov.
• Plačilo po porabi: Plačate samo za računski čas, ki ga vaša koda porabi.
• Samodejno razširjanje: Brezstrežniške platforme samodejno razširjajo vire glede na povpraševanje.
• Dogodkovno vodeno: Funkcije se sprožijo na podlagi dogodkov, kot so zahteve HTTP, spremembe v bazi podatkov ali sporočila.

Prednosti brezstrežniške arhitekture

Sprejetje brezstrežniškega pristopa prinaša več prednosti:

• Zmanjšani operativni stroški: Odpravlja potrebo po upravljanju strežnikov, kar razvijalcem omogoča, da se osredotočijo na gradnjo funkcionalnosti.
• Optimizacija stroškov: Model plačila po porabi zmanjšuje stroške, zlasti pri aplikacijah z nihajočim prometom.
• Izboljšana razširljivost in razpoložljivost: Samodejno razširjanje in odpornost na napake zagotavljata visoko razpoložljivost in zmogljivost.
• Hitrejši čas do trga: Poenostavljeno uvajanje in upravljanje pospešujeta razvojne cikle.

Pogosti vzorci brezstrežniške arhitekture

Za izkoriščanje prednosti brezstrežniškega računalništva se je pojavilo več arhitekturnih vzorcev. Tukaj je nekaj najpogostejših:

1. Dogodkovno vodena arhitektura

Dogodkovno vodena arhitektura je paradigma programske arhitekture, ki spodbuja produkcijo, zaznavanje, porabo in odzivanje na dogodke. V brezstrežniškem kontekstu ta vzorec pogosto vključuje storitve, ki sprožijo funkcije prek dogodkov.

Primer: Cevovod za obdelavo slik

Predstavljajte si cevovod za obdelavo slik. Ko uporabnik naloži sliko v storitev za shranjevanje v oblaku (kot so Amazon S3, Azure Blob Storage ali Google Cloud Storage), se sproži dogodek. Ta dogodek prikliče brezstrežniško funkcijo (npr. AWS Lambda, Azure Function, Google Cloud Function), ki izvede spreminjanje velikosti slike, pretvorbo formata in druga opravila obdelave. Obdelana slika se nato shrani nazaj v storitev za shranjevanje, kar sproži nov dogodek, ki lahko obvesti uporabnika ali posodobi bazo podatkov.

Komponente:

• Vir dogodka: Storitev za shranjevanje v oblaku (S3, Blob Storage, Cloud Storage).
• Dogodek: Nalaganje slike.
• Funkcija: Funkcija za obdelavo slik (spreminjanje velikosti, pretvorba).
• Cilj: Storitev za shranjevanje v oblaku, baza podatkov.

Prednosti:

• Razdruževanje: Storitve so neodvisne in komunicirajo prek dogodkov.
• Razširljivost: Funkcije se samodejno razširjajo glede na obseg dogodkov.
• Odpornost: Napaka ene funkcije ne vpliva na druge dele sistema.

2. Vzorec API prehoda

Vzorec API prehoda vključuje uporabo API prehoda za upravljanje dohodnih zahtev in njihovo usmerjanje na ustrezne brezstrežniške funkcije. To zagotavlja eno samo vstopno točko za odjemalce in omogoča funkcionalnosti, kot so avtentikacija, avtorizacija, omejevanje hitrosti in transformacija zahtev.

Primer: REST API

Razmislite o izgradnji REST API-ja z uporabo brezstrežniških funkcij. API prehod (npr. Amazon API Gateway, Azure API Management, Google Cloud Endpoints) deluje kot vhodna vrata za API. Ko odjemalec pošlje zahtevo, jo API prehod usmeri na ustrezno brezstrežniško funkcijo glede na pot in metodo zahteve. Funkcija obdela zahtevo in vrne odgovor, ki ga API prehod nato pošlje nazaj odjemalcu. Prehod lahko upravlja tudi z avtentikacijo, avtorizacijo in omejevanjem hitrosti za zaščito API-ja.

Komponente:

• API prehod: Upravlja dohodne zahteve, avtentikacijo, avtorizacijo in usmerjanje.
• Funkcije: Obravnavajo specifične končne točke API-ja.
• Baza podatkov: Shranjuje in pridobiva podatke.

Prednosti:

• Centralizirano upravljanje: Ena vstopna točka za vse zahteve API-ja.
• Varnost: Avtentikacija in avtorizacija na ravni prehoda.
• Razširljivost: API prehod lahko obravnava velike količine prometa.

3. Vzorec razpršitve (Fan-Out)

Vzorec razpršitve (Fan-Out) vključuje distribucijo enega samega dogodka na več funkcij za vzporedno obdelavo. To je uporabno za naloge, ki se lahko izvajajo neodvisno, kot je pošiljanje obvestil več uporabnikom ali vzporedna obdelava podatkov.

Primer: Pošiljanje obvestil

Predpostavimo, da morate poslati obvestila več uporabnikom, ko je objavljen nov članek. Ko je članek objavljen, se sproži dogodek. Ta dogodek prikliče funkcijo, ki razprši obvestilo na več funkcij, od katerih je vsaka odgovorna za pošiljanje obvestila določenemu uporabniku ali skupini uporabnikov. To omogoča vzporedno pošiljanje obvestil, kar zmanjša celoten čas obdelave.

Komponente:

• Vir dogodka: Objava članka.
• Funkcija razpršitve: Distribuira obvestilo na več funkcij.
• Funkcije za obveščanje: Pošiljajo obvestila posameznim uporabnikom.

Prednosti:

• Vzporedna obdelava: Naloge se izvajajo sočasno, kar zmanjša čas obdelave.
• Razširljivost: Vsaka funkcija se lahko razširja neodvisno.
• Izboljšana zmogljivost: Hitrejša dostava obvestil.

4. Vzorec agregacije

Vzorec agregacije vključuje zbiranje podatkov iz več virov in njihovo združevanje v enoten rezultat. To je uporabno za naloge, ki zahtevajo podatke iz več API-jev ali baz podatkov.

Primer: Agregacija podatkov

Predstavljajte si aplikacijo, ki mora prikazati informacije o izdelku, vključno z njegovo ceno, razpoložljivostjo in ocenami. Te informacije so lahko shranjene v različnih bazah podatkov ali pridobljene iz različnih API-jev. Agregacijska funkcija lahko zbere podatke iz teh različnih virov in jih združi v en sam objekt JSON, ki se nato pošlje odjemalcu. To poenostavi nalogo odjemalca pri pridobivanju in prikazovanju informacij o izdelku.

Komponente:

• Viri podatkov: Baze podatkov, API-ji.
• Agregacijska funkcija: Zbira in združuje podatke.
• Cilj: Odjemalska aplikacija.

Prednosti:

• Poenostavljena logika odjemalca: Odjemalec mora pridobiti samo en rezultat.
• Manj omrežnih zahtev: Manj zahtev do virov podatkov.
• Izboljšana zmogljivost: Podatki se agregirajo na strani strežnika.

5. Vzorec veriženja

Vzorec veriženja vključuje povezovanje več funkcij za izvedbo niza nalog. Izhod ene funkcije postane vhod naslednje funkcije. To je uporabno za zapletene delovne tokove ali cevovode za obdelavo podatkov.

Primer: Cevovod za transformacijo podatkov

Predstavljajte si cevovod za transformacijo podatkov, ki vključuje čiščenje, preverjanje in obogatitev podatkov. Vsak korak v cevovodu se lahko implementira kot ločena brezstrežniška funkcija. Funkcije so povezane v verigo, pri čemer se izhod ene funkcije prenese kot vhod naslednji. To omogoča modularni in razširljiv cevovod za obdelavo podatkov.

Komponente:

• Funkcije: Vsaka funkcija opravlja določeno nalogo transformacije.
• Orkestracija: Mehanizem za veriženje funkcij (npr. AWS Step Functions, Azure Durable Functions, Google Cloud Workflows).

Prednosti:

• Modularnost: Vsaka funkcija je odgovorna za določeno nalogo.
• Razširljivost: Vsaka funkcija se lahko razširja neodvisno.
• Vzdrževanje: Lažje posodabljanje in vzdrževanje posameznih funkcij.

6. Vzorec davilke (Strangler Fig)

Vzorec davilke (Strangler Fig) je strategija postopne migracije za posodobitev zastarelih aplikacij z postopnim nadomeščanjem funkcionalnosti z brezstrežniškimi komponentami. Ta vzorec vam omogoča uvedbo brezstrežniških storitev, ne da bi popolnoma motili obstoječo aplikacijo.

Primer: Migracija monolita

Predpostavimo, da imate monolitno aplikacijo, ki jo želite preseliti v brezstrežniško arhitekturo. Začnete lahko z identifikacijo določenih funkcionalnosti, ki jih je mogoče enostavno nadomestiti z brezstrežniškimi funkcijami. Na primer, modul za avtentikacijo uporabnikov lahko nadomestite z brezstrežniško funkcijo, ki avtenticira uporabnike prek zunanjega ponudnika identitet. Ko nadomeščate več funkcionalnosti z brezstrežniškimi komponentami, se monolitna aplikacija postopoma krči, dokler ni na koncu v celoti nadomeščena.

Komponente:

• Zastarela aplikacija: Obstoječa aplikacija, ki jo je treba posodobiti.
• Brezstrežniške funkcije: Nove brezstrežniške komponente, ki nadomeščajo zastarele funkcionalnosti.
• Proxy/usmerjevalnik: Usmerja zahteve bodisi na zastarelo aplikacijo bodisi na nove brezstrežniške funkcije.

Prednosti:

• Zmanjšano tveganje: Postopna migracija zmanjša tveganje motenj obstoječe aplikacije.
• Prilagodljivost: Omogoča posodobitev aplikacije v lastnem tempu.
• Prihranek stroškov: Brezstrežniške komponente so lahko stroškovno učinkovitejše od zastarele aplikacije.

Izbira pravega vzorca

Izbira ustreznega vzorca brezstrežniške arhitekture je odvisna od specifičnih zahtev vaše aplikacije. Upoštevajte naslednje dejavnike:

• Kompleksnost aplikacije: Preproste aplikacije morda zahtevajo le osnovni vzorec API prehoda, medtem ko bi bolj zapletenim aplikacijam lahko koristilo veriženje funkcij ali uporaba dogodkovno vodene arhitekture.
• Zahteve po razširljivosti: Izberite vzorce, ki se lahko samodejno razširjajo za obravnavo nihajočega prometa.
• Potrebe po obdelavi podatkov: Upoštevajte vzorce, ki podpirajo vzporedno obdelavo ali agregacijo podatkov.
• Obstoječa infrastruktura: Če prehajate iz zastarele aplikacije, je lahko vzorec davilke (Strangler Fig) dobra izbira.

Najboljše prakse za brezstrežniško arhitekturo

Za zagotovitev uspeha z brezstrežniško arhitekturo upoštevajte te najboljše prakse:

• Ohranjajte funkcije majhne in osredotočene: Vsaka funkcija naj ima en sam, dobro opredeljen namen. To izboljša vzdrževanje in razširljivost.
• Uporabljajte okoljske spremenljivke za konfiguracijo: Izogibajte se trdo kodiranim konfiguracijskim vrednostim v funkcijah. Za upravljanje nastavitev uporabljajte okoljske spremenljivke.
• Elegantno obravnavajte napake: Implementirajte robustno obravnavanje napak, da preprečite verižne odpovedi v sistemu.
• Spremljajte in beležite svoje funkcije: Uporabljajte orodja za spremljanje delovanja funkcij in prepoznavanje morebitnih težav. Beležite pomembne dogodke za pomoč pri odpravljanju napak.
• Zavarujte svoje funkcije: Implementirajte ustrezne varnostne ukrepe za zaščito funkcij pred nepooblaščenim dostopom.
• Optimizirajte hladne zagone: Zmanjšajte zakasnitev hladnega zagona z uporabo ustreznih izvajalskih okolij in optimizacijo kode funkcij.
• Implementirajte ustrezne CI/CD cevovode: Avtomatizirajte uvajanje in testiranje brezstrežniških funkcij za zagotavljanje doslednih in zanesljivih izdaj.

Brezstrežniške rešitve pri različnih ponudnikih oblakov

Osnovni koncepti brezstrežniške arhitekture so uporabni pri različnih ponudnikih oblakov, čeprav se lahko specifične implementacije in storitve razlikujejo. Tukaj je kratek pregled:

• Amazon Web Services (AWS): AWS Lambda je vodilna brezstrežniška računalniška storitev. AWS ponuja tudi API Gateway, Step Functions (za orkestracijo) in S3 za shranjevanje.
• Microsoft Azure: Azure Functions je Microsoftova brezstrežniška računalniška storitev. Azure ponuja tudi API Management, Durable Functions (za orkestracijo) in Blob Storage.
• Google Cloud Platform (GCP): Google Cloud Functions je Googlova brezstrežniška računalniška storitev. GCP ponuja Cloud Endpoints (API prehod), Cloud Workflows (za orkestracijo) in Cloud Storage.

Čeprav ima vsak ponudnik svoje edinstvene značilnosti in cenovne modele, osnovna načela brezstrežniške arhitekture ostajajo enaka. Izbira pravega ponudnika je odvisna od vaših specifičnih potreb, obstoječe infrastrukture in poznavanja platforme.

Brezstrežniške rešitve in globalni vidiki

Pri načrtovanju brezstrežniških aplikacij za globalno občinstvo postane več dejavnikov še posebej pomembnih:

• Zakasnitev: Zmanjšajte zakasnitev z uvajanjem funkcij v regijah blizu vaših uporabnikov. Ponudniki oblakov ponujajo regionalne namestitve za brezstrežniške funkcije. Omrežja za dostavo vsebine (CDN) lahko prav tako pomagajo pri predpomnjenju vsebine bližje uporabnikom in izboljšajo zmogljivost.
• Hramba podatkov: Bodite pozorni na zahteve glede hrambe podatkov v različnih državah in regijah. Zagotovite, da se podatki shranjujejo in obdelujejo v skladu z lokalnimi predpisi.
• Lokalizacija: Načrtujte svoje aplikacije tako, da podpirajo več jezikov in valut. Brezstrežniške funkcije se lahko uporabljajo za dinamično generiranje vsebine na podlagi preferenc ali lokacije uporabnika.
• Skladnost: Zagotovite, da so vaše aplikacije skladne z ustreznimi industrijskimi standardi in predpisi, kot so GDPR, HIPAA in PCI DSS.
• Optimizacija stroškov: Optimizirajte delovanje funkcij in porabo virov za zmanjšanje stroškov. Bodite pozorni na regionalne cenovne modele in vzorce uporabe.

S skrbnim upoštevanjem teh dejavnikov lahko zgradite brezstrežniške aplikacije, ki so globalno dostopne, zmogljive in skladne.

Zaključek

Brezstrežniška arhitektura ponuja močan pristop k gradnji in uvajanju sodobnih aplikacij. Z razumevanjem pogostih vzorcev brezstrežniške arhitekture in upoštevanjem najboljših praks lahko izkoristite prednosti zmanjšanih operativnih stroškov, optimizacije stroškov in izboljšane razširljivosti. Ker se brezstrežniška tehnologija nenehno razvija, bo raziskovanje in prilagajanje teh vzorcev ključnega pomena za gradnjo učinkovitih in inovativnih rešitev v oblaku.