AWSLambda：无服务器计算的强大工具

### AWS Lambda：无服务器计算的强大工具 #### 1. 与 AWS 交互的方式 除了通过 Web 控制台与 AWS 进行交互外，还可以通过其广泛的 API 来实现。从很早之前，甚至在 AWS 诞生之前，亚马逊就秉持着一个理念：每个服务都必须能够通过公共 API 完全使用。这意味着，在 AWS 中任何可以配置的操作都能够通过 API 完成。 在 API 之上是 CLI（命令行界面），它就像一个与 AWS API 通信的轻量级客户端应用程序。 #### 2. 什么是 AWS Lambda ##### 2.1 函数即服务（FaaS） FaaS 是一种构建和部署服务器端软件的新方式，它围绕着部署单个函数或操作展开。很多关于无服务器的热议都源于 FaaS，但实际上很多人认为无服务器就是 FaaS，这其实是不全面的。 传统的服务器端软件部署通常从一个主机实例开始，比如虚拟机实例或容器，然后在主机内部署应用程序，该应用程序通常作为操作系统进程运行。从所有权角度看，用户需要负责主机实例、应用程序进程和程序操作这三个方面。 而 FaaS 改变了这种部署和所有权模式。它剥离了主机实例和应用程序进程，专注于表达应用程序逻辑的单个操作或函数。用户将这些函数单独上传到 FaaS 平台，该平台由云服务提供商负责管理。 FaaS 平台会为每个操作监听特定事件。当事件发生时，平台会实例化 FaaS 函数并调用它，传递触发事件。函数执行完成后，平台可以选择销毁它，或者为了优化，在有新事件需要处理之前暂时保留它。 ##### 2.2 Lambda 对 FaaS 的实现 AWS Lambda 于 2014 年推出，并且在规模、成熟度和使用范围上不断增长。有些 Lambda 函数的吞吐量可能很低，比如每天只执行一次，甚至更少；而有些函数则可能每天执行数十亿次。 Lambda 通过实例化临时的、托管的 Linux 环境来托管每个函数实例，并且保证每个环境一次只处理一个事件。目前，Lambda 要求函数在 15 分钟内完成事件处理，否则执行将被中止。 Lambda 提供了极其轻量级的编程和部署模型，用户只需将函数及其相关依赖打包在 ZIP 或 JAR 文件中，Lambda 会完全管理运行时环境。 Lambda 与许多其他 AWS 服务紧密集成，这意味着有许多不同类型的事件源可以触发 Lambda 函数，从而能够构建各种不同类型的应用程序。 Lambda 是一个完全无服务器的服务，具体体现在以下几个方面： |特性|描述| |----|----| |无需管理长期运行的主机或应用程序实例|使用 Lambda 时，用户完全无需关注运行代码的底层主机，并且也无需管理长期运行的应用程序。当代码处理完特定事件后，AWS 可以自由终止运行时环境。| |自动扩展和自动供应|这是 Lambda 的关键优势之一，资源管理和扩展完全透明。上传函数代码后，Lambda 平台会根据负载创建足够的环境。如果一个环境就足够，Lambda 会在需要时创建；如果需要数百个实例，Lambda 会快速扩展，无需用户干预。| |基于精确使用量计费|AWS 仅根据代码在每个环境中的执行时间收费，精确到 100 毫秒。无论需要一个函数实例还是一千个，这种精确的使用成本结构都是一样的。| |性能能力不以主机大小/数量定义|由于 Lambda 让用户完全脱离了底层主机，因此不能指定使用的底层 EC2 实例的数量或类型。相反，用户只需指定函数所需的内存（最多 3GB），其他性能方面也与此相关。| |隐式高可用性|如果某个底层主机出现故障，Lambda 会自动在不同的主机上启动环境。同样，如果某个数据中心/可用区出现故障，Lambda 会在同一区域的不同可用区自动启动环境。不过，处理区域级故障则需要用户自己负责。| #### 3. 为什么选择 Lambda 云计算的基本优势同样适用于 Lambda。与其他类型的主机平台相比，运行 Lambda 通常更便宜；操作 Lambda 应用程序所需的精力和时间更少；Lambda 的扩展灵活性超过了 AWS 内的任何其他计算选项。 然而，从用户角度来看，Lambda 的关键优势在于与其他 AWS 服务结合使用时，能够快速构建应用程序。经常有公司在短短一两天内就将全新的应用程序部署到生产环境。能够摆脱常规应用程序中大量与基础设施相关的代码，是一个巨大的时间节省。 此外，Lambda 比其他任何 FaaS 平台都具有更大的容量、更高的成熟度和更多的集成点。虽然它并不完美，有些其他产品在开发者体验方面可能比 Lambda 更好，但如果没有与现有云服务提供商的紧密绑定，基于上述原因，还是推荐使用 AWS Lambda。 #### 4. Lambda 应用程序的样子 传统的长期运行的服务器应用程序通常有两种启动工作的方式：要么打开 TCP/IP 套接字等待入站连接，要么有一个内部调度机制，使其主动访问远程资源以检查新工作。但由于 Lambda 本质上是一个事件驱动的平台，并且有超时限制，这两种模式都不适用于 Lambda 应用程序。 Lambda 函数可以通过以下两种方式调用： - **同步调用（RequestResponse）**：上游组件调用 Lambda 函数并等待其生成的响应。 - **异步调用（Event）**：Lambda 平台会立即响应上游调用者的请求，而 Lambda 函数则继续处理请求，在这种情况下不会再向调用者返回进一步的响应。 以下是一些 Lambda 应用程序的示例： ##### 4.1 Web API 可以使用 Lambda 来实现 HTTP API。虽然 Lambda 函数本身不是 HTTP 服务器，但可以使用 AWS 的 API Gateway 来提供 Web 服务中常见的 HTTP 协议和路由逻辑。 例如，用户的客户端通过 HTTP 向 API Gateway 发送请求，API Gateway 会将请求映射到相应的 Lambda 函数。它会同步调用 Lambda 函数，等待函数评估请求并返回响应。Lambda 平台实例化函数并使用请求参数调用它，函数完成工作后返回响应，该响应会通过 Lambda 平台传递回 API Gateway，API Gateway 再将其转换为 HTTP 响应消息返回给客户端。 通常，Web API 会满足多种类型的请求，在开发基于 Lambda 的 Web API 时，通常会将不同类型的请求实现为不同的 Lambda 函数，但也可以在一个函数中根据原始 HTTP 请求路径和动词来处理所有请求。 以下是 Web API 使用 AWS Lambda 的流程 mermaid 图： ```mermaid graph LR A[客户端] --> B[API Gateway] B --> C[Lambda 平台] C --> D[Lambda 函数] D --> C C --> B B --> A ``` ##### 4.2 文件处理 Lambda 的一个常见用例是文件处理。例如，移动应用程序可以通过 AWS API 将照片安全地上传到 Amazon 的 S3 存储服务。S3 可以配置为在文件上传时调用 Lambda 平台，并指定要调用的函数和传递文件路径。 这是一个异步调用，S3 不会等待返回值。Lambda 函数的主要目的是产生副作用，它会加载请求参数指定的文件，并在不同的 S3 存储桶中创建新的、调整大小后的文件版本。完成这些副作用后，Lambda 函数的工作就完成了。由于在 S3 存储桶中创建了文件，还可以为该存储桶添加 Lambda 触发器，调用更多的 Lambda 函数来处理这些生成的文件，从而创建一个处理管道。 以下是文件处理使用 AWS Lambda 的流程 mermaid 图： ```mermaid graph LR A[移动应用程序] --> B[S3] B --> C[Lambda 平台] C --> D[Lambda 函数] D --> E[S3 新存储桶] E --> F[其他 Lambda 函数] ``` ##### 4.3 其他 Lambda 应用程序示例 除了上述两种应用场景，还有许多其他事件源可以让我们构建不同类型的应用程序： - **消息处理应用程序**：可以使用像简单通知服务（SNS）、简单队列服务（SQS）、EventBridge 或 Kinesis 等消息总线作为事件源。 - **电子邮件处理应用程序**：使用简单电子邮件服务（SES）作为事件源。 - **定时任务应用程序**：类似于 cron 程序，使用 CloudWatch 定时事件作为触发器。 需要注意的是，除了 Lambda 之外，许多这些服务都是 BaaS 服务，因此也是无服务器的。将 FaaS 和 BaaS 结合起来产生无服务器架构是一种非常强大的技术，因为它们具有相似的扩展、安全和成本特性。正是这些服务的组合推动了无服务器计算的普及。 ### AWS Lambda：无服务器计算的强大工具 #### 5. AWS Lambda 在 Java 世界中的应用 AWS Lambda 原生支持多种语言。JavaScript 和 Python 因其动态类型、无需编译的特性，在 Lambda 开发中是很受欢迎的入门语言，同时也广泛应用于重要的生产环境。 不过，Java 在 Lambda 领域也有其独特的优势。虽然 Java 在 Lambda 世界中有时名声不佳，但有些看法是合理的，有些则不然。如果一个 Lambda 函数只需要 10 行左右的代码就能实现，那么使用 JavaScript 或 Python 通常能更快地完成开发。但对于大型应用程序，使用 Java 实现 Lambda 函数有很多很好的理由： - **技能和代码复用**：如果开发者或团队更熟悉 Java 而不是其他 Lambda 支持的语言，那么可以在新的运行时平台上复用这些技能和库。Java 在 Lambda 生态系统中与 JavaScript、Python、Go 等语言一样，都是“一等公民”，使用 Java 不会受到限制。此外，如果已经有大量用 Java 实现的代码，将其中一部分移植到 Lambda 上，与用其他语言重新实现相比，可以显著缩短产品上市时间。 - **高性能和成本优势**：在高吞吐量的消息系统中，Java 相对于 JavaScript 或 Python 通常具有显著的运行时性能优势。不仅在任何系统中“更快”通常意味着“更好”，在 Lambda 中，由于其定价模型，“更快”还能带来实实在在的成本效益。 目前，Lambda 原生支持 Java 8 和 Java 11 运行时。Lambda 平台会在其 Linux 环境中实例化 Java 运行时环境，然后在该 Java 虚拟机中运行代码。因此，代码必须与该运行时环境兼容，但并不局限于只使用 Java 语言，Scala、Clojure、Kotlin 等其他 JVM 语言也可以在 Lambda 上运行。 Lambda 平台在运行时会提供一些基本库（例如 AWS Java 库的一个小子集），但代码所需的其他任何库都必须与代码本身一起提供。开发者可以在相关文档中学习如何进行代码的构建和打包。 需要注意的是，Java 中的 Lambda 表达式与 AWS Lambda 函数并无关联。开发者可以根据需要在 AWS Lambda 函数中使用 Java Lambda 表达式。 #### 6. 总结 无服务器计算是云计算的下一次演进，它通过依赖能够透明地处理资源管理、扩展等功能且无需配置的服务来构建应用程序。函数即服务（FaaS）和后端即服务（BaaS）是无服务器的两个组成部分，其中 FaaS 是无服务器中的通用计算范式。 亚马逊 Web 服务（AWS）是全球最受欢迎的云平台之一，它拥有巨大的容量来托管应用程序，并且可以通过 Web 控制台以及 API/CLI 进行访问。 AWS Lambda 作为亚马逊的 FaaS 产品，与传统构建的应用程序相比有很大的不同。它具有诸多优势，如成本低、操作简单、扩展灵活等，并且与其他 AWS 服务结合使用时能够快速构建应用程序。 Lambda 函数可以通过同步和异步两种方式调用，并且有多种应用场景，包括 Web API、文件处理、消息处理、电子邮件处理和定时任务等。 在语言选择方面，虽然 JavaScript 和 Python 是受欢迎的入门语言，但 Java 在大型应用程序和高吞吐量场景中也有其独特的优势。 总之，AWS Lambda 为开发者提供了一个强大而灵活的平台，能够帮助他们更高效地构建和部署应用程序。无论是对于初学者还是有经验的开发者来说，了解和掌握 AWS Lambda 都是在云计算领域取得成功的重要一步。 以下是一个总结表格，展示了 AWS Lambda 的关键特性和优势： |特性|描述| |----|----| |交互方式|可通过 Web 控制台、API 和 CLI 与 AWS 交互| |FaaS 实现|实例化临时 Linux 环境，一次处理一个事件，15 分钟超时限制| |无服务器特性|无需管理主机和应用实例，自动扩展和供应，基于精确使用量计费，性能与内存相关，隐式高可用性| |应用场景|Web API、文件处理、消息处理、电子邮件处理、定时任务等| |语言支持|支持多种语言，Java 在大型应用和高吞吐量场景有优势| 通过合理利用 AWS Lambda 的这些特性和优势，开发者可以在无服务器计算的浪潮中构建出更加高效、灵活和可扩展的应用程序。