云原生干货｜一文读懂函数编程及其工作原理

啥是函数编程

我先用通俗的大白话给大家解释一下函数(Functions, Function as a Service, FaaS)的几个要点，这样看后面示例时才不会容易懵。

• 函数就是在云平台体系内运行的、与云平台融合一体的一段程序逻辑（当然也有镜像什么的其他形态）。
• 通过云平台本身能力，在HTTP事件或是云平台其他事件（如：消息队列有新消息时）发生时，函数会被云平台调度执行。
• 函数的运行实例（理解为进程或是容器POD）的数量可以配置，在无负载时甚至可以是0，负载到来时云平台会Auto-Scale函数。

其他大理论再讲就枯燥了，不如先在实际环境看看函数编程长啥样。

我们看看微软Azure云上的函数产品的设计思路。

在Azure云上函数产品叫 Function App。创建一个Function App如下，我们选择采用Python编码：

在Function App的上下文菜单内，创建一个function，选择HTTP Trigger，当你函数对应域名收到HTTP事件（GET,POST,UPDATE,DELETE）时函数会被执行，同时我们看到有大量的其他非HTTP事件可以订阅，比如：定时器执行函数或是每当消息被添加到RabbitQ时运行的函数等：

然后进入函数编码阶段。这里我已经做了很多简化，本来是一大堆代码可以通过上下文来判断HTTP请求类型什么的，但其主体逻辑仅仅是一个def main函数：

其运行效果如下：

我们再来看看阿里云的产品，函数计算FC。

我们先创建一个函数，就用最简单的模式吧，主要我们还是关注云平台上函数相关产品的设计思路：

函数本身的代码是可以支持许多不同语言的，提供的示例代码让我们体验函数功能就非常方便：

这里有个触发器，我们先试试HTTP触发，大家看到阿里云做的比较细腻，还可以订阅具体的HTTP请求方法，比如：只有在HTTP GET时才触发函数，这比只是在函数体内逻辑加以区分多了一个选择。

然后就进入云端IDE看函数的代码了，我们可以看到全部的代码真的只是一个函数 def handler，函数的内容就是对我们之前设置的HTTP事件做出响应。

通过云平台提供的URL访问函数时，我们可以得到预期的返回结果（阿里云平台遵守相关规定，在没有绑自己的域名时，会强制以附件形式下载）：

通过前述示例，我们可以看到函数本身真的就是一个程序里的函数(def handler)，把函数写好了，其他的诸如：①引入库、开端口什么的框架代码；②HTTP和其他平台事件的接管、对接；③程序实例本身的运行和程序容量的管理等，都不需要再操心了，因为云平台本身帮我们全部搞定。

因此，大家可以看到函数产品有至少如下的两点好处：

• 把编程从原来的作文题变成了填空题，极大程度地简化了我们对于代码的编写工作。让我们关注于业务逻辑本身，其他的不用过多操心，而且通过云平台的包括云端IDE能力，让函数的编写和调试更加方便；
• 原来，可能存在大量的平时没有什么访问量的业务，但不得不还得跑上几个虚拟机或是容器干等着，以备偶然少量的访问；而突如其来的大业务量又让我们的Scale能力跟不上，这个资源上的尴尬局面，函数可以很好地加以解决——没有访问量时实例数可以缩小到0（或是你指定的一个值），而有了访问量平台可以自动并快速地Scale函数。

但也要注意，当决定使用函数时有以下的不利因素也需要考虑清楚：

• 函数和云平台深度耦合，离开云平台函数不能再独立运行；
• 不同云平台的函数产品完全不一致，你在A云上的函数代码到B云上不能运行；
• 如果不是新业务场景，已有代码逻辑需要大幅度改动才能适配函数（除非以镜像形态只享受云平台带来的资源管理优势）；
• 函数不是万能的，有些复杂的场景函数不一定是合适的选择。

云平台是如何工作以支持函数的

前面咱们介绍的函数本身背景，大伙会明白云平台本身对函数来说极为重要，离开了云平台函数就不能工作了。那这一节我们一起聊聊云平台本身是如何支持函数运行的，我相信这对于希望在私有云建设函数能力的朋友们会有些借鉴意义。

问题一：关于函数本体和运行他所需的代码框架

我们都知道原来写一个最简单的HTTP响应也得用Flask之类的库, 前后代码把函数框成一个完整的代码，程序才能跑得起来：

但为什么函数编程真的只有一个函数 def handler 就能运行呢？这不科学啊。其实他也没那么神秘。云平台本身是通过一个function-framework 或是叫bootstrap的框架把函数包起来，还是一个运行在容器里的完整的应用程序来执行的。不同云平台或是不同语言的实现方式可能有所不同，比如采用代码合成或是反射机制等。这里我们可以看看Google的一套开源实现：

所以这样的一套框架相当于把作文中开头、结尾给写好了，只要遵循他，把填空内容弄好，则最后的结果，还是一个我们可以理解的、完整的程序代码实现，然后云平台再一起把他们打包运行。

恰恰是从包裹函数的framework或是bootstrap就各家实现不一了，所以函数的跨云兼容性可能是个阻碍用户选择函数的重要原因。因此，行业有一些开源项目，在努力形成不同云上的统一函数的使用方法（使用标准还远远谈不上），大家可以参考看看。

问题二：HTTP事件和平台事件的管理和与函数对接

因为前面已经通过framework或是bootstrap包裹技术实现了函数的运行，基本上他表达的就是一个HTTP形态的API。通过云平台提供的域名接入或是私有云的Ingress-Controller或是其他类似的机制把域名绑起来，然后把对应的域名的HTTP事件和函数触发绑起来，这个不太难。但云平台上的其他事件就千奇百态，云平台上不同的产品的不同事件，理论上都应该可以触发函数，那么有的云平台内部产品（如：数据库、中间件、AI、大数据）丰富一些，那自然函数的用武之地也更多；而如果有些云平台本身的产品就比较少，即便提供了函数编程产品，其适用场景也有一定局限性。

问题三：函数的运行实例是如何管理和Scale的

即然函数是可以0实例存在（此时不产生云平台费用），也可以在流量到达时快速响应， 我相信容器技术会扮演一个重要的角色。或许更具体地说，可能用到了Knative技术。Knative是继Kubernetes之后在云原生领域众多新兴技术之一，我和我和团队关注Knative非常的早。用他官网的定义来说：

“Knative is a platform-agnostic solution for running serverless deployments.”

似乎看了和没看一样，我个人对Knative的研究没有我行云的同事们那么精通，我的粗糙理解就是三个事：

• (Serving) Kubernetes 上实现对实例更精细的scaling管理，可以支持0实例等，这个能力原来标准的K8s HPA是做不到的，区别行业管Knative的scaling能力叫KPA
• (Eventing) 事件管理机制，Knative引入了标准，来通过CRD等能力扩展Kubernetes 实现对事件的管理。
• (Building) 就是简单理解为Kubernetes上实现了CICD，就是Tekton技术。

小结

今天和大伙简单聊聊函数编程FaaS是怎么回事，并且从其工作原理角度进行了些许阐述。后面我会从私有云平台建设函数编程能力来分享几个话题：

• 众多FaaS开源项目的发展如何，作何选择？
• Knative技术和你已有的PaaS平台如何融合？
• 最为关键的是，你的企业真的需要建设函数能力吗？
• 那么，函数在私有云里最有意义的落地场景是什么？

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