探索 Serverless 中的前端開發(fā)模式(多場景)

前言

最近關(guān)于 Serverless 的討論越來越多。看似與前端關(guān)系不大的 Serverless，其實早已和前端有了淵源，并且將對前端開發(fā)模式產(chǎn)生變革性的影響。本文主要就根據(jù)個人理解和總結(jié)，從前端開發(fā)模式的演進(jìn)、基于 Serverless 的前端開發(fā)案例以及 Serverless 開發(fā)最佳實踐等方面，與大家探討 Serverless 中的前端開發(fā)模式。本人也有幸在 QCon2019 分享了這一主題。

前端開發(fā)模式的演進(jìn)

首先回顧一下前端開發(fā)模式的演進(jìn)，我覺得主要有四個階段。

• 基于模板渲染的動態(tài)頁面

• 基于 AJAX 的前后端分離

• 基于 Node.js 的前端工程化

• 基于 Node.js 的全棧開發(fā)

基于模板渲染的動態(tài)頁面

在早起的互聯(lián)網(wǎng)時代，我們的網(wǎng)頁很簡單，就是一些靜態(tài)或動態(tài)的頁面，主要目的是用來做信息的展示和傳播。這個時候開發(fā)一個網(wǎng)頁也很容易，主要就是通過 JSP、PHP 等技術(shù)寫一些動態(tài)模板，然后通過 Web Server 將模板解析成一個個 HTML 文件，瀏覽器只負(fù)責(zé)渲染這些 HTML 文件。這個階段還沒有前后端的分工，通常是后端工程師順便寫了前端頁面。

基于 AJAX 的前后端分離

2005 年 AJAX 技術(shù)的正式提出，翻開了 Web 開發(fā)的新篇章?；?AJAX，我們可以把 Web 分為前端和后端，前端負(fù)責(zé)界面和交互，后端負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)邏輯的處理。前后端通過接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。我們也不再需要在各個后端語言里面寫著難以維護(hù)的 HTML。網(wǎng)頁的復(fù)雜度也由后端的 Web Server 轉(zhuǎn)向了瀏覽器端的 JavaScript。也正因如此，開始有了前端工程師這個職位。

基于 Node.js 的前端工程化

2009年 Node.js 的出現(xiàn)，對于前端工程師來說，也是一個歷史性的時刻。隨著 Node.js 一同出現(xiàn)的還有 CommonJS 規(guī)范和 npm 包管理機(jī)制。隨后也出現(xiàn)了 Grunt、Gulp、Webpack 等一系列基于 Node.js 的前端開發(fā)構(gòu)建工具。

在 2013 年前后，前端三大框架 React.js/Angular/Vue.js 相繼發(fā)布第一個版本。我們可以從以往基于一個個頁面的開發(fā)，變?yōu)榛谝粋€個組件進(jìn)行開發(fā)。開發(fā)完成后使用 webpack 等工具進(jìn)行打包構(gòu)建，并通過基于 Node.js 實現(xiàn)的命令行工具將構(gòu)建結(jié)果發(fā)布上線。前端開發(fā)開始變得規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、工程化。

基于 Node.js 的全棧開發(fā)

Node.js 對前端的重要意義還有，以往只能運(yùn)行在瀏覽器中的 JavaScript 也可以運(yùn)行在服務(wù)器上，前端工程師可以用自己最熟悉的語言來寫服務(wù)端的代碼。于是前端工程師開始使用 Node.js 做全棧開發(fā)，開始由前端工程師向全棧工程師的方向轉(zhuǎn)變。這是前端主動突破自己的邊界。

另一方面，前端在發(fā)展，后端也在發(fā)展。也差不多在 Node.js 誕生那個時代，后端普遍開始由巨石應(yīng)用模式由微服務(wù)架構(gòu)轉(zhuǎn)變。這也就導(dǎo)致以往的前后端分工出現(xiàn)了分歧。隨著微服務(wù)架構(gòu)的興起，后端的接口漸漸變得原子性，微服務(wù)的接口也不再直接面向頁面，前端的調(diào)用變得復(fù)雜了。于是 BFF（Backend For Frontend）架構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，在微服務(wù)和前端中間，加了一個 BFF 層，由 BFF 對接口進(jìn)行聚合、裁剪后，再輸出給前端。而 BFF 這層不是后端本質(zhì)工作，且距離前端最近和前端關(guān)系最大，所以前端工程師自然而然選擇了 Node.js 來實現(xiàn)。這也是當(dāng)前 Node.js 在服務(wù)端較為廣泛的應(yīng)用。

下一代前端開發(fā)模式

可以看到，每一次前端開發(fā)模式的變化，都因某個變革性的技術(shù)而起。先是 AJAX，而后是 Node.js。那么下一個變革性的技術(shù)是什么？不言而喻，就是 Serverless。

Serverless 服務(wù)中的前端解決方案

Serverless 簡介

根據(jù) CNCF 的定義，Serverless 是指構(gòu)建和運(yùn)行不需要服務(wù)器管理的應(yīng)用程序的概念。(serverless-overview)

Serverless computing refers to the concept of building and running applications that do not require server management. —- CNCF

其實 Serverless 早已和前端產(chǎn)生了聯(lián)系，只是我們可能沒有感知。比如 CDN，我們把靜態(tài)資源發(fā)布到 CDN 之后，就不需要關(guān)心 CDN 有多少個節(jié)點、節(jié)點如何分布，也不需要關(guān)心它如何做負(fù)載均衡、如何實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)加速，所以 CDN 對前端來說是 Serverless。再比如對象存儲，和 CDN 一樣，我們只需要將文件上傳到對象存儲，就可以直接使用了，不需要關(guān)心它如何存取文件、如何進(jìn)行權(quán)限控制，所以對象存儲對前端工程師來說是 Serverless。甚至一些第三方的 API 服務(wù)，也是 Serverless，因為我們使用的時候，不需要去關(guān)心服務(wù)器。

當(dāng)然，有了體感還不夠，我們還是需要一個更精確的定義。從技術(shù)角度來說，Serverless 就是 FaaS 和 BaaS 的結(jié)合。

Serverless = FaaS + BaaS。

簡單來講，F(xiàn)aaS（Function as a Service） 就是一些運(yùn)行函數(shù)的平臺，比如阿里云的函數(shù)計算、AWS 的 Lambda 等。

BaaS（Backend as a Service）則是一些后端云服務(wù)，比如云數(shù)據(jù)庫、對象存儲、消息隊列等。利用 BaaS，可以極大簡化我們的應(yīng)用開發(fā)難度。

Serverless 則可以理解為運(yùn)行在 FaaS 中的，使用了 BaaS 的函數(shù)。

Serverless 的主要特點有：

• 事件驅(qū)動

• 函數(shù)在 FaaS 平臺中，需要通過一系列的事件來驅(qū)動函數(shù)執(zhí)行。

• 無狀態(tài)

• 因為每次函數(shù)執(zhí)行，可能使用的都是不同的容器，無法進(jìn)行內(nèi)存或數(shù)據(jù)共享。如果要共享數(shù)據(jù)，則只能通過第三方服務(wù)，比如 Redis 等。

• 無運(yùn)維

• 使用 Serverless 我們不需要關(guān)心服務(wù)器，不需要關(guān)心運(yùn)維。這也是 Serverless 思想的核心。

• 低成本

• 使用 Serverless 成本很低，因為我們只需要為每次函數(shù)的運(yùn)行付費。函數(shù)不運(yùn)行，則不花錢，也不會浪費服務(wù)器資源

Serverless 服務(wù)中的前端解決方案架構(gòu)圖

上圖是當(dāng)前主要的一些 Serverless 服務(wù)，以及對應(yīng)的前端解決方案。

從下往上，分別是基礎(chǔ)設(shè)施和開發(fā)工具。

基礎(chǔ)設(shè)施主要是一些云計算廠商提供，包括云計算平臺和各種 BaaS 服務(wù)，以及運(yùn)行函數(shù)的 FaaS 平臺。

前端主要是 Serverless 的使用者，所以對前端來說，最重要的開發(fā)工具這一層，我們需要依賴開發(fā)工具進(jìn)行 Serverless 開發(fā)、調(diào)試和部署。

框架（Framework）

如今還沒有一個統(tǒng)一的 Serverless 標(biāo)準(zhǔn)，不同云計算平臺提供的 Serverless 服務(wù)很可能是不一樣的，這就導(dǎo)致我們的代碼，無法平滑遷移。Serverless 框架一個主要功能是簡化 Serverless 開發(fā)、部署流程，另一主要功能則是屏蔽不同 Serverless 服務(wù)中的差異，讓我們的函數(shù)能夠在不改動或者只改動很小一部分的情況下，在其他 Serverless 服務(wù)中也能運(yùn)行。

常見的 Serverless 框架有 Serverless Framework、ZEIT Now、Apex 等。不過這些基本都是國外公司做的，國內(nèi)還沒有這樣的平臺。

Web IDE

和 Serverless 緊密相關(guān)的 Web IDE 主要也是各個云計算平臺的 Web IDE。利用 Web IDE，我們可以很方便地在云端開發(fā)、調(diào)試函數(shù)，并且可以直接部署到對應(yīng)的 FaaS 平臺。這樣的好處是避免了在本地安裝各種開發(fā)工具、配置各種環(huán)境。常見的 Web IDE 有 AWS 的 Cloud9、阿里云的函數(shù)計算 Web IDE、騰訊云的 Cloud Studio。從體驗上來說，AWS Cloud9 最好。

命令行工具

當(dāng)然，目前最主要的開發(fā)方式還是在本地進(jìn)行開發(fā)。所以在本地開發(fā) Serverless 的命令行工具也必不可少。

命令行工具主要有兩類，一類是云計算平臺提供的，如 AWS 的 aws、 Azure 的 az、阿里云的 fun；還有一類是 Serverless 框架提供的，如 serverless、now。

大部分工具如 serverless、fun 等，都是用 Node.js 實現(xiàn)的。

下面是幾個命令行工具的例子。

創(chuàng)建

# serverless
$ serverless create --template aws-nodejs --path myService
# fun
$ fun init -n qcondemo helloworld-nodejs8

部署

# serverless
$ serverless deploy
# fun
$ fun deploy

調(diào)試

# serverless
$ serverless invoke [local] --function functionName
# fun
$ fun local invoke functionName

應(yīng)用場景

在開發(fā)工具上面一層，則是 Serverless 的一些垂直應(yīng)用場景。除了使用傳統(tǒng)的服務(wù)端開發(fā)，目前使用 Serverless 技術(shù)的還有小程序開發(fā)，未來可能還會設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域（IoT）。

不同 Serverless 服務(wù)的對比

上圖從支持語言、觸發(fā)器、價格等多個方面對不同 Serverless 服務(wù)進(jìn)行了對比，可以發(fā)現(xiàn)有差異，也有共性。

比如幾乎所有 Serverless 服務(wù)都支持 Node.js/Python/Java 等語言。

從支持的觸發(fā)器來看，幾乎所有服務(wù)也都支持 HTTP、對象存儲、定時任務(wù)、消息隊列等觸發(fā)器。當(dāng)然，這些觸發(fā)器也與平臺自己的后端服務(wù)相關(guān)，比如阿里云的對象存儲觸發(fā)器，是基于阿里云的 OSS 產(chǎn)品的存取等事件觸發(fā)的；而 AWS 的對象存儲觸發(fā)器，則是基于 AWS 的 S3 的事件觸發(fā)的，兩個平臺并不通用。這也是當(dāng)前 Serverless 面臨的一個問題，就是標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。

從計費的角度來看，各個平臺的費用基本一致。在前面也提到，Serverless 的計費是按調(diào)用次數(shù)計費。對于各個 Serverless，每個月都有 100 萬次的免費調(diào)用次數(shù)，之后差不多 ￥1.3/百萬次；以及 400,000 GB-s 的免費執(zhí)行時間，之后 ￥0.0001108/GB-s。所以在應(yīng)用體量較小的時候，使用 Serverless 是非常劃算的。

基于 Serverless 的前端開發(fā)模式

在本章節(jié)，主要以幾個案例來說明基于 Serverless 的前端開發(fā)模式，以及它和以往的前端開發(fā)有什么不一樣。

在開始具體的案例之前，先看一下傳統(tǒng)開發(fā)流程。

在傳統(tǒng)開發(fā)流程中，我們需要前端工程師寫頁面，后端工程師寫接口。后端寫完接口之后，把接口部署了，再進(jìn)行前后端聯(lián)調(diào)。聯(lián)調(diào)完畢后再測試、上線。上線之后，還需要運(yùn)維工程師對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。整個過程涉及多個不同角色，鏈路較長，溝通協(xié)調(diào)也是一個問題。

而基于 Serverless，后端變得非常簡單了，以往的后端應(yīng)用被拆分為一個個函數(shù)，只需要寫完函數(shù)并部署到 Serverless 服務(wù)即可，后續(xù)也不用關(guān)心任何服務(wù)器的運(yùn)維操作。后端開發(fā)的門檻大幅度降低了。因此，只需要一個前端工程師就可以完成所有的開發(fā)工作。

當(dāng)然，前端工程師基于 Serverless 去寫后端，最好也需要具備一定的后端知識。涉及復(fù)雜的后端系統(tǒng)或者 Serverless 不適用的場景，還是需要后端開發(fā)，后端變得更靠后了。

基于 Serverless 的 BFF

一方面，對不同的設(shè)備需要使用不同的 API，另一方面，由于微服務(wù)導(dǎo)致前端接口調(diào)用的復(fù)雜，所以前端工程師開始使用 BFF 的方式，對接口進(jìn)行聚合裁剪，以得到適用于前端的接口。
下面是一個通用的 BFF 架構(gòu)。

最底層的就是各種后端微服務(wù)，最上層就是各種前端應(yīng)用。在微服務(wù)和應(yīng)用之前，就是通常由前端工程師開發(fā)的 BFF。

這樣的架構(gòu)解決了接口協(xié)調(diào)的問題，但也帶來了一些新的問題。

比如針對每個設(shè)備開發(fā)一個 BFF 應(yīng)用，也會面臨一些重復(fù)開發(fā)的問題。而且以往前端只需要開發(fā)頁面，關(guān)注于瀏覽器端的渲染即可，現(xiàn)在卻需要維護(hù)各種 BFF 應(yīng)用。以往前端也不需要關(guān)心并發(fā)，現(xiàn)在并發(fā)壓力卻集中到了 BFF 上?？偟膩碚f運(yùn)維成本非常高，通常前端并不擅長運(yùn)維。

Serverless 則可以幫我們很好的解決這些問題?；?Serverless，我們可以使用一個個函數(shù)來實各個接口的聚合裁剪。前端向 BFF 發(fā)起的請求，就相當(dāng)于是 FaaS 的一個 HTTP 觸發(fā)器，觸發(fā)一個函數(shù)的執(zhí)行，這個函數(shù)中來實現(xiàn)針對該請求的業(yè)務(wù)邏輯，比如調(diào)用多個微服務(wù)獲取數(shù)據(jù)，然后再將處理結(jié)果返回給前端。這樣運(yùn)維的壓力，就由以往的 BFF Server 轉(zhuǎn)向了 FaaS 服務(wù)，前端再也不用關(guān)心服務(wù)器了。

上圖則是基于 Serverless 的 BFF 架構(gòu)。為了更好的管理各種 API，我們還可以添加網(wǎng)關(guān)層，通過網(wǎng)關(guān)來管理所有 API（比如阿里云的網(wǎng)關(guān)），比如對 API 進(jìn)行分組、分環(huán)境?；?API 網(wǎng)關(guān)，前端就不直接通過 HTTP 觸發(fā)器來執(zhí)行函數(shù)，而是將請求發(fā)送至網(wǎng)關(guān)，再由網(wǎng)關(guān)去觸發(fā)具體的函數(shù)來執(zhí)行。

基于 Serverless 的服務(wù)端渲染

基于當(dāng)下最流行的三大前端框架（React.js/Anguler/Vue.js），現(xiàn)在的渲染方式大部分都是客戶端渲染。頁面初始化的時候，只加載一個簡單 HTML 以及對應(yīng)的 JS 文件，再由 JS 來渲染出一個個頁面。這種方式最主要的問題就是白屏?xí)r間和 SEO。

為了解決這個問題，前端又開始嘗試服務(wù)端渲染。本質(zhì)思想其實和最早的模板渲染是一樣的。都是前端發(fā)起一個請求，后端 Server 解析出一個 HTML 文檔，然后再返回給瀏覽器。只不過以往是 JSP、PHP 等服務(wù)端語言的模板，現(xiàn)在是基于 React、Vue 等實現(xiàn)的同構(gòu)應(yīng)用，這也是如今的服務(wù)端渲染方案的優(yōu)勢。

但服務(wù)端渲染又為前端帶來了一些額外的問題：運(yùn)維成本，前端需要維護(hù)用于渲染的服務(wù)器。

Serverless 最大的優(yōu)點就是可以幫我們減少運(yùn)維，那 Serverless 能不能用于服務(wù)端渲染呢？當(dāng)然也是可以的。

傳統(tǒng)的服務(wù)端渲染，每個請求的 path 都對應(yīng)著服務(wù)端的每個路由，由該路由實現(xiàn)對應(yīng) path 的 HTML 文檔渲染。用于渲染的服務(wù)端程序，就是這些集成了這些路由的應(yīng)用。

使用 Serverless 來做服務(wù)端渲染，就是將以往的每個路由，都拆分為一個個函數(shù)，再在 FaaS 上部署對應(yīng)的函數(shù)。這樣用戶請求的 path，對應(yīng)的就是每個單獨的函數(shù)。通過這種方式，就將運(yùn)維操作轉(zhuǎn)移到了 FaaS 平臺，前端做服務(wù)端渲染，就不用再關(guān)心服務(wù)端程序的運(yùn)維部署了。

ZEIT 的 Next.js 就對基于 Serverless 的服務(wù)端渲染做了很好的實現(xiàn)。下面就是一個簡單的例子。

代碼結(jié)構(gòu)如下：

.
├── next.config.js
├── now.json
├── package.json
└── pages
    ├── about.js
    └── index.js

// next.config.js
module.exports = {
  target: 'serverless'
}

其中 pages/about.js 和 pages/index.js 就是兩個頁面，在 next.config.js 配置了使用 Zeit 提供的 Serverless 服務(wù)。

然后使用 now 這個命令，就可以將代碼以 Serverless 的方式部署。部署過程中，pages/about.js 和 pages/index.js 就分別轉(zhuǎn)換為兩個函數(shù)，負(fù)責(zé)渲染對應(yīng)的頁面。

基于 Serverless 的小程序開發(fā)

目前國內(nèi)使用 Serverless 較多的場景可能就是小程開發(fā)了。具體的實現(xiàn)就是小程序云開發(fā)，支付寶小程序和微信小程序都提供了云開發(fā)功能。

在傳統(tǒng)的小程序開發(fā)中，我們需要前端工程師進(jìn)行小程序端的開發(fā)；后端工程師進(jìn)行服務(wù)端的開發(fā)。小程序的后端開發(fā)和其他的后端應(yīng)用開發(fā)，本質(zhì)是是一樣的，需要關(guān)心應(yīng)用的負(fù)載均衡、備份冗災(zāi)、監(jiān)控報警等一些列部署運(yùn)維操作。如果開發(fā)團(tuán)隊人很少，可能還需要前端工程師去實現(xiàn)服務(wù)端。

但基于云開發(fā)，就只需要讓開發(fā)者關(guān)注于業(yè)務(wù)的實現(xiàn)，由一個前端工程師就能夠完成整個應(yīng)用的前后端開發(fā)。因為云開發(fā)將后端封裝為了 BaaS 服務(wù)，并提供了對應(yīng)的 SDK 給開發(fā)者，開發(fā)者可以像調(diào)用函數(shù)一樣使用各種后端服務(wù)。應(yīng)用的運(yùn)維也轉(zhuǎn)移到了提供云開發(fā)的服務(wù)商。

下面分別是使用支付寶云開發(fā)（Basement）的一些例子，函數(shù)就是定義在 FaaS 服務(wù)中的函數(shù)。

操作數(shù)據(jù)庫

// `basement` 是一個全局變量
// 操作數(shù)據(jù)庫
basement.db.collection('users')
    .insertOne({
        name: 'node',
        age: 18,
    })
    .then(() => {
        resolve({ success: true });
    })
    .catch(err => {
        reject({ success: false });
    });

上傳圖片

// 上傳圖片
basement.file
    .uploadFile(options)
    .then((image) => {
        this.setData({
            iconUrl: image.fileUrl,
        });
    })
    .catch(console.error);

調(diào)用函數(shù)

// 調(diào)用函數(shù)
basement.function
    .invoke('getUserInfo')
    .then((res) => {
        this.setData({
            user: res.result
        });
    })
    .catch(console.error}

通用 Serverless 架構(gòu)

基于上述幾個 Serverless 開發(fā)的例子，就可以總結(jié)出一個通用的 Serverless 架構(gòu)。

其中最底層就是實現(xiàn)復(fù)雜業(yè)務(wù)的后端微服務(wù)（Backend）。然后 FaaS 層通過一系列函數(shù)實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯，并為前端直接提供服務(wù)。對于前端開發(fā)者來說，前端可以通過編寫函數(shù)的方式來實現(xiàn)服務(wù)端的邏輯。對于后端開發(fā)者來說，后端變得更靠后了。如果業(yè)務(wù)比較較淡，F(xiàn)aaS 層能夠?qū)崿F(xiàn)，甚至也不需要微服務(wù)這一層了。

同時不管是在后端、FaaS 還是前端，我們都可以去調(diào)用云計算平臺提供的 BaaS 服務(wù)，大大降低開發(fā)難度、減少開發(fā)成本。小程序云開發(fā)，就是直接在前端調(diào)用 BaaS 服務(wù)的例子。

Serverless 開發(fā)最佳實踐

基于 Serverless 開發(fā)模式和傳統(tǒng)開發(fā)模式最大的不同，就是傳統(tǒng)開發(fā)中，我們是基于應(yīng)用的開發(fā)。開發(fā)完成后，我們需要對應(yīng)用進(jìn)行單元測試和集成測試。而基于 Serverless，開發(fā)的是一個個函數(shù)，那么我們應(yīng)該如
何對 Serverless 函數(shù)進(jìn)行測試？Serverless 函數(shù)的測試和普通的單元測試又有什么區(qū)別？

還有一個很重要的點是，基于 Serverless 開發(fā)的應(yīng)用性能如何？應(yīng)該怎么去提高 Serverless 應(yīng)用的性能？

本章主要就介紹一下，基于 Serverless 的函數(shù)的測試和函數(shù)的性能兩個方面的最佳實踐。

函數(shù)的測試

雖然使用 Serverless 我們可以簡單地進(jìn)行業(yè)務(wù)的開發(fā)，但它的特性也給我們的測試帶來了一些挑戰(zhàn)。主要有以下幾個方面。

Serverless 函數(shù)是分布式的，我們不知道也無需知道函數(shù)是部署或運(yùn)行在哪臺機(jī)器上，所以我們需要對每個函數(shù)進(jìn)行單元測試。Serverless 應(yīng)用是由一組函數(shù)組成的，函數(shù)內(nèi)部可能依賴了一些別的后端服務(wù)（BaaS），所以我們也需要對 Serverless 應(yīng)用進(jìn)行集成測試。

運(yùn)行函數(shù)的 FaaS 和 BaaS 在本地也難以模擬。除此之外，不同平臺提供的 FaaS 環(huán)境可能不一致，不平臺提供的 BaaS 服務(wù)的 SDK 或接口也可能不一致，這不僅給我們的測試帶來了一些問題，也增加了應(yīng)用遷移成本。

函數(shù)的執(zhí)行是由事件驅(qū)動的，驅(qū)動函數(shù)執(zhí)行的事件，在本地也難以模擬。

那么如何解決這些問題呢？

根據(jù) Mike Cohn 提出的測試金字塔，單元測試的成本最低，效率最高；UI 測試（集成）測試的成本最高，效率最低，所以我們要盡可能多的進(jìn)行單元測試，從而減少集成測試。這對 Serverless 的函數(shù)測試同樣適用。

為了能更簡單對函數(shù)進(jìn)行單元測試，我們需要做的就是將業(yè)務(wù)邏輯和函數(shù)依賴的 FaaS（如函數(shù)計算） 和 BaaS （如云數(shù)據(jù)庫）分離。當(dāng) FaaS 和 BaaS 分離出去之后，我們就可以像編寫傳統(tǒng)的單元測試一樣，對函數(shù)的業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行測試。然后再編寫集成測試，驗證函數(shù)和其他服務(wù)的集成是否正常工作。

一個糟糕的例子

下面是一個使用 Node.js 實現(xiàn)的函數(shù)的例子。該函數(shù)做的事情就是，首先將用戶信息存儲到數(shù)據(jù)庫中，然后給用戶發(fā)送郵件。

const db = require('db').connect();
const mailer = require('mailer');

module.exports.saveUser = (event, context, callback) => {
  const user = {
    email: event.email,
    created_at: Date.now()
  }

  db.saveUser(user, function (err) {
    if (err) {
      callback(err);
    } else {
      mailer.sendWelcomeEmail(event.email);
      callback();
    }
  });
};

這個例子主要存在兩個問題：

• 業(yè)務(wù)邏輯和 FaaS 耦合在一起。主要就是業(yè)務(wù)邏輯都在 saveUser 這個函數(shù)里，而 saveUser 參數(shù)的 event 和 conent 對象，是 FaaS 平臺提供的。

• 業(yè)務(wù)邏輯和 BaaS 耦合在一起。具體來說，就是函數(shù)內(nèi)使用了 db 和 mailer 這兩個后端服務(wù)，測試函數(shù)必須依賴于 db 和 mailer。

編寫可測試的函數(shù)

基于將業(yè)務(wù)邏輯和函數(shù)依賴的 FaaS 和 BaaS 分離的原則，對上面的代碼進(jìn)行重構(gòu)。

class Users {
  constructor(db, mailer) {
    this.db = db;
    this.mailer = mailer;
  }

  save(email, callback) {
    const user = {
      email: email,
      created_at: Date.now()
    }

    this.db.saveUser(user, function (err) {
      if (err) {
        callback(err);
      } else {
        this.mailer.sendWelcomeEmail(email);
        callback();
      }
  });
  }
}

module.exports = Users;

const db = require('db').connect();
const mailer = require('mailer');
const Users = require('users');

let users = new Users(db, mailer);

module.exports.saveUser = (event, context, callback) => {
  users.save(event.email, callback);
};

在重構(gòu)后的代碼中，我們將業(yè)務(wù)邏輯全都放在了 Users 這個類里面，Users 不依賴任何外部服務(wù)。測試的時候，我們也可以不傳入真實的 db 或 mailer，而是傳入模擬的服務(wù)。

下面是一個模擬 mailer 的例子。

// 模擬 mailer
const mailer = {
  sendWelcomeEmail: (email) => {
    console.log(`Send email to ${email} success!`);
  },
};

這樣只要對 Users 進(jìn)行充分的單元測試，就能確保業(yè)務(wù)代碼如期運(yùn)行。
然后再傳入真實的 db 和 mailer，進(jìn)行簡單的集成測試，就能知道整個函數(shù)是否能夠正常工作。
重構(gòu)后的代碼還有一個好處是方便函數(shù)的遷移。當(dāng)我們想要把函數(shù)從一個平臺遷移到另一個平臺的時候，只需要根據(jù)不同平臺提供的參數(shù)，修改一下 Users 的調(diào)用方式就可以了，而不用再去修改業(yè)務(wù)邏輯。

小結(jié)

綜上所述，對函數(shù)進(jìn)行測試，就需要牢記金字塔原則，并遵循以下原則：

• 將業(yè)務(wù)邏輯和函數(shù)依賴的 FaaS 和 BaaS 分離

• 對業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行充分的單元測試

• 將函數(shù)進(jìn)行集成測試驗證代碼是否正常工作

函數(shù)的性能

使用 Serverless 進(jìn)行開發(fā)，還有一個大家都關(guān)心的問題就是函數(shù)的性能怎么樣。

對于傳統(tǒng)的應(yīng)用，我們的程序啟動起來之后，就常駐在內(nèi)存中；而 Serverless 函數(shù)則不是這樣。

當(dāng)驅(qū)動函數(shù)執(zhí)行的事件到來的時候，首先需要下載代碼，然后啟動一個容器，在容器里面再啟動一個運(yùn)行環(huán)境，最后才是執(zhí)行代碼。前幾步統(tǒng)稱為冷啟動（Cold Start）。傳統(tǒng)的應(yīng)用沒有冷啟動的過程。

下面是函數(shù)生命周期的示意圖：

冷啟動時間的長短，就是函數(shù)性能的關(guān)鍵因素。優(yōu)化函數(shù)的性能，也就需要從函數(shù)生命周期的各個階段去優(yōu)化。

不同編程語言對冷啟動時間的影響

在此之前，已經(jīng)有很多人測試過不同編程語言對冷啟動時間的影響，比如：

• Compare coldstart time with different languages, memory and code sizes -by Yan Cui

• Cold start / Warm start with AWS Lambda - by Erwan Alliaume

• Serverless: Cold Start War - by Mikhail Shilkov

從這些測試中能夠得到一些統(tǒng)一的結(jié)論：

• 增加函數(shù)的內(nèi)存可以減少冷啟動時間

• C#、Java 等編程語言的能啟動時間大約是 Node.js、Python 的 100 倍

基于上述結(jié)論，如果想要 Java 的冷啟動時間達(dá)到 Node.js 那么小，可以為 Java 分配更大的內(nèi)存。但更大的內(nèi)存意味著更多的成本。

函數(shù)冷啟動的時機(jī)

剛開始接觸 Serverless 的開發(fā)者可能有一個誤區(qū)，就是每次函數(shù)執(zhí)行，都需要冷啟動。其實并不是這樣。
當(dāng)?shù)谝淮握埱螅?qū)動函數(shù)執(zhí)行的事件）來臨，成功啟動運(yùn)行環(huán)境并執(zhí)行函數(shù)之后，運(yùn)行環(huán)境會保留一段時間，以便用于下一次函數(shù)執(zhí)行。這樣就能減少冷啟動的次數(shù)，從而縮短函數(shù)運(yùn)行時間。當(dāng)請求達(dá)到一個運(yùn)行環(huán)境的限制時，F(xiàn)aaS 平臺會自動擴(kuò)展下一個運(yùn)行環(huán)境。

以 AWS Lambda 為例，在執(zhí)行函數(shù)之后，Lambda 會保持執(zhí)行上下文一段時間，預(yù)期用于另一次 Lambda 函數(shù)調(diào)用。其效果是，服務(wù)在 Lambda 函數(shù)完成后凍結(jié)執(zhí)行上下文，如果再次調(diào)用 Lambda 函數(shù)時 AWS Lambda 選擇重用上下文，則解凍上下文供重用。

下面以兩個小測試來說明上述內(nèi)容。

我使用阿里云的函數(shù)計算實現(xiàn)了一個 Serverless 函數(shù)，并通過 HTTP 事件來驅(qū)動。然后使用不同并發(fā)數(shù)向函數(shù)發(fā)起 100 個請求。

首先是一個并發(fā)的情況：

可以看到第一個請求時間為 302ms，其他請求時間基本都在 50ms 左右?；揪湍艽_定，第一個請求對應(yīng)的函數(shù)是冷啟動，剩余 99 個請求，都是熱啟動，直接重復(fù)利用了第一個請求的運(yùn)行環(huán)境。

接下來是并發(fā)數(shù)為 10 的情況：

可以發(fā)現(xiàn)，前 10 個請求，耗時基本在 200ms-300ms，其余請求耗時在 50ms 左右。于是可以得出結(jié)論，前 10 個并發(fā)請求都是冷啟動，同時啟動了 10 個運(yùn)行環(huán)境；后面 90 個請求都是熱啟動。
這也就印證了之前的結(jié)論，函數(shù)不是每次都冷啟動，而是會在一定時間內(nèi)復(fù)用之前的運(yùn)行環(huán)境。

執(zhí)行上下文重用

上面的結(jié)論對我們提高函數(shù)性能有什么幫助呢？當(dāng)然是有的。既然運(yùn)行環(huán)境能夠保留，那就意味著我們能對運(yùn)行環(huán)境中的執(zhí)行上下文進(jìn)行重復(fù)利用。
來看一個例子：

const mysql = require('mysql');

module.exports.saveUser = (event, context, callback) => {

    // 初始化數(shù)據(jù)庫連接
    const connection = mysql.createConnection({ /* ... */ });
    connection.connect();

    connection.query('...');

};

上面例子實現(xiàn)的功能就是在 saveUser 函數(shù)中初始化一個數(shù)據(jù)庫連接。這樣的問題就是，每次函數(shù)執(zhí)行的時候，都會重新初始化數(shù)據(jù)庫連接，而連接數(shù)據(jù)庫又是一個比較耗時的操作。顯然這樣對函數(shù)的性能是沒有好處的。

既然在短時間內(nèi)，函數(shù)的執(zhí)行上下文可以重復(fù)利用，那么我們就可以將數(shù)據(jù)庫連接放在函數(shù)之外：

const mysql = require('mysql');

// 初始化數(shù)據(jù)庫連接
const connection = mysql.createConnection({ /* ... */ });
connection.connect();


module.exports.saveUser = (event, context, callback) => {

    connection.query('...');

};

這樣就只有第一次運(yùn)行環(huán)境啟動的時候，才會初始化數(shù)據(jù)庫連接。后續(xù)請求來臨、執(zhí)行函數(shù)的時候，就可以直接利用執(zhí)行上下文中的 connection，從而提后續(xù)高函數(shù)的性能。
大部分情況下，通過犧牲一個請求的性能，換取大部分請求的性能，是完全可以夠接受的。

給函數(shù)預(yù)熱

既然函數(shù)的運(yùn)行環(huán)境會保留一段時間，那么我們也可以通過主動調(diào)用函數(shù)的方式，隔一段時間就冷啟動一個運(yùn)行
環(huán)境，這樣就能使得其他正常的請求都是熱啟動，從而避免冷啟動時間對函數(shù)性能的影響。
這是目前比較有效的方式，但也需要有一些注意的地方：

• 不要過于頻繁調(diào)用函數(shù)，至少頻率要大于 5 分鐘

• 直接調(diào)用函數(shù)，而不是通過網(wǎng)關(guān)等間接調(diào)用

• 創(chuàng)建專門處理這種預(yù)熱調(diào)用的函數(shù)，而不是正常業(yè)務(wù)函數(shù)

這種方案只是目前行之有效且比較黑科技的方案，可以使用，但如果你的業(yè)務(wù)允許“犧牲第一個請求的性能換取大部分性能”，那也完全不必使用該方案，

小結(jié)

總體而言，優(yōu)化函數(shù)的性能就是優(yōu)化冷啟動時間。上述方案都是開發(fā)者方面的優(yōu)化，當(dāng)然還一方面主要是 FaaS 平臺的性能優(yōu)化。

總結(jié)一下上述方案，主要是以下幾點：

• 選用 Node.js / Python 等冷啟動時間短的編程語言

• 為函數(shù)分配合適的運(yùn)行內(nèi)存

• 執(zhí)行上下文重用

• 為函數(shù)預(yù)熱

總結(jié)

作為前端工程師，我們一直在探討前端的邊界是什么?，F(xiàn)在的前端開發(fā)早已不是以往的前端開發(fā)，前端不僅可以做網(wǎng)頁，還可以做小程序，做 APP，做桌面程序，甚至做服務(wù)端。而前端之所以在不斷拓展自己的邊界、不斷探索更多的領(lǐng)域，則是希望自己能夠產(chǎn)生更大的價值。最好是用我們熟悉的工具、熟悉的方式來創(chuàng)造價值。

而 Serverless 架構(gòu)的誕生，則可以最大程度幫助前端工程師去實現(xiàn)自己的理想。使用 Serverless，我們不需要再過多關(guān)注服務(wù)端的運(yùn)維，不需要關(guān)心我們不熟悉的領(lǐng)域，我們只需要專注于業(yè)務(wù)的開發(fā)、專注于產(chǎn)品的實現(xiàn)。我們需要關(guān)心的事情變少了，但我們能做的事情更多了。

Serverless 也必將對前端的開發(fā)模式產(chǎn)生巨大的變革，前端工程師的職能也將再度回歸到應(yīng)用工程師的職能。

如果要用一句話來總結(jié) Serverless，那就是 Less is More。

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作者：蔣航
原文：https://zhuanlan.zhihu.com/p/65914436