Serverless шаблони: Композиція функцій - побудова надійних і масштабованих додатків

У швидкоплинному ландшафті хмарних обчислень архітектура serverless постала як трансформаційний підхід до створення та розгортання додатків. Одним із ключових архітектурних шаблонів у парадигмі serverless є композиція функцій. Ця потужна техніка дозволяє розробникам збирати складні функціональності з менших, незалежних serverless функцій, сприяючи модульності, масштабованості та зручності обслуговування. Цей допис у блозі заглиблюється в тонкощі композиції функцій, досліджуючи її переваги, найкращі практики та реальні приклади в різних глобальних контекстах.

Що таке композиція функцій?

Композиція функцій, по суті, — це процес поєднання кількох функцій для створення нової, більш складної функції. У контексті архітектури serverless це перетворюється на з’єднання окремих serverless функцій, де вихід однієї функції служить входом для наступної. Цей підхід дозволяє розробникам розбивати складну бізнес-логіку на менші, керовані одиниці, кожна з яких відповідає за певне завдання. Ця модульність значно покращує гнучкість, масштабованість і стійкість загальної програми.

Уявіть собі збирання блоків LEGO. Кожен блок (serverless функція) виконує одну функцію, але в поєднанні (складені) вони створюють складну та функціональну структуру (ваш додаток). Кожна функція може бути розроблена, розгорнута та масштабована незалежно, що призводить до підвищення гнучкості та прискорення циклів розробки.

Переваги композиції функцій

Композиція функцій пропонує безліч переваг, що робить її кращим вибором для розробки сучасних додатків:

• Масштабованість: Serverless функції масштабуються автоматично відповідно до потреби. Компонуючи функції, ви можете масштабувати окремі компоненти вашого додатка незалежно, оптимізуючи використання ресурсів і економічну ефективність. Наприклад, глобальна платформа електронної комерції може мати функцію, відповідальну за обробку міжнародних платежів, і вона може масштабуватися незалежно від функції, яка обробляє оновлення каталогу продуктів.
• Покращена зручність обслуговування: Розбиття складної логіки на менші функції полегшує розуміння, обслуговування та налагодження кодової бази. Зміни в одній функції мають мінімальний вплив на інші, зменшуючи ризик появи помилок. Уявіть собі оновлення логіки конвертації валюти в глобальному фінансовому додатку. З композицією функцій вам потрібно лише змінити конкретну функцію, відповідальну за це, не впливаючи на інші критичні операції.
• Підвищена повторна використовуваність: Окремі функції можна повторно використовувати в різних частинах програми або навіть в інших проектах. Це сприяє повторному використанню коду, зменшує надмірність і прискорює розробку. Функція для перевірки міжнародних номерів телефонів, наприклад, може використовуватися в різних сервісах, таких як реєстрація користувачів, системи підтримки квитків та SMS-повідомлення.
• Підвищена гнучкість: Декапльований характер serverless функцій забезпечує більш швидкі цикли розробки. Розробники можуть незалежно працювати над різними функціями, прискорюючи загальний процес розробки. Це особливо корисно для організацій, які працюють у різних географічних точках, дозволяючи географічно розподіленим командам працювати паралельно.
• Зменшені операційні накладні витрати: Serverless платформи обробляють управління інфраструктурою, включаючи масштабування, виправлення та безпеку. Це звільняє розробників, щоб вони могли зосередитися на написанні коду та створенні функцій, а не на управлінні серверами.
• Оптимізація витрат: Serverless архітектури відповідають моделі оплати за використання. Ви платите лише за час обчислень, який споживають ваші функції. Це може значно зменшити операційні витрати порівняно з традиційними архітектурами на основі серверів, особливо в періоди низької активності. Ця економічна ефективність особливо приваблива для стартапів і підприємств, що працюють на ринках з різними економічними умовами.
• Ізоляція збоїв: Якщо одна функція виходить з ладу, це не обов’язково призводить до припинення роботи всього додатка. Несправність ізольована, а інші функції можуть продовжувати працювати. Це підвищує стійкість вашого додатка.

Ключові концепції та компоненти

Розуміння основних концепцій і компонентів має вирішальне значення для ефективної реалізації композиції функцій:

• Serverless функції: Це будівельні блоки композиції. Приклади включають AWS Lambda, Azure Functions і Google Cloud Functions. Ці функції виконують код у відповідь на події, такі як HTTP-запити, оновлення баз даних або заплановані тригери.
• Тригери подій: Це механізми, які ініціюють виконання serverless функцій. Вони можуть включати HTTP-запити (через API gateway), черги повідомлень (наприклад, Amazon SQS, Azure Service Bus, Google Cloud Pub/Sub), оновлення баз даних (наприклад, DynamoDB Streams, Azure Cosmos DB triggers, Google Cloud Firestore triggers) і заплановані події (наприклад, cron jobs).
• Оркестрація: Це процес координації виконання кількох serverless функцій. Інструменти та шаблони оркестрування необхідні для управління потоком даних і забезпечення правильного порядку виконання. Поширені служби оркестрування включають AWS Step Functions, Azure Logic Apps і Google Cloud Workflows.
• API Gateway: API gateway діють як вхідні двері для ваших serverless додатків, обробляючи такі завдання, як маршрутизація запитів, аутентифікація та авторизація. Вони можуть представляти ваші складені функції як API, роблячи їх доступними для клієнтів. Приклади включають Amazon API Gateway, Azure API Management і Google Cloud API Gateway.
• Перетворення даних: Функції часто потребують перетворення даних, щоб передавати їх одна між одною. Це може включати такі завдання, як зіставлення даних, збагачення даних і перевірка даних.
• Обробка помилок і механізми повторних спроб: Впровадження надійної обробки помилок і механізмів повторних спроб має вирішальне значення для створення стійких serverless додатків. Це може включати повторні виклики функцій, обробку винятків і надсилання сповіщень.

Поширені шаблони композиції функцій

Кілька шаблонів зазвичай використовуються для компонування serverless функцій:

• Зчеплення: Найпростіший шаблон, де одна функція безпосередньо запускає наступну. Вихід першої функції стає входом для другої тощо. Ідеально підходить для послідовних завдань. Наприклад, обробка замовлення: функція 1 перевіряє замовлення, функція 2 обробляє оплату, а функція 3 надсилає електронний лист з підтвердженням.
• Fan-out/Fan-in: Функція викликає кілька інших функцій паралельно (fan-out), а потім агрегує результати (fan-in). Цей шаблон корисний для паралельної обробки даних. Наприклад, обробка даних із різних глобальних джерел: одна функція може бути запущена для fan-out обробки даних для кількох функцій, кожна з яких обробляє певний регіон. Потім результати агрегуються в один кінцевий вихід.
• Розгалуження: На основі вихідних даних функції викликаються різні функції. Цей шаблон дозволяє використовувати умовні шляхи виконання. Наприклад, чат-бот служби підтримки клієнтів може використовувати розгалуження для маршрутизації запитів на основі їх характеру (рахунки, технічні питання, продажі тощо).
• Архітектура, орієнтована на події (EDA): Функції реагують на події, опубліковані в черзі повідомлень або шині подій. Цей шаблон сприяє слабкому з’єднанню та асинхронному зв’язку. Наприклад, коли користувач завантажує зображення, запускається подія. Потім функції змінюють розмір зображення, додають водяний знак та оновлюють базу даних.
• Шаблон агрегатора: Об’єднує результати з кількох функцій в один вихідний. Корисно для узагальнення даних або створення складних звітів. Глобальна маркетингова компанія може використовувати це для об’єднання результатів кількох рекламних кампаній.

Практичні приклади: глобальні додатки

Давайте розглянемо кілька практичних прикладів, що демонструють композицію функцій у різних глобальних сценаріях:

• Платформа електронної комерції (глобальний обхват): Платформа електронної комерції з глобальною клієнтською базою повинна враховувати різні складнощі, включаючи кілька валют, мов і способів оплати. Композиція функцій ідеально підходить для розбиття цих складних завдань на керовані одиниці:
  • Обробка замовлень: Функція перевіряє дані замовлення. Інша функція обчислює вартість доставки на основі пункту призначення (використовуючи ставки в реальному часі від міжнародних постачальників доставки). Третя функція обробляє платежі за допомогою платіжного шлюзу (наприклад, Stripe, PayPal) та здійснює конвертацію валюти. Ці функції з’єднані, забезпечуючи плавний потік замовлень.
  • Управління запасами: Функції оновлюють рівні запасів на кількох глобальних складах. Якщо продукт продається в Японії, функція оновить запас для цього місця та потенційно запустить поповнення з основного складу або регіонального дистриб’юторського центру.
  • Підтримка клієнтів: інтерфейс чату використовує розгалуження. Залежно від мови запиту клієнта, система спрямовує повідомлення до відповідної багатомовної служби підтримки. Інший набір функцій отримує історію покупок клієнта.
• Глобальні фінансові послуги: Фінансова установа з присутністю в усьому світі може використовувати композицію функцій для управління транзакціями, ризиками та відповідністю вимогам:
  • Виявлення шахрайства: Функції аналізують транзакції в режимі реального часу, шукаючи шахрайську діяльність. Ці функції викликають зовнішні API (наприклад, від глобальних служб виявлення шахрайства) і об’єднують результати за допомогою шаблону агрегатора, щоб визначити рівень ризику.
  • Обмін валюти: Спеціальна функція забезпечує конвертацію валюти на основі поточних обмінних курсів із надійного джерела. Цю функцію можуть використовувати інші частини програми.
  • Відповідність нормативним вимогам (KYC/AML): Коли клієнт відкриває рахунок, перша функція перевіряє інформацію, а потім функції перевіряють глобальні списки санкцій (наприклад, OFAC). На основі результату робочий процес розгалужується для затвердження або відхилення заявки.
• Управління ланцюгом поставок (глобальна логістика): Глобальний ланцюг поставок покладається на дані в реальному часі для відстеження товарів, управління запасами та оптимізації логістики:
  • Відстеження та трасування: Функції отримують оновлення з різних джерел (GPS-трекери, RFID-зчитувачі) по всьому світу. Потім ці канали даних об’єднуються та візуалізуються.
  • Управління складом: Функції керують складськими запасами, включаючи автоматичні точки перезамовлення. Ці функції можуть запускати сповіщення кільком постачальникам по всьому світу на основі визначених правил, забезпечуючи мінімальний час простою на складі.
  • Митні та імпортно-експортні операції: Функції обчислюють імпортне мито та податки на основі місця призначення, типу продукту та торговельних угод. Вони автоматично генерують необхідну документацію.
• Платформа соціальних мереж (користувачі по всьому світу): Глобальна платформа соціальних мереж може використовувати композицію функцій, щоб забезпечити безперебійну роботу користувачів:
  • Модерація контенту: Функції аналізують контент, створений користувачами (текст, зображення, відео), кількома мовами для виявлення порушень. Вони розгортаються в різних регіонах з окремими правилами розпізнавання мов для покращення продуктивності.
  • Персоналізовані рекомендації: Функції аналізують поведінку користувачів у різних регіонах і надають персоналізовані рекомендації щодо контенту.
  • Переклад у реальному часі: Функція перекладає публікації користувачів різними мовами, забезпечуючи міжкультурне спілкування.

Найкращі практики композиції функцій

Щоб створити ефективні та зручні у підтримці serverless додатки за допомогою композиції функцій, враховуйте ці найкращі практики:

• Принцип єдиної відповідальності: Кожна функція повинна мати єдину, чітко визначену мету. Це сприяє модульності та полегшує розуміння, тестування та повторне використання функцій.
• Слабке з’єднання: Зменште залежності між функціями. Це полегшує зміну або заміну функцій, не впливаючи на інші частини програми. Використовуйте черги повідомлень або шини подій, щоб роз’єднати функції.
• Ідемпотентність: Розробляйте функції таким чином, щоб вони були ідемпотентними, тобто їх можна було безпечно виконувати кілька разів без небажаних побічних ефектів. Це особливо важливо при роботі з асинхронною обробкою та потенційними збоями.
• Перетворення та валідація даних: Реалізуйте надійну логіку перетворення та перевірки даних, щоб забезпечити узгодженість і цілісність даних. Розгляньте можливість використання перевірки схеми.
• Обробка помилок і моніторинг: Впроваджуйте надійні механізми обробки помилок і моніторингу для швидкого виявлення та вирішення проблем. Використовуйте інструменти ведення журналів, трасування та сповіщення.
• Управління API Gateway: Правильно налаштуйте API Gateway для аутентифікації, авторизації та обмеження швидкості.
• Контроль версій: Використовуйте контроль версій для всіх своїх функцій і розгортань. Це спростить налагодження та відкат.
• Безпека: Захистіть всі функції та їх доступ до ресурсів. Використовуйте відповідні механізми аутентифікації та авторизації. Захистіть конфіденційну інформацію, наприклад ключі API. Застосовуйте політики безпеки у всіх регіонах.
• Тестування: Модульно тестуйте кожну окрему функцію та пишіть інтеграційні тести для складених функцій. Тестуйте свої функції в різних географічних регіонах, щоб врахувати затримку та географічні відмінності.
• Документація: Документуйте кожну функцію та її роль у композиції. Документуйте потік і призначення кожної композиції, пояснюючи тригери, параметри та залежності.
• Налаштування продуктивності: Моніторте продуктивність функцій та оптимізуйте час виконання та використання пам’яті. Розгляньте можливість використання оптимізованих мов програмування, таких як Go або Rust, для критичних функцій.
• Оптимізація витрат: Моніторте використання функцій та оптимізуйте витрати, правильно визначаючи розмір пам’яті функції та час виконання. Застосовуйте сповіщення про виставлення рахунків.

Інструменти та технології

Кілька інструментів і технологій можуть допомогти вам у створенні serverless додатків за допомогою композиції функцій:

• Платформи постачальників хмарних послуг: AWS Lambda, Azure Functions і Google Cloud Functions.
• Служби оркестрування: AWS Step Functions, Azure Logic Apps, Google Cloud Workflows.
• API Gateway: Amazon API Gateway, Azure API Management, Google Cloud API Gateway.
• Черги повідомлень: Amazon SQS, Azure Service Bus, Google Cloud Pub/Sub.
• Шини подій: Amazon EventBridge, Azure Event Grid, Google Cloud Pub/Sub.
• Моніторинг і ведення журналів: CloudWatch (AWS), Azure Monitor, Cloud Logging (Google Cloud).
• Інструменти CI/CD: AWS CodePipeline, Azure DevOps, Google Cloud Build.
• Інфраструктура як код (IaC): Terraform, AWS CloudFormation, Azure Resource Manager, Google Cloud Deployment Manager.
• Мови програмування: JavaScript/Node.js, Python, Java, Go, C# тощо.

Висновок

Композиція функцій — це потужний і універсальний архітектурний шаблон, який розкриває весь потенціал serverless обчислень. Розбиваючи складну логіку додатків на менші, незалежно масштабовані функції, розробники можуть створювати надійні, масштабовані додатки з покращеною гнучкістю та економічною ефективністю. Шаблони, найкращі практики та реальні приклади, обговорені в цьому дописі в блозі, забезпечують надійну основу для створення вашого наступного serverless додатка.

Оскільки ландшафт хмарних обчислень продовжує розвиватися, композиція функцій залишатиметься ключовим компонентом у розробці глобально розподілених додатків, пропонуючи гнучкий та ефективний спосіб задовольнити постійно мінливі потреби сучасного цифрового світу. Використовуючи композицію функцій, організації в усьому світі можуть досягти безпрецедентного рівня гнучкості, масштабованості та оптимізації витрат, що дозволить їм процвітати на сучасному конкурентному світовому ринку.

Використовуйте силу serverless композиції функцій і розкрийте справжній потенціал своїх додатків!