云計(jì)算
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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(jí)的快速迭代的移動(dòng)應(yīng)用，對(duì)開(kāi)發(fā)者從開(kāi)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(kāi)發(fā)者無(wú)需關(guān)心后端服務(wù)的搭建運(yùn)維，只需要編寫(xiě)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(wèn)量增加，函數(shù)計(jì)算能夠自動(dòng)快速地彈性伸縮，即使應(yīng)對(duì) 雙11 活動(dòng)高峰也能夠如絲般順滑。
自 2017 年第一批小程序上線以來(lái)，越來(lái)越多的移動(dòng)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(tái)上，例如今年 雙11，大家在淘寶/天貓上參加的活動(dòng)，大部分都是通過(guò)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(tái)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(tái)服務(wù)器的方式會(huì)造成資源浪費(fèi)；
在活動(dòng)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(duì)小程序場(chǎng)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(kāi)發(fā)者無(wú)需管理服務(wù)器等基礎(chǔ)設(shè)施，只需編寫(xiě)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(chǎng)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(lái)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(dòng)，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(dòng)過(guò)程中，需要向服務(wù)端請(qǐng)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(guò)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(chǔ)：存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)；
文件存儲(chǔ)：存儲(chǔ)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(dòng)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(lái)，對(duì)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(kāi)即用；
二是彈性伸縮以應(yīng)對(duì)小程序訪問(wèn)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(tái)的挑戰(zhàn)呢？接下來(lái)我們逐一分析。
1. 冷啟動(dòng)
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(méi)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(huì)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(guò)程稱為冷啟動(dòng)，函數(shù)計(jì)算通過(guò)大量的優(yōu)化，將系統(tǒng)側(cè)的冷啟動(dòng)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(kāi)即用。
2. 彈性伸縮
當(dāng)小程序持續(xù)調(diào)用過(guò)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(duì)的呢？
函數(shù)計(jì)算的“資源調(diào)度”模塊，會(huì)精確管理每個(gè)實(shí)例的狀態(tài)，當(dāng)請(qǐng)求到來(lái)時(shí)，它首先檢查是否有空閑的實(shí)例可以服務(wù)，如果沒(méi)有請(qǐng)求就會(huì)進(jìn)入等待隊(duì)列，當(dāng)有空閑的實(shí)例釋放出來(lái)時(shí)，請(qǐng)求就能夠被及時(shí)處理。
同時(shí)，調(diào)度器還會(huì)在后臺(tái)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(qǐng)求。在這種策略下，能夠做到在負(fù)載以 2 倍的速度增長(zhǎng)情況下，請(qǐng)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(dòng)時(shí)，tps 出現(xiàn)了瞬間的高峰，但是 p95 延時(shí)卻沒(méi)有明顯的波動(dòng)。這是因?yàn)楹瘮?shù)計(jì)算在請(qǐng)求高峰來(lái)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(guò)程能夠比較平滑。
3. 預(yù)留實(shí)例
對(duì)于一些“秒殺”的場(chǎng)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(dòng)的時(shí)間即使是 200ms，對(duì)于秒殺場(chǎng)景也太慢了；
二是底層的計(jì)算資源在擴(kuò)容時(shí)也會(huì)有流控。
針對(duì)這種場(chǎng)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(cè)的活動(dòng)提前預(yù)留好資源，徹底消除冷啟動(dòng)。
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(lái)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(qǐng)求先被預(yù)留實(shí)例處理，當(dāng)預(yù)留實(shí)例用滿時(shí)，會(huì)自動(dòng)彈性伸縮出更多的按量實(shí)例來(lái)處理請(qǐng)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(dòng)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(jí)的快速迭代的移動(dòng)應(yīng)用，對(duì)小程序開(kāi)發(fā)者的開(kāi)發(fā)效率有很高的要求。
小程序上線后隨著訪問(wèn)量的增加或者活動(dòng)期間的訪問(wèn)突增，對(duì)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(kāi)發(fā)效率；混合模式的彈性伸縮，輕松應(yīng)對(duì)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(tái)的很好的選擇。
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