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作者 | 不瞋  阿里雲高階技術專家

**導讀：**使用者需求和雲的發展兩條線推動了雲原生技術的興起、發展和大規模應用。本文將主要討論什麼是雲原生應用，構成雲原生應用的要素是什麼，什麼是 Serverless 計算，以及 Serverless 如何簡化技術複雜度，幫助使用者應對快速變化的需求，實現彈性、高可用的服務，並透過具體的案例和場景進行說明。

如今，各行各業都在談數字化轉型，尤其是新零售、傳媒、交通等行業。數字化的商業形態已經成為主流，逐漸替代了傳統的商業形態。在另外一些行業裡（如工業製造），雖然企業的商業形態並非以數字化的形式表現，但是在數字孿生理念下，充分利用資料科技進行生產運營最佳化也正在成為研究熱點和行業共識。

企業進行數字化轉型，從生產資料、生產關係、戰略規劃、增長曲線四個層面來看：

- 生產資料：資料成為最重要的生產資料，需求/風險隨時變化，企業面臨巨大的不確定性；
- 生產關係：資料為中心，非基於流程和規則的固定生產關係，網路效應令生產關係跨越時空限制，多連線方式催生新的業務和物種；
- 戰略規劃：基於資料決策，快速應對不確定的商業環境；
- 增長曲線：數字化技術帶來觸達海量使用者的能力，可帶來突破性的增長。

從雲服務商的角度來看雲的演進趨勢，在 Cloud 1.0 時代，基礎設施的雲化是其主題，採用雲託管模式，雲上雲下的應用保持相容，傳統的應用可以直接遷移到雲上，這種方式的核心價值在於資源的彈性和成本的低廉；在基礎設施提供了海量算力之後，怎麼幫助使用者更好地利用算力，加速企業創新的速度，就成為雲的核心能力。

如果仍在伺服器上構建基礎應用，那麼研發成本就會很高，管理難度也很大，因此有了 Cloud 2.0，也就是雲原生時代。在雲原生時代，雲服務商提供了豐富的託管服務，助力企業數字化轉型和創新，使用者可以像搭積木一樣基於各種雲服務來構建應用，大大降低了研發成本。

# 雲原生應用要素

雲原生應用有三個非常關鍵的要素：微服務架構，應用容器化和 Serverless 化，敏捷的軟體交付流程。

### 1. 微服務架構

單體架構和微服務架構各有各的特點，其主要特點對比如下圖所示。總的來說，單體架構上手快，但是維護難，微服務架構部署較難，但是獨立性和敏捷性更好，更適合雲原生應用。

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單體架構 VS 微服務架構

### 2. 應用容器化和 Serverless 化

容器是當前最流行的程式碼封裝方式，藉助 K8s 及其生態的能力，大大降低了整個基礎設施的管理難度，而且容器在程式的支撐性方面提供非常出色的靈活性和可移植性，越來越多的使用者開始使用容器來封裝整個應用。 Serverless 計算是另外一種形態，做了大量的端到端整合和雲服務的整合，大大提高了研發效率，但是對傳統應用的相容性沒有容器那麼靈活，但是也帶來了很大的整潔性，使用者只需要專注於業務邏輯的編碼，聚焦於業務邏輯的創新即可。

### 3. 敏捷的應用交付流程

敏捷的應用交付流程是非常重要的一個要素，主要包括流程自動化，專注於功能開發，快速發現問題，快速釋出上線。

# Serverless 計算

### 1. 阿里雲函式計算

Serverless 是一個新的概念，但是其內涵早就已經存在。阿里雲或者 AWS 的第一個雲服務都是物件儲存，物件儲存實際上就是一個儲存領域的 Serverless 服務；另外，Serverless 指的是一個產品體系，而不是單個產品。當前業界雲服務商推出的新功能或者新產品絕大多數都是 Serverless 形態的。阿里雲 Serverless 產品體系包括計算、儲存、API、分析和中介軟體等，目前雲的產品體系正在 Serverless 化。

阿里雲 Serverless 計算平臺函式計算，有 4 個特點：

- 和雲端無縫整合：透過事件驅動的方式將雲端的各種服務與函式計算無縫整合，使用者只需要關注函式的開發，事件的觸發等均由服務商來完成；
- 實時彈性伸縮：由系統自動完成函式計算的彈性伸縮，且速度非常快，使用者可以將這種能力用在線上應用上；
- 次秒級計量：次秒級的計量方式提供了一種完全的按需計量方式，資源利用率能達到百分之百；
- 高可用：函式計算平臺做了大量工作幫助使用者構建高可用的應用。

那麼，阿里雲函式計算是如何做到以上 4 點呢？阿里雲函式計算的產品能力大圖如下圖所示，首先函式計算產品是建立在阿里巴巴的基礎設施服務之上的產品，對在其之上的計算層進行了大量最佳化。接著在應用層開發了大量能力和工具，基於以上產品能力，為使用者提供多種場景下完整的解決方案，才有了整個優秀的函式計算產品。函式計算是阿里雲的一個非常基礎的雲產品，阿里雲的許多產品和功能均是建立在函式計算的基礎上。目前阿里雲函式計算已經在全球 19 個區域提供服務。

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阿里雲函式計算產品能力大圖

### 2. Serverless 幫助使用者簡化雲原生應用高可用設計、實施的複雜度

雲原生應用的高可用是一個系統的工程，包括眾多方面，完整的高可用體系構建需要很多時間和精力。那麼 Serverless 計算是如何幫助使用者簡化雲原生應用高可用設計、實施的複雜度呢？ 如下圖所示，高可用體系建設要考慮的點包括基礎設施層、執行時層、資料層以及應用層，且每一層都有大量的工作要做才可以實現高可用。函式計算主要是從容錯、彈性、流控、監控四方面做了大量工作來實現高可用，下圖中藍色虛線框所對應的功能均由平臺來實現，使用者是不需要考慮的。藍色實線框雖然平臺做了一些工作來簡化使用者的工作難度，但是仍需要使用者來進行關注，而橘紅色的實線框代表需要使用者去負責的部分功能。結合平臺提供的功能和使用者的部分精力投入，可以極大地減輕使用者進行高可用體系建設的難度。

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函式計算高可用

函式計算在很多方面做了最佳化來幫助使用者建設高可用體系。下圖展示了函式計算在可用區容災方面的能力。從圖中可知，函式計算做了相應的負載均衡，使得容災能力大大提升。

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函式計算多可用區容災

下圖展示的是函式計算對事件的非同步處理，其處理流水線主要包括事件佇列、事件分發、事件消費三個環節，在每一個環節上都可以進行水平伸縮，其中一個比較關鍵的點是事件的分發需要匹配下游的消費能力。另外，透過為不同函式指定不同數量的計算資源，使用者能方便地動態調整不同型別事件的消費速度。此外，還可以自定義錯誤重試邏輯，並且有背壓反饋和流控，不會在短時間內產生大量請求時壓垮下一個服務。

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函式計算事件非同步處理

在函式計算的可觀測性上面，提供了日誌收集和查詢功能，除了預設的簡單日誌查詢功能外，還提供了高階日誌查詢，使用者可以更方便地進行日誌分析。在指標收集和視覺化方面，函式計算提供了豐富的指標收集能力，並且提供了標準指標、概覽資訊等檢視，可以更方便使用者進行運維工作。 下圖是應用交付的一個示意圖，在整個應用的交付過程中，只有每個環節都做好，才能夠建設一個敏捷的應用交付流程，其核心是自動化，只有做到了自動化，才能提升整個流水線的效率和敏捷度。

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▲ 敏捷的應用交付流程

下圖展示了自動化應用交付流水線在每個環節的具體任務。其中需要注意的是做到基礎設施即程式碼，才能進行模板定義和自動化設定應用執行環境，進而實現自動化的持續整合等。

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自動化應用交付流水線

做到了應用的自動化交付之後，對整個研發效率的幫助是非常大的。在 Serverless 應用上，阿里雲提供了多種工具來幫助使用者實現基礎設施即程式碼。Serverless 的模型有一個很好的能力，就是同一份模板可以傳入不同的引數，進而生成不同環境的定義，然後透過自動化地管理這些環境。

對於應用本身不同服務版本的交付和灰度釋出，函式計算提供了服務版本和服務別名來提供相應的服務，整個應用的灰度釋出流程可以簡化成一些 API 的操作，大大提升業務的效率。透過 Serverless 計算平臺提供的這些能力，整個軟體應用的交付流水線自動化程度得到了大幅度的提高。

函式計算還有一個很有用的功能——對存量應用的相容性。透過 Custom runtime，能夠適配很多的流行框架，相容傳統應用，使其能夠很容易地適配到 Serverless 平臺上面，由控制檯提供應用的建立、部署、關聯資源管理、監控等一系列服務。

除了函式計算，還可以用 Serverless 工作流對不同的應用環節、不同的函式進行編排，透過描述性的語言去定義工作流，由其可靠地執行每一個步驟，這就大幅度降低使用者對於複雜任務的編排難度。

# 應用場景案例

函式計算有幾個典型的應用場景，一個就是 Web/API 後端服務，阿里雲已經有包括石墨文件、微博、世紀華聯在內的多個成功應用案例。

函式計算的另外一個應用場景就是大規模的資料並行處理，比如往 OSS 上面上傳大量的圖片、音訊、文字等資料，可以觸發函式做自定義的處理，比如轉碼、截幀等。這方面的成功案例包括虎撲、分眾傳媒、百家互聯等。

函式計算還有一個應用場景就是資料實時流式處理，比如不同的裝置產生的訊息、日誌傳送到訊息佇列等管道類似的服務中，就可以觸發函式來進行流式處理。

最後一個應用場景就是運維的自動化，透過定時觸發、雲監控事件觸發、流程編排等方式呼叫函式完成運維任務，大大降低運維成本和難度，典型的成功案例有圖森未來等。

圖森未來是一家專注於 L4 級別無人駕駛卡車技術研發與應用的人工智慧企業，面向全球提供可大規模商業化運營的無人駕駛卡車技術，為全球物流運輸行業賦能。在路測過程中會有大量資料產生，而對這些資料的處理流程複雜多變，即使對於同一批資料，不同的業務小組也會有不同的使用及處理方式。如何有效管理不同的資料處理流程、降低人為介入頻率能夠大幅的提高生產效率。

路測不定時執行的特點使得流程編排任務執行時間點、執行時長具有極大的不確定性，本地機房獨自建立流程管理系統難以最大最佳化機器利用率，造成資源浪費。而圖森未來本地已有許多單元化業務處理指令碼及應用程式，但因為各種限制而無法全量的遷移上雲，這也對如何合理化使用雲上服務帶來了挑戰。

針對上述情況，圖森未來開始探索資料處理平臺的自動化。阿里雲 Serverless 工作流按執行排程的次數計費，具有易用易整合、運維簡單等諸多優點，能夠很好地解決上述場景中所遇到的問題，非常適合這類不定時執行的離線任務場景。

Serverless 工作流還支援編排本地或自建機房的任務，圖森未來透過使用 Serverless 工作流原生支援的訊息服務 MNS 解決了雲上雲下的資料打通問題，使得本地的原有任務得到很好的編排及管理。

除了排程外，Serverless 工作流也支援對任務的狀態及執行過程中所產生的資料進行維護。圖森未來透過使用任務的輸入輸出對映及狀態彙報機制，高效地管理了流程中各任務的生命週期及相互間的資料傳遞。

在未來，隨著業務規模的擴大，圖森未來將持續最佳化離線大資料處理流程的執行效率及自動化水平。透過各種探索，圖森未來將進一步提升工程團隊的效率，將更多的精力和資金投入到業務創新中去。

# 總結

Serverless 工作流是阿里雲 Serverless 產品體系中的關鍵一環。透過 Serverless 工作流，使用者能夠將函式計算、視覺智慧平臺等多個阿里雲服務，或者自建的服務，以簡單直觀的方式編排為工作流，迅速構建彈性高可用的雲原生應用。

自 2017 年推出函式計算起，該服務根據應用負載變化實時智慧地彈性擴縮容，1 分鐘完成上萬例項的伸縮並保證穩定的延時。目前已經支撐微博、芒果 TV、華大基因、圖森未來、石墨科技等使用者的關鍵應用，輕鬆應對業務洪峰。

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