• 距离 Java 开发者玩转 Serverless,到底还有多远?


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    作者 | 方剑(洛夜)  Spring Cloud Alibaba 开源项目负责人/创始人之一
    来源|阿里巴巴云原生公众号

    导读:本文摘自 Spring Cloud Alibaba 开源项目创始团队成员方剑撰写的《深入理解 Spring Cloud 与实战》一书,主要讲述了 Java 微服务框架 Spring Boot/Cloud 这个事实标准下如何应对 FaaS 场景。

    Serverless & FaaS

    2019 年,O'Reilly 对 1500 名 IT 专业人员的调查中,有 40% 的受访者在采用 Serverless 架构的组织中工作。2020 年 DataDog 调查显示,现在有超过 50% 的 AWS 用户正在使用 Serverless 架构的 AWS Lambda。

    Serverless 正在成为主流,于是就诞生了下面这幅图,从单体应用的管理到微服务应用的管理再到函数的管理。

    1.png

    Serverless 到目前为止还没有一个精准定义。Martin Fowler 在个人博客上有一篇《Serverless Architectures》文章,其对 Serverless 的的定义分成了 BaaS 或 FaaS。

    2.png

    Baas 是全称是 Backend-as-a-Service,后端即服务,FaaS 的全称是 Function-as-a-Service,函数即服务。

    今天我们来聊聊 FaaS。这是维基百科对 FaaS 的定义:

    函数即服务(FaaS)是一类云计算服务,它提供了一个平台,使客户可以开发,运行和管理应用程序功能,而无需构建和维护通常与开发和启动应用程序相关的基础架构。遵循此模型构建应用程序是实现 Serverless 架构的一种方法,通常在构建微服务应用程序时使用。

    对于 Python、JavaScript 这种天生支持 Lambda 的开发语言,和 FaaS 简直是完美结合。Serverless Framework 的调研报告也很好地说明了这一点。NodeJS、Python 是 FaaS 使用率前二的语言。

    3.png

    我们知道,因为 JVM 占用的内存比较大,所以 Java 应用的启动会有点慢,不太适合 FaaS 这个场景,这也是 Java 在使用率上偏低的原因。

    另外,对 Java 开发者来说 Spring Boot/Cloud 已经成为了事实标准,依赖注入是 Spring Framework 的核心,Spring Boot/Cloud 这个事实标准应对 FaaS 这个场景,会碰撞出怎么样的火花呢?这就是今天我们要聊的 Spring Cloud Function。

    Java Function

    在对 Spring Cloud Function 介绍之前,我们先来看 Java 里的核心函数定义。

    JDK 1.8 推出了新特性 Lambda 表达式,java.util.function 包下面提供了很多的函数。这 3 个函数尤为重要:

    1. java.util.function.Function: 需要一个参数,得到另一个结果.

    @FunctionalInterface
    public interface Function<T, R> {
        R apply(T t);
    }
    

    比如通过 Stream API 里的 map 方法可以通过 Function 把字符串从小写变成大写:

    Stream.of("a", "b", "c").map(String::toUpperCase);
    

    这里的 map 方法需要一个 Function 参数:

    <R> Stream<R> map(Function<? super T, ? extends R> mapper);
    

    2. java.util.function.Consumer: 需要一个参数进行操作,无返回值。

    @FunctionalInterface
    public interface Consumer<T> {
        void accept(T t);
    }
    

    比如通过 Stream API 里的 forEach 方法遍历每个元素,做对应的业务逻辑处理:

    RestTemplate restTemplate = new RestTemplate();
    Stream.of("200", "201", "202").forEach(code -> {
        ResponseEntity<String> responseEntity =
            restTemplate.getForEntity("http://httpbin.org/status/" + code, String.class);
        System.out.println(responseEntity.getStatusCode());
    });
    

    3. java.util.function.Supplier: 得到一个结果,无输入参数。

    @FunctionalInterface
    public interface Supplier<T> {
        T get();
    }
    

    比如自定义 Supplier 可以返回随机数:

    Random random = new Random();
    
    Supplier supplier100 = () -> random.nextInt(100);
    Supplier supplier1000 = () -> random.nextInt(1000);
    
    System.out.println(supplier100.get());
    System.out.println(supplier1000.get());
    

    Spring Cloud Function

    Java Function 的编程模型非常简单,本质上就是这 3 个核心函数:

    • Supplier
    • Function<I, O>
    • Consumer

    Spring Cloud Function 是 Spring 生态跟 Serverless(FaaS) 相关的一个项目。它出现的目的是增强 Java Function,主要体现在这几点:

    • 统一云厂商的 FaaS 编程模型: Spring Cloud Function 的口号是 "Write Once, Run Anywhere"。我们写的 Spring Cloud Function 代码可以运行在本地、各个云厂商(AWS Lambda, GCP Cloud Functions, Azure Functions)。

    • 自动类型转换: 理解过 Spring MVC 或者 Spring Cloud Stream 的同学肯定对 HttpMessageConverter 或者 MessageConverter 模型,这个转换器的作用是将 HTTP BODY(或者 Message Payload)、HTTP Query Parameter、HTTP HEADER(或者 Message Header)自动转换成对应的 POJO。有了这个特性后,我们就无需关注函数的入参和返回值,用 String 参数就可以获取原始的入参信息,用 User 这个 POJO 参数就可以将原始的入参参数自动转换成 User 对象。

    • 函数组合: 可以让多个函数之间进行组合操作。

    • 函数管理: 新增 FunctionCatalog、FunctionRegistry 接口用于 Function 的管理。管理 ApplicationContext 内的 Function,动态注册 Function 等操作。

    • Reactive 支持: Spring Cloud Function 新增比如 FluxFunction、FluxSupplier、FunctionConsumer 这种 Reactive 函数。

    • 自动跟 Spring 生态内部原有的组件进行深度集成:

      • Spring Web/Spring WebFlux: 一次 HTTP 请求是一次函数调用。
      • Spring Cloud Task: 一次任务执行是一次函数调用。
      • Spring Cloud Stream: 一次消息消费/生产/转换是一次函数调用。

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    这里再多介绍统一云厂商的 FaaS 编程模型,让大家对 Spring Cloud Function 更有体感。

    AWS Lambda 是第一个是提供 FaaS 服务的云厂商,RequestStreamHandler 是 AWS 提供的针对 Java 开发者的接口,需要实现这个接口:

    public class HandlerStream implements RequestStreamHandler {
      @Override
      public void handleRequest(InputStream inputStream, OutputStream outputStream, Context context) throws IOException
      {
        ...
    

    Azure Functions 针对 Java 开发者提供了 @HttpTrigger 注解:

    public class Function {
        public String echo(@HttpTrigger(name = "req", 
          methods = {HttpMethod.POST},  authLevel = AuthorizationLevel.ANONYMOUS) 
            String req, ExecutionContext context) {
            ...
        }
    }
    

    从这两段代码可以看出,不同的云厂商要编写不同的代码。如果要变换云厂商,这个过程会很痛苦。

    另外,无论是 AWS、Azure 或者 GCP 提供的接口或注解,他们没有任何 Spring 上下文相关的初始化逻辑。如果我们是一个 Spring Boot/Cloud 应用迁移到 FaaS 平台,需要添加 Spring 上下文初始化逻辑等改动量。

    Spring Cloud Function 的出现就是为了解决这些问题。

    Spring Cloud Function 的使用

    Spring Cloud Function & Spring Web:

    @SpringBootApplication
    public class SpringCloudFunctionWebApplication {
    
        public static void main(String[] args) {
            SpringApplication.run(SpringCloudFunctionWebApplication.class, args);
        }
    
        @Bean
        public Function<String, String> upperCase() {
            return s -> s.toUpperCase();
        }
    
        @Bean
        public Function<User, String> user() {
            return user -> user.toString();
        }
    
    }
    

    访问对应的 Endpoint:

    $ curl -XPOST -H "Content-Type: text/plain" localhost:8080/upperCase -d hello
    HELLO
    $ curl -XPOST -H "Content-Type: text/plain" localhost:8080/user -d '{"name":"hello SCF"}'
    User{nameu003du0027hello SCFu0027}
    

    Spring Cloud Function & Spring Cloud Stream:

    @SpringBootApplication
    public class SpringCloudFunctionStreamApplication {
    
        public static void main(String[] args) {
            SpringApplication.run(SpringCloudFunctionStreamApplication.class, args);
        }
    
        @Bean
        public Function<String, String> uppercase() {
            return x -> x.toUpperCase();
        }
    
        @Bean
        public Function<String, String> prefix() {
            return x -> "prefix-" + x;
        }
    
    }
    

    加上 function 相关的配置(针对 input-topic 上的每个消息,payload 转换大写后再加上 prefix- 前缀,再写到 output-topic 上):

    spring.cloud.stream.bindings.input.destination=input-topic
    spring.cloud.stream.bindings.input.group=scf-group
    
    spring.cloud.stream.bindings.output.destination=output-topic
    
    spring.cloud.stream.function.definition=uppercase|prefix
    

    Spring Cloud Function & Spring Cloud Task:

    @SpringBootApplication
    public class SpringCloudFunctionTaskApplication {
    
        public static void main(String[] args) {
            SpringApplication.run(SpringCloudFunctionTaskApplication.class, args);
        }
    
        @Bean
        public Supplier<List<String>> supplier() {
            return () -> Arrays.asList("200", "201", "202");
        }
    
        @Bean
        public Function<List<String>, List<String>> function() {
            return (list) ->
                list.stream().map( item -> "prefix-" + item).collect(Collectors.toList());
        }
    
        @Bean
        public Consumer<List<String>> consumer() {
            return (list) -> {
                list.stream().forEach(System.out::println);
            };
        }
    
    }
    

    加上 function 相关的配置(Supplier 模拟任务的输入源,Function 模拟对任务输入源的处理,Consumer 模拟处理对 Function 处理输入源后的数据):

    spring.cloud.function.task.function=function
    spring.cloud.function.task.supplier=supplier
    spring.cloud.function.task.consumer=consumer
    

    《深入理解 Spring Cloud 与实战》一书正式开始预售啦,这是一本深入剖析 Spring Cloud 全家桶的书籍,涉及以下内容

    • Spring Boot 核心特性
    • Spring Cloud 服务注册/服务发现原理剖析
    • 双注册双订阅模型完成 Eureka 迁移至 Nacos 的案例
    • 负载均衡:Spring Cloud LoadBalancer 和 Netflix Ribbon
    • Dubbo Spring Cloud:Spring Cloud 与 Apache Dubbo 的融合
    • Spring Cloud 灰度发布案例
    • Spring 体系配置,动态刷新加载原理剖析
    • Spring Cloud Circuit Breaker 抽象以及 Sentinel、Hystrix、Resilience4j 熔断器对比
    • Spring 体系消息编程模型剖析
    • Spring Cloud Data Flow 完成批处理和流处理任务
    • Spring Cloud Gateway 网关剖析
    • Spring 与 Serverless 的融合

    作者简介

    方剑  Spring Cloud Alibaba 开源项目负责人/创始人之一。《深入理解 Spring Cloud 与实战》作者,Apache RocketMQ Committer,Alibaba Nacos Committer。曾在个人博客上编写过《SpringMVC 源码分析系列》、《SpringBoot 源码分析系列》文章,目前,关注微服务、云原生、Kubernetes。

    《深入理解 Spring Cloud 与实战》作者方剑将出席1 月 9 日 Spring Cloud Alibaba 上海站,现场活动也有互动赠书活动,欢迎来现场与作者面基。活动报名:https://www.huodongxing.com/event/2576519081911

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