函數(shù)計(jì)算: 讓小程序開發(fā)進(jìn)入 Serverless 時(shí)代

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作者 | 吳天龍（木吳）阿里云函數(shù)計(jì)算技術(shù)專家

導(dǎo)讀：小程序是輕量級的快速迭代的移動應(yīng)用，對開發(fā)者從開發(fā)到上線的效率提出了更高的要求。使用函數(shù)計(jì)算，開發(fā)者無需關(guān)心后端服務(wù)的搭建運(yùn)維，只需要編寫函數(shù)就能夠?yàn)樾〕绦蛱峁┓€(wěn)定可靠并且彈性伸縮的服務(wù)。并且隨著小程序訪問量增加，函數(shù)計(jì)算能夠自動快速地彈性伸縮，即使應(yīng)對 雙11 活動高峰也能夠如絲般順滑。

自 2017 年第一批小程序上線以來，越來越多的移動端應(yīng)用以小程序的形式呈現(xiàn)。小程序擁有觸手可及、用完即走的優(yōu)點(diǎn)，這大大降低了用戶的使用負(fù)擔(dān)，使小程序得到了廣泛的傳播。在阿里巴巴，小程序也被廣泛地應(yīng)用在淘寶/支付寶/釘釘/高德等平臺上，例如今年 雙11，大家在淘寶/天貓上參加的活動，大部分都是通過小程序提供的。

一個(gè)小程序可以分為客戶端和服務(wù)端：客戶端包括界面的展示和交互邏輯；服務(wù)端則包括數(shù)據(jù)的處理和分析。

為了支撐大量的小程序，平臺在服務(wù)端面臨的挑戰(zhàn)有：

• 大量的小程序是不活躍的，傳統(tǒng)的至少一臺服務(wù)器的方式會造成資源浪費(fèi)；
• 在活動高峰期小程序的調(diào)用量激增，要求服務(wù)端能夠快速進(jìn)行彈性伸縮。

針對小程序場景，阿里云提供了完整的小程序解決方案：小程序云。資源的有效利用和彈性伸縮，是小程序云提供的核心能力之一，而這背后依托的，就是阿里云函數(shù)計(jì)算服務(wù)。函數(shù)計(jì)算是一個(gè)全托管 Serverless 計(jì)算服務(wù)，讓開發(fā)者無需管理服務(wù)器等基礎(chǔ)設(shè)施，只需編寫和上傳代碼，就能夠構(gòu)建可靠、彈性、安全的服務(wù)。下面就以 雙11 小程序場景為例，解析函數(shù)計(jì)算在彈性伸縮上的核心技術(shù)。

小程序架構(gòu)

讓我們先來看一下淘寶小程序的技術(shù)架構(gòu)是什么樣的：

• 用戶在手機(jī)淘寶點(diǎn)擊店鋪活動，就進(jìn)入了小程序。界面及交互由小程序客戶端提供；
• 在用戶參與活動過程中，需要向服務(wù)端請求或者發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，由客戶端發(fā)起函數(shù)調(diào)用；
• 函數(shù)調(diào)用先經(jīng)過淘寶接入網(wǎng)關(guān)，進(jìn)行必要的鑒權(quán)認(rèn)證，然后調(diào)用到小程序云；
• 用戶的函數(shù)代碼執(zhí)行在小程序云中，用戶可以實(shí)現(xiàn)自定義的業(yè)務(wù)邏輯。

利用小程序云提供的豐富的擴(kuò)展能力，用戶可以方便地構(gòu)建完整的電商應(yīng)用：

• 數(shù)據(jù)存儲：存儲結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)；
• 文件存儲：存儲文本/圖片/視頻等文件；
• 電商服務(wù)：獲取用戶信息/創(chuàng)建支付交易；
• 統(tǒng)計(jì)分析：自動統(tǒng)計(jì)小程序的使用信息及用戶分析，支撐商業(yè)決策。

可以看到，函數(shù)是整個(gè)小程序的業(yè)務(wù)邏輯的核心，它將云端的基礎(chǔ)能力組合串聯(lián)起來，對客戶端提供服務(wù)能力。如果函數(shù)能力成為瓶頸，將影響整個(gè)小程序的運(yùn)行。

在這樣的架構(gòu)下，要支撐大量的小程序，需要函數(shù)能夠做到：

• 一是隨時(shí)在線以支持小程序即開即用；
• 二是彈性伸縮以應(yīng)對小程序訪問突增。為了做到以上兩點(diǎn)，讓我們看一下函數(shù)計(jì)算的技術(shù)架構(gòu)：

函數(shù)計(jì)算架構(gòu)

其中幾個(gè)核心組件的功能如下：

• API 服務(wù)：函數(shù)計(jì)算的網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)鑒權(quán)/流控等功能；
• 資源調(diào)度：為函數(shù)調(diào)用分配管理計(jì)算資源，負(fù)責(zé)調(diào)度效率和性能；
• 函數(shù)執(zhí)行引擎：執(zhí)行函數(shù)代碼的環(huán)境，做到安全和隔離。

基于這個(gè)架構(gòu)，函數(shù)計(jì)算是如何解決上面提到的小程序平臺的挑戰(zhàn)呢？接下來我們逐一分析。

1. 冷啟動

當(dāng)用戶創(chuàng)建函數(shù)上傳代碼時(shí)，函數(shù)計(jì)算只是將代碼包保存到 OSS，并沒有分配計(jì)算資源，因此函數(shù)計(jì)算可以支撐海量的小程序。

當(dāng)函數(shù)第一次被調(diào)用時(shí)，函數(shù)計(jì)算會分配計(jì)算資源、下載函數(shù)代碼、加載并執(zhí)行代碼。這一過程稱為冷啟動，函數(shù)計(jì)算通過大量的優(yōu)化，將系統(tǒng)側(cè)的冷啟動時(shí)間優(yōu)化到 200ms 以內(nèi)。因此即使是冷的小程序，在初次調(diào)用時(shí)也能夠做到快速的即開即用。

2. 彈性伸縮

當(dāng)小程序持續(xù)調(diào)用過程中，負(fù)載逐漸上升或者突然升高的情況下，函數(shù)計(jì)算是如何應(yīng)對的呢？

函數(shù)計(jì)算的“資源調(diào)度”模塊，會精確管理每個(gè)實(shí)例的狀態(tài)，當(dāng)請求到來時(shí)，它首先檢查是否有空閑的實(shí)例可以服務(wù)，如果沒有請求就會進(jìn)入等待隊(duì)列，當(dāng)有空閑的實(shí)例釋放出來時(shí)，請求就能夠被及時(shí)處理。

同時(shí)，調(diào)度器還會在后臺創(chuàng)建新的實(shí)例，當(dāng)新的實(shí)例準(zhǔn)備好后，也能夠服務(wù)請求。在這種策略下，能夠做到在負(fù)載以 2 倍的速度增長情況下，請求的 P95 延時(shí)是穩(wěn)定的。優(yōu)化細(xì)節(jié)可以參考我們的博客文章。

上面是某個(gè)淘寶小程序的調(diào)用量和延時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

可以看到，在整點(diǎn)活動時(shí)，TPS 出現(xiàn)了瞬間的高峰，但是 P95 延時(shí)卻沒有明顯的波動。這是因?yàn)楹瘮?shù)計(jì)算在請求高峰來臨時(shí)，能夠快速地彈性伸縮創(chuàng)建新的實(shí)例，同時(shí)利用已有資源做一定的緩沖，使得整個(gè)攀升的過程能夠比較平滑。

3. 預(yù)留實(shí)例

對于一些“秒殺”的場景，要求瞬間提供大量的計(jì)算資源。此時(shí)靠實(shí)時(shí)的彈性伸縮是不夠的：

• 一是冷啟動的時(shí)間即使是 200ms，對于秒殺場景也太慢了；
• 二是底層的計(jì)算資源在擴(kuò)容時(shí)也會有流控。

針對這種場景，函數(shù)計(jì)算提供了預(yù)留實(shí)例的功能。使用預(yù)留實(shí)例，用戶可以為一些可預(yù)測的活動提前預(yù)留好資源，徹底消除冷啟動。

和傳統(tǒng)的基于服務(wù)器的做法不同，用戶不需要按峰值來預(yù)留資源，而是可以結(jié)合預(yù)留實(shí)例和按量實(shí)例的混合模式：請求先被預(yù)留實(shí)例處理，當(dāng)預(yù)留實(shí)例用滿時(shí)，會自動彈性伸縮出更多的按量實(shí)例來處理請求。

由于有一定的資源基礎(chǔ)，結(jié)合調(diào)度優(yōu)化，按量實(shí)例的冷啟動所產(chǎn)生的影響就被大大減小了。這就是利用函數(shù)計(jì)算的彈性伸縮能力，在性能和成本之間達(dá)到很好的平衡。

總結(jié)

小程序是輕量級的快速迭代的移動應(yīng)用，對小程序開發(fā)者的開發(fā)效率有很高的要求。

小程序上線后隨著訪問量的增加或者活動期間的訪問突增，對后端服務(wù)的穩(wěn)定和彈性也是一個(gè)很大的考驗(yàn)。函數(shù)計(jì)算上傳代碼即可運(yùn)行，極大地提高了后端服務(wù)的開發(fā)效率；混合模式的彈性伸縮，輕松應(yīng)對負(fù)載變化。這些特點(diǎn)使得函數(shù)計(jì)算成為支撐小程序平臺的很好的選擇。

對函數(shù)計(jì)算感興趣的開發(fā)者，可以點(diǎn)此免費(fèi)試用)！

本書亮點(diǎn)

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• 云原生化最佳組合：Kubernetes+容器+神龍，實(shí)現(xiàn)核心系統(tǒng) 100% 上云的技術(shù)細(xì)節(jié)
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