函數計算: 讓小程序開發進入 Serverless 時代

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作者 | 吳天龍（木吳）阿里云函數計算技術專家

導讀：小程序是輕量級的快速迭代的移動應用，對開發者從開發到上線的效率提出了更高的要求。使用函數計算，開發者無需關心后端服務的搭建運維，只需要編寫函數就能夠為小程序提供穩定可靠并且彈性伸縮的服務。并且隨著小程序訪問量增加，函數計算能夠自動快速地彈性伸縮，即使應對 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用以小程序的形式呈現。小程序擁有觸手可及、用完即走的優點，這大大降低了用戶的使用負擔，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。

一個小程序可以分為客戶端和服務端：客戶端包括界面的展示和交互邏輯；服務端則包括數據的處理和分析。

為了支撐大量的小程序，平臺在服務端面臨的挑戰有：

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

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，就是阿里云函數計算服務。函數計算是一個全托管 Serverless 計算服務，讓開發者無需管理服務器等基礎設施，只需編寫和上傳代碼，就能夠構建可靠、彈性、安全的服務。下面就以 雙11 小程序場景為例，解析函數計算在彈性伸縮上的核心技術。

小程序架構

讓我們先來看一下淘寶小程序的技術架構是什么樣的：

• 用戶在手機淘寶點擊店鋪活動，就進入了小程序。界面及交互由小程序客戶端提供；
• 在用戶參與活動過程中，需要向服務端請求或者發送數據時，由客戶端發起函數調用；
• 函數調用先經過淘寶接入網關，進行必要的鑒權認證，然后調用到小程序云；
• 用戶的函數代碼執行在小程序云中，用戶可以實現自定義的業務邏輯。

利用小程序云提供的豐富的擴展能力，用戶可以方便地構建完整的電商應用：

• 數據存儲：存儲結構化的數據；
• 文件存儲：存儲文本/圖片/視頻等文件；
• 電商服務：獲取用戶信息/創建支付交易；
• 統計分析：自動統計小程序的使用信息及用戶分析，支撐商業決策。

可以看到，函數是整個小程序的業務邏輯的核心，它將云端的基礎能力組合串聯起來，對客戶端提供服務能力。如果函數能力成為瓶頸，將影響整個小程序的運行。

在這樣的架構下，要支撐大量的小程序，需要函數能夠做到：

• 一是隨時在線以支持小程序即開即用；
• 二是彈性伸縮以應對小程序訪問突增。為了做到以上兩點，讓我們看一下函數計算的技術架構：

函數計算架構

其中幾個核心組件的功能如下：

• API 服務：函數計算的網關，實現鑒權/流控等功能；
• 資源調度：為函數調用分配管理計算資源，負責調度效率和性能；
• 函數執行引擎：執行函數代碼的環境，做到安全和隔離。

基于這個架構，函數計算是如何解決上面提到的小程序平臺的挑戰呢？接下來我們逐一分析。

1. 冷啟動

當用戶創建函數上傳代碼時，函數計算只是將代碼包保存到 OSS，并沒有分配計算資源，因此函數計算可以支撐海量的小程序。

當函數第一次被調用時，函數計算會分配計算資源、下載函數代碼、加載并執行代碼。這一過程稱為冷啟動，函數計算通過大量的優化，將系統側的冷啟動時間優化到 200ms 以內。因此即使是冷的小程序，在初次調用時也能夠做到快速的即開即用。

2. 彈性伸縮

當小程序持續調用過程中，負載逐漸上升或者突然升高的情況下，函數計算是如何應對的呢？

函數計算的“資源調度”模塊，會精確管理每個實例的狀態，當請求到來時，它首先檢查是否有空閑的實例可以服務，如果沒有請求就會進入等待隊列，當有空閑的實例釋放出來時，請求就能夠被及時處理。

同時，調度器還會在后臺創建新的實例，當新的實例準備好后，也能夠服務請求。在這種策略下，能夠做到在負載以 2 倍的速度增長情況下，請求的 P95 延時是穩定的。優化細節可以參考我們的博客文章。

上面是某個淘寶小程序的調用量和延時監控數據。

可以看到，在整點活動時，TPS 出現了瞬間的高峰，但是 P95 延時卻沒有明顯的波動。這是因為函數計算在請求高峰來臨時，能夠快速地彈性伸縮創建新的實例，同時利用已有資源做一定的緩沖，使得整個攀升的過程能夠比較平滑。

3. 預留實例

對于一些“秒殺”的場景，要求瞬間提供大量的計算資源。此時靠實時的彈性伸縮是不夠的：

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

針對這種場景，函數計算提供了預留實例的功能。使用預留實例，用戶可以為一些可預測的活動提前預留好資源，徹底消除冷啟動。

和傳統的基于服務器的做法不同，用戶不需要按峰值來預留資源，而是可以結合預留實例和按量實例的混合模式：請求先被預留實例處理，當預留實例用滿時，會自動彈性伸縮出更多的按量實例來處理請求。

由于有一定的資源基礎，結合調度優化，按量實例的冷啟動所產生的影響就被大大減小了。這就是利用函數計算的彈性伸縮能力，在性能和成本之間達到很好的平衡。

總結

小程序是輕量級的快速迭代的移動應用，對小程序開發者的開發效率有很高的要求。

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，對后端服務的穩定和彈性也是一個很大的考驗。函數計算上傳代碼即可運行，極大地提高了后端服務的開發效率；混合模式的彈性伸縮，輕松應對負載變化。這些特點使得函數計算成為支撐小程序平臺的很好的選擇。

對函數計算感興趣的開發者，可以點此免費試用)！

本書亮點

• 雙11 超大規模 K8s 集群實踐中，遇到的問題及解決方法詳述
• 云原生化最佳組合：Kubernetes+容器+神龍，實現核心系統 100% 上云的技術細節
• 雙 11 Service Mesh 超大規模落地解決方案

“阿里巴巴云原生關注微服務、Serverless、容器、Service Mesh 等技術領域、聚焦云原生流行技術趨勢、云原生大規模的落地實踐，做最懂云原生開發者的技術圈。”