Розкриття таємниць архітектури без серверів: Посібник з побудови масштабованих і економічно ефективних систем

В останні роки архітектура без серверів (serverless) стала революційною парадигмою в розробці програмного забезпечення. Вона дозволяє інженерам зосередитися на написанні бізнес-логіки, абстрагуючи управління серверами, масштабування та інфраструктурні питання. Незважаючи на свою назву, "без серверів" не означає, що серверів немає — це просто означає, що за ці сервери відповідає хтось інший.

У цій статті ми розглянемо, що таке архітектура без серверів, як вона працює, її переваги та виклики, а також, коли вона є оптимальним вибором для вашої програми.

Фото від Growtika на Unsplash

Що таке архітектура без серверів?

Архітектура без серверів — це модель обчислень у хмарі, де постачальник хмарних послуг динамічно керує інфраструктурою, дозволяючи розробникам зосередитися лише на коді своїх програм. Замість того щоб виділяти або керувати серверами, ви розгортаєте невеликі одиниці коду (які часто називають функціями), що виконуються у відповідь на конкретні події.

Основні характеристики архітектури без серверів:

1. Виконання на вимогу: Код виконується лише тоді, коли він запускається подією, такою як HTTP запити чи оновлення бази даних.
2. Оплата за використання: Ви платите лише за час, який ваші функції витрачають на обчислення (вимірюється в мілісекундах), а не за постійно працюючі сервери.
3. Автоматичне масштабування: Платформи без серверів автоматично масштабують додаток відповідно до вимог трафіку — від одного користувача до мільйонів одночасних.
4. Подієво-орієнтована: Функції запускаються подіями (наприклад, API виклики, завантаження файлів, черги повідомлень), що робить архітектуру без серверів ідеальною для робочих процесів з визначеними тригерами.

Як працює архітектура без серверів

Платформи без серверів, такі як AWS Lambda, Azure Functions та Google Cloud Functions, надають інфраструктуру для виконання вашого коду. Ось спрощена схема:

1. Написати код: Розробники пишуть маленькі, безстаневі функції, які виконують конкретні завдання (наприклад, обробка зображень або обробка API запитів).
2. Розгорнути функції: Функції розгортаються на платформі без серверів.
3. Запуск подій: Функції викликаються через події, такі як HTTP запити, зміни в базі даних або заплановані завдання.
4. Виконання та масштабування: Платформа динамічно розподіляє ресурси для виконання функції, масштабуячи їх вгору або вниз залежно від потреб.
5. Білінг: Ви сплачуєте за кількість викликів та час виконання ваших функцій.

Переваги архітектури без серверів

1. Зниження операційних витрат

Архітектура без серверів усуває необхідність керувати серверами, операційними системами або середовищами виконання. Це дозволяє розробникам зосередитися на написанні та розгортанні коду, залишаючи інфраструктурні деталі на постачальнику хмарних послуг.

2. Економічна ефективність

На відміну від традиційних серверів, де ви платите за час бездіяльності, архітектура без серверів працює за моделлю "плати за використання". Ви платите лише за час обчислення, який витрачають ваші функції, що може значно знизити витрати для додатків з нерегулярним трафіком.

3. Масштабованість

Платформи без серверів автоматично масштабують ваш додаток для обробки будь-якого рівня трафіку. Незалежно від того, маєте ви 10 користувачів чи 10 мільйонів, платформа розподіляє необхідні ресурси без ручного втручання.

4. Швидше виведення на ринок

Архітектура без серверів сприяє швидкій розробці, дозволяючи командам зосередитися на функціональності, а не на інфраструктурі. Поєднання керованих сервісів, подієво-орієнтованих робочих процесів і спрощених розгортань прискорює життєвий цикл розробки.

5. Вбудована висока доступність

Платформи без серверів спроектовані з урахуванням резервування та стійкості до відмов, що забезпечує високу доступність без необхідності додаткової конфігурації.

Виклики архітектури без серверів

Хоча архітектура без серверів пропонує багато переваг, вона має і свої виклики:

1. Холодні старти

Коли функція без серверів викликається після періоду неактивності, платформі може знадобитися ініціалізувати середовище виконання перед запуском.
Це затримка, відома як холодний старт (cold start), може впливати на час відповіді для додатків, чутливих до затримок.

Рішення: Оптимізуйте код ініціалізації вашої функції або використовуйте "провізіоновану паралельність" (provisioned concurrency) (доступна на деяких платформах), щоб утримувати функції в режимі "теплого старту".

2. Закритість до постачальника

Додатки без серверів тісно пов'язані з конкретними функціями та API хмарного постачальника. Міграція безсерверного додатку на іншу платформу може бути складною через відмінності в API, налаштуваннях та робочих процесах.

Рішення: Використовуйте відкриті стандарти, такі як Knative, або фреймворки, такі як Serverless Framework, щоб абстрагувати деталі, специфічні для постачальника.

3. Налагодження та моніторинг

Налагодження безсерверних додатків може бути складнішим, ніж у традиційних архітектурах, через їх розподілену та безстаневу природу. Моніторинг продуктивності, відстеження журналів і усунення несправностей вимагають спеціалізованих інструментів.

Рішення: Використовуйте хмарні інструменти, такі як AWS CloudWatch, Azure Monitor, або сторонні інструменти, такі як Datadog та New Relic для спостереження.

4. Безстанність

Функції без серверів за своєю природою є безстаневими, тобто вони не зберігають жодні дані між викликами. Хоча ця архітектура ідеально підходить для масштабування, вона може ускладнити робочі процеси, які потребують управління сесіями або станом.

Рішення: Використовуйте зовнішні сервіси, такі як бази даних (наприклад, DynamoDB, Firestore) або рішення для кешування (наприклад, Redis, AWS ElastiCache), для зберігання стану.

5. Ліміти виконання

Платформи без серверів накладають обмеження на час виконання (наприклад, AWS Lambda має ліміт у 15 хвилин), пам'ять та розмір корисного навантаження. Ці обмеження можуть не підходити для тривалих завдань або обчислювальних навантажень.

Рішення: Для тривалих завдань розгляньте можливість розбиття їх на менші функції або делегування їх до керованих сервісів, таких як AWS Step Functions.

Коли використовувати архітектуру без серверів

Архітектура без серверів не є універсальним рішенням. Вона найбільш ефективна для певних типів додатків:

Ідеальні варіанти використання:

1. Подієво-орієнтовані робочі навантаження: Функції, що запускаються подіями, такими як завантаження файлів, зміни в базі даних або черги повідомлень.
2. API бекенди: Легкі API, які автоматично масштабуються без керування серверами.
3. Мікросервіси: Безстаневі мікросервіси, які виконують конкретні завдання в розподіленій архітектурі.
4. Обробка даних в реальному часі: Варіанти використання, такі як вивантаження даних з IoT, обробка потоків або аналіз журналів.
5. Заплановані завдання: Cron-завдання або періодичні завдання.

Коли не використовувати архітектуру без серверів:

• Додатки, що вимагають постійних з'єднань, такі як системи чату в реальному часі або ігрові бекенди.
• Завдання, що потребують низької затримки, оскільки холодні старти можуть викликати затримки.
• Тривалі завдання або обчислювальні навантаження, що перевищують ліміти платформи.

Найкращі практики для архітектури без серверів

1. Оптимізуйте холодні старти: Використовуйте легкі середовища виконання (наприклад, Node.js, Python) і мінімізуйте ініціалізаційний код.
2. Використовуйте керовані сервіси: Використовуйте хмарні сервіси (наприклад, S3, DynamoDB, SQS) для делегування завдань і зменшення складності.
3. Розміщуйте функції розумно: Тримайте функції маленькими і зосередженими на одній відповідальності для покращення підтримки та масштабованості.
4. Впроваджуйте спостереження: Використовуйте інструменти моніторингу для відстеження продуктивності, викликів і помилок.
5. Забезпечте безпеку ваших функцій: Застосовуйте принцип найменших привілеїв при налаштуванні ролей IAM та перевіряйте всі вхідні дані, щоб запобігти атакам інжекції.

Приклад із реального світу: Безсерверне використання на практиці

Кейс: Безсерверні торгові автомати Coca-Cola

Coca-Cola реалізувала архітектуру без серверів для управління торговими автоматами, що підтримують IoT. Кожен автомат взаємодіє з AWS Lambda для реєстрації даних про продажі, обробки платежів та моніторингу запасів в реальному часі.
Цей підхід усунув потребу в виділених серверах, знизив витрати та дозволив системі масштабуватися без зусиль під час пікового навантаження.

Популярні платформи без серверів

• AWS Lambda: Піонер безсерверних обчислень, який пропонує тісну інтеграцію з екосистемою AWS.
• Azure Functions: Платформа без серверів із потужними інтеграціями для сервісів Microsoft Azure.
• Google Cloud Functions: Пропозиція Google для подієво-орієнтованих безсерверних обчислень.
• Cloudflare Workers: Платформа без серверів, оптимізована для обчислень на межі мережі та низькозатриманих робочих навантажень.
• Netlify Functions та Vercel Functions: Безсерверні рішення, орієнтовані на розробників і призначені для фронтенд-додатків.

Висновок

Архітектура без серверів змінює спосіб, у який ми будуємо та масштабуємо додатки, дозволяючи розробникам зосереджуватися на вирішенні бізнес-проблем, а не на управлінні інфраструктурою. Хоча це не панацея, безсерверні технології чудово підходять для подієво-орієнтованих робочих процесів, API та випадків використання, де важливі ефективність витрат і масштабованість.

При розгляді можливості впровадження безсерверних рішень, ретельно оцінюйте вимоги та обмеження вашого додатку. Зрозумівши його переваги та обмеження, ви зможете повною мірою використати потенціал архітектури без серверів для побудови систем.

Перекладено з: Demystifying Serverless Architecture: A Guide to Building Scalable and Cost-Effective Systems