阿里蔣航：Serverless 將使前後端從分離再度走向融合

近日，Serverless 作爲新興的架構模式，與其相關的話題被討論的如火如荼。Serverless 不需部署、配置和管理傳統服務器，這一概念的提出打破了前後端的壁壘，使得前端開發者能夠真正做到全棧，掀起新一輪的開發模式變革。

阿里雲前端工程師蔣航在 QCon 北京 2019 中的演講從前端開發模式的演進、基於 Serverless 的前端開發案例以及 Serverless 開發最佳實踐等方面，與大家分享了 Serverless 中的前端開發模式，小編也有幸就 Serverless 技術的問題對蔣老師做了一個採訪，內容整理如下。

1. Serverless 的背景和發展歷程

InfoQ：Serverless 的背景和發展歷程是什麼？

蔣航：雲計算經過了從物理機到虛擬機、從虛擬機到雲計算、從雲計算到容器這幾個階段，而容器之後的下一個階段，則是 Serverless。2009 年 Berkeley 在《Above the Clouds: A Berkeley View of Cloud Computing》 這篇論文中定義了雲計算，並提出了雲計算的六個優點：

1. 按需提供無限計算資源。
2. 消除雲用戶的前期承諾。
3. 根據需要在短期內支付使用計算資源的能力。
4. 由於許多非常大的數據中心，大規模降低成本的規模經濟。
5. 通過資源虛擬化簡化操作並提高利用率。
6. 通過複用來自不同組織的工作負載來提高硬件利用率。

今天被大家討論的 Serverless 則最大程度體現了這些優點。從時間上來看，2014 年 11 月，AWS Lambda 的發佈，標誌則 Serverless 發展的開始。2016 年 Google Cloud Function 和微軟 Azure Function 產品的發佈，標誌着 Serverless 漸漸成熟。2017 年 4 月，阿里雲函數計算和騰訊雲無服務器函數的發佈，則標誌着國內 Serverless 發展的成熟。2018 年 9 月，支付寶小程序和微信小程序的雲開發功能發佈，標誌着國內 Serverless 應用場景的落地。

2. Serverless 的概念及定義

InfoQ：BaaS 出現很早，但一直沒火起來，包括 Facebook 關閉了 Parse 服務，爲什麼現在又認爲 Serverless 必須依賴它？

蔣航：現在公認的 Serverless 的定義，是 Serverless = FaaS + BaaS。

傳統的編程中，我們定義一個函數，函數針對輸入計算輸出，這些函數組成了一個應用程序。而 FaaS 則讓我們能夠在雲端編寫、運行函數，並由這些雲函數組成應用程序。

FaaS 本身提供的只有運行函數的功能，並且每個函數的執行都是孤立和短暫的。但我們的應用程序，往往還需要持久存儲和臨時存儲，以及在存儲中進行數據管理，所以我們需要 BaaS。BaaS 就是一些列後端的功能的集合，比如雲數據庫、對象存儲、消息隊列、通知服務。沒有這些 BaaS，函數的能力是非常有限的。整個 BaaS 也都由雲供應商廠商提供，開發者不需要關心具體細節、實現，只需要在 FaaS 中使用 BaaS，這樣才能構建整個應用。

3. Serverless 的優缺點

InfoQ：Serverless 架構與傳統架構相比的優勢在哪裏？

蔣航：我覺得 Serverless 相比傳統 Serverfull 架構主要有以下幾個優勢：

• 無需運維
  Serverless 架構的核心思想就是，構建和運行程序不需要管理服務器等底層資源。基於 Serverless 架構，應用的部署、擴容、備份、容災、監控、日誌等都不需要開發者關心，這些功能全都由雲供應商提供。開發者就可以從以往繁瑣的運維工作中解脫出來，專心實現自己的產品。
• 低成本
  傳統的 Serverfull 架構，我們需要爲資源付費。很多時候我們的雲服務器等資源都是空閒的，但也需要計算費用，這就造成了不必要的浪費。但 Serverless 架構，我們只需要爲計算付費。函數每執行一次，付一次的費用。比如阿里雲函數計算、AWS Lambda、微軟 Azure Function 等產品，定價幾乎都是 1.33 元 / 百萬次 的執行次數，0.00011108/GB-s 的運行時間，如果你的應用比較輕量，每個月的成本是非常低的。
• 更簡單
  相比傳統架構下的開發，基於 Serverless 架構的開發將變得更簡單。雲計算平臺已經爲我們提供了一系列的基礎設施，我們只需要在此之上進行應用開發。傳統架構，就猶如編程語言中的底層語言，如彙編，我們需要關心每一個細節，細緻到 CPU 寄存器這樣的級別。而基於 Serverless 的開發，就猶如 Node.js、Python 等高級語言，我們只需要專注於業務邏輯的實現，可以很高效地構建一個應用，並且這個應用天然就是彈性可伸縮的。

4. Serverless 的實踐

4.1 InfoQ: 依據 Serverless 的概念定義，在實際開發中如何保證性能？有實際的解決方案嗎？如果有的話能具體講一下怎麼實現的嗎？

蔣航：Serverless 的性能，也是絕大部分開發者都關注的一個話題。相比傳統架構，Serverless 架構下，程序的運行需要經過一些列步驟：

1. 下載代碼
2. 啓動容器
3. 啓動運行環境
4. 執行代碼

前三步統稱爲冷啓動。傳統應用則完全沒有冷啓動時間。冷啓動時間的長短，直接決定了應用性能的高低。
一方面，冷啓動時間需要 Serverless 服務提供商去優化；另一方面，作爲開發者，我們也可以從應用的角度去優化。首先就是選用合適的編程語言。因爲 Java 等高級語言的冷啓動時間大約是 Node.js、Python 等語言的 100 倍。其次是爲函數分配合適的內存。一般而言，內存越大，冷啓動的時間越短。基於這點，開發者也可以爲 Java 分配更大的內存，使其冷啓動時間和 Node.js 一樣短。但更大的內存意味着更多的支出。所以爲函數選用合適的內存很重要。

還有就是重複利用函數的執行上下文。當一個事件來臨，函數冷啓動並執行之後，運行環境並不會立即被銷燬，而是在一定時間內處於冷凍狀態繼續等待下一次函數執行。這也是 Serverless 服務平臺的一個性能優化方案。基於這樣的特點，我們就可以將數據庫連接、臨時文件等保存在執行上下文中，從而使函數無需在每次運行時都創建這些資源。

除此，我們還可以對函數進行預熱。可以通過定時對函數進行調用的方式，使函數一直處於“溫暖”狀態，從而避免真實請求到來時函數進行冷啓動，進而達到提高性能的目的。

4.2 InfoQ: Serverless 有那些應用場景，實際開發中表現如何？遇到哪些技術痛點？

蔣航：根據 2018 年的調研，有接近三分之一的用戶，將 Serverless 用於接口的開發，還有大部分用來做數據處理、第三方無服務集成或內部工具。

圖片來源：https://www2.eecs.berkeley.edu/Pubs/TechRpts/2019/EECS-2019-3.pdf
理論上來說，傳統架構能做的事情，Serverless 都能做。Serverless 比較適合有顯著波峯波谷的應用或基於事件處理的一些場景。

比如一個系統白天用戶量很大，晚上基本沒有用戶，使用傳統架構，晚上服務器資源就是浪費的；而使用 Serverless 架構，只需要爲實際的計算付費。

再比如上傳圖片後，需要對圖譜進行壓縮、裁剪然後再存儲，使用 Serverless 用戶只需要在函數中定義好處理邏輯，具體的執行由雲計算平臺來做。上傳圖片就是觸發雲計算平臺執行代碼的事件。

對於一般應用，實際開發中的痛點，一方面是函數的測試，因爲 Serverless 函數往往依賴於第三方服務，如 FaaS 和 BaaS，我們很難對使用了這些服務器的函數進行測試。同時函數是事件驅動的，觸發函數執行的事件，在本地也很難模擬。所以要能夠方便地對 Serverless 函數進行測試，就需要我們在開發過程中，將函數的業務邏輯和所依賴的第三方服務分離，這樣就可以編寫單元測試對函數進行測試。另一方面，是函數的性能，性能問題上面已經提到。

對於一些複雜的大型企業級應用，現在我們還很難基於簡單的 FaaS 平臺去開發。這可能需要一個能夠超越 FaaS 的一個可編程框架。

4.3 InfoQ: Serverless 運行在雲服務上，這方面會帶來什麼限制嗎？

蔣航：最主要的限制就是我們基於 Serverless 的應用嚴重依賴雲服務。雲服務的穩定性直接決定了業務的穩定性。當然，我覺得這方面也不用過於擔心。雲服務肯定會有比我們更專業的開發者去維護。

其次，應用的多雲部署或應用的遷移，也會比較麻煩。因爲目前 Serverless 還沒有一個統一標準，各個雲供應商的 FaaS 和 BaaS 實現也不一樣。所以當我們想要把 Serverless 應用從一個雲服務遷移到另一個雲服務，就會變得很困難。解決這個問題的方法，就是儘量讓我們的業務代碼和所依賴的雲服務分離。這樣遷移的時候，就只需要修改依賴雲服務的相關代碼。

Serverless 還存在的另一個問題是底層硬件資源的不確定性。由於雲供應商可以靈活的選擇底層服務器的規格和型號，這就導致了每個雲函數運行的物理環境性能不盡相同。這種不確定性其實暴露了雲供應商的背後的目的：他們想要最大化的平衡資源的使用和預算。

5. Serverless 對前端的影響

5.1 InfoQ: Serverless 對前端開發模式帶來什麼的變化？

蔣航：縱觀整個前端開發模式的演進歷程，前端開發由最初的基於 JSP、PHP 等後端語言的模板渲染，演變到了基於 AJAX 的前後端分離，進而再演便到了現在的 BFF（Backend For Frontend）架構模式。

因爲前後端分離後，前端的應用變得更加複雜，端也由 PC 端擴展到移動端、客戶端甚至 IoT；後端應用也由單體應用轉變爲了微服務應用，接口變得更加原子化，前後端接口協調開始變得困難。所以前端開始尋求使用 BFF 來做接口的聚合、裁剪，甚至使用 Node.js 來做全棧開發。不管 BFF 也好、全棧也好，都會涉及到服務器的運維，這恰好是前端工程師所不擅長的。而 Serverless 正好能解決這一問題。

基於 Serverless，前端工程師將再度迴歸到 Web 應用工程師這一職能，前後端也將由分離再度走向融合。前後端的協調也不在是基於接口的協調，而是基於 Serverless 函數的協調。前端工程師能夠基於 Serverless 去開發函數、實現後端功能。而後端工程師則去實現不適用函數編寫的功能，或者供函數使用的一些微服務。對前端工程師來說，後端變得更簡單了；對後端工程師來說，後端變得更靠後了。整體而言，應用的開發效率也大幅提升，開發者只需要關注於業務邏輯的實現，我們可以使用更少的技術在更短的時間內得到更多的產出。

5.2 InfoQ：隨着前端開發模式的不斷演進，目前大部分採用 Node.js 開發 Serverless 應用，爲什麼選用 Node.js? 有什麼優勢？

蔣航：第一， Node.js 的足夠簡單、輕量。
拿 Node.js 和 Java 來對比，開發同樣的功能，Node.js 的代碼會比 Java 少很多。Node.js 函數所消耗的內存等資源也比 Java 要少。再如常用的 REST API 接口中，JSON 格式在 Node.js 裏面是原生支持的，而 Java 需要使用第三方庫來轉換。
第二， Node.js 冷啓動時間比 Java、C# 等編譯型語言要低很多。
有測試表明，Node.js 的冷啓動時間比 Java 大約低 100 倍。對於 Serverless 應用來說，冷啓動時間是函數性能的關鍵因素，因此從性能上來說 Node.js 也是開發的首選。
第三，是 Serverless 對前端友好。
前端開發者是 Serverless 的主要使用者和受益者，基於 Serverless 架構，前端開發者可以很容易地開發服務端程序，能夠很快速地實現一個完整的應用。而前端開發者最熟悉的服務端語言便是 Node.js，因此很多 Serverless 應用使用 Node.js 實現。

5.3 InfoQ: 在 Serverless 的大勢所趨下，對前端開發人員的技能有哪些新的要求？

蔣航：最主要的，當然是對 Serverless 架構的學習和理解。當我們在使用一項新技術的時候，一定要充分了解到它的優缺點、適用和不適用場景。

對於前端工程師來說，Serverless 使開發變得更簡單了，前端工程師可以很方便進行後端的開發。但前端開發後端，依舊存在一定門檻。前端工程師依舊需要學習一些基本的後端開發知識。

Serverless 也不等於無服務器，只是我們不再需要關心服務器。雖然 Serverless 可以極大程度幫助我們減少運維工作，但我們還是可以瞭解一些基本的運維知識，這樣遇到問題，可以更快速、高效進行排查。

6. Serverless 未來的發展

InfoQ: 您怎麼看待 Serverless 在未來的發展，在其推廣普及的道路上會有怎樣的際遇？

蔣航：Serverless 是一種新的架構模式，還在不斷髮展和完善中。

未來 Serverless 標準一定會走向統一。目前還沒有一個統一的 Serverless 標準，不同的雲供應商在實現自己的 Serverless 平臺。這給開發者的多雲部署或應用遷移帶來了極大的挑戰，也給 Serverless 發揮其潛力帶來了限制。因此社區中需要一個能兼容各個服務供應商、封裝好部署函數和管理生命週期的框架。在國外有 Serverless Framework 這樣的產品在做這些事情，但它們基本都不支持國內的 Serverless 平臺如阿里雲、騰訊雲，國內現在也沒有這樣的框架。

Serverless 架構在未來也一定會成爲主流。現在的 Serverless 還存在的很多限制，比如缺乏細粒度模式的存儲支持、缺乏細粒度的協調、缺乏標準的通信模式、還有性能問題；一些非常複雜的業務場景、大型的企業級系統也很難基於簡單的 FaaS 平臺去開發。這也就導致了現在大部分 Serverless 使用者，只是將其用在一些非核心的場景中。一種技術架構走向主流，一定是要經過經過大規模的實踐、經過複雜系統的驗證。引用一句話，“架構級的演進機會不是年年都有，甚至是 5 年、10 年都不一定能碰到一次，所以這也同樣意味着這是個巨大的機會。”

參考文獻：

• Above the Clouds: A Berkeley View of Cloud Computing
• Serverless Computing: One Step Forward, Two Steps Back
• Cloud Programming Simplified: A Berkeley View on Serverless Computing

轉載自：阿里蔣航：Serverless 將使前後端從分離再度走向融合