Использование функций Azure для архитектур, управляемых событиями без сервера

Оригинальное название: The Serverless Shift

Современные облачные приложения требуют гибкости, масштабируемости и экономической эффективности — требований, которым часто не могут удовлетворить традиционные, всегда включенные серверные архитектуры. Бессерверные вычисления появились как парадигма, которая абстрагирует управление инфраструктурой, позволяя разработчикам сосредоточиться исключительно на бизнес-логике. В основе бессерверного предложения Microsoft Azure лежат функции Azure, служба, которая позволяет запускать код, управляемый событиями, в полностью управляемой среде. Эта статья обеспечивает авторитетный, глубокий взгляд на функции Azure, от основных концепций до продвинутых шаблонов реализации, гарантируя, что вы можете использовать эту услугу для надежных архитектур, управляемых событиями.

Что такое функции Azure?

Azure Functions - это бессерверная вычислительная служба, которая позволяет выполнять небольшие части кода - называемые функциями - в ответ на широкий спектр событий. В отличие от моделей платформы как услуги (PaaS) или инфраструктуры как услуги (IaaS), бессерверные вычисления устраняют необходимость предоставления или управления серверами. Функции Azure автоматически масштабируются на основе входящих триггеров и масштабируются до нуля при простое время, поэтому вы платите только за вычислительное время, которое ваш код фактически потребляет (измеряется в секундах и расход ресурсов).

Каждая функция не имеет состояния по дизайну, хотя вы можете сохранять состояние с помощью внешнего хранилища или баз данных. Среда выполнения поддерживает несколько языков программирования, включая C#, JavaScript, Python, Java, PowerShell и TypeScript. Функции размещаются внутри приложения Function, которое действует как контейнер для группировки и управления связанными функциями, совместной настройки и масштабирования в качестве блока.

Триггеры, Обязательства и Время выполнения

Основная концепция Azure Functions — триггер — событие, которое заставляет функцию выполнять. Общие триггеры включают HTTP-запросы, расписания таймеров (крон-подобные), сообщения из Azure Queue Storage или Service Bus, создаваемые или обновляемые в Blob Storage и события из Event Grid. Помимо триггеров Azure Functions поддерживает входные и выходные связи, которые являются декларативными соединениями с другими службами. Например, функция, запускаемая HTTP-запросом, может автоматически считывать данные из Cosmos DB (вход-связь) и записывать сообщение в очередь (вход-связь) без написания кода соединения. Этот декларативный подход уменьшает бойлерплейт и ускоряет разработку.

Ключевые особенности в глубине

Помимо основ, некоторые функции делают Azure Functions мощным выбором для архитектур, управляемых событиями:

Сравнение с традиционной архитектурой

В традиционной монолитной или N-уровневой архитектуре серверы работают непрерывно, потребляя ресурсы даже в режиме ожидания. Функции без сервера, управляемые событиями, инвертируют эту модель: вычисления существуют только при необходимости. Это приводит к снижению эксплуатационных расходов, снижению сложности масштабирования и более быстрому выходу на рынок, поскольку разработчики пропускают предоставление сервера. Однако модель без сервера также вводит такие соображения, как холодные запуски (задержка, когда функция раскручивается после простоя) и ограничения времени выполнения, которые должны учитываться в дизайнерских решениях.

Практические примеры использования функций Azure

Функции Azure хорошо подходят для широкого спектра сценариев. Ниже приведены подробные примеры, демонстрирующие их универсальность:

Реализация событийно-ориентированных архитектур

Архитектура событий (EDA) отделяет производителей событий от потребителей, повышая гибкость и устойчивость. Функции Azure являются естественными потребителями событий, а Microsoft Azure обеспечивает богатую экосистему источников событий и брокеров сообщений. Ключевые компоненты EDA на Azure включают:

Фан-аут / Fan-in

Общим шаблоном является использование Event Grid для вентиляции одного события для нескольких функций Azure, каждая из которых выполняет другую задачу (например, одна функция проверяет, другая обогащает, третья хранит). И наоборот, шаблон вентилятора может иметь несколько источников событий, запускающих одну функцию, которая объединяет данные. Например, когда новый пользователь регистрируется, событие запускает функцию, которая отправляет приветственное электронное письмо, еще одно обновление CRM и третий журнал для аналитики - все параллельно.

Пример: Обновление инвентаризации в реальном времени

Рассмотрим платформу электронной коммерции, где события покупки должны мгновенно обновлять инвентарь.

  1. Размещается заказ, который записывает сообщение в очередь хранения Azure Queue (источник триггера).
  2. Функция Azure, спровоцированная очередью, собирает сообщение, запрашивает базу данных (через привязку к входу) для получения текущих уровней запасов и вычитает упорядоченное количество.
  3. Функция обновляет базу данных (через связывание вывода) и необязательно публикует событие в Event Grid, чтобы уведомить систему склада или кэширующий слой.
  4. Если обновление не удается, функция автоматически перезаписывается, а необработанные сообщения переходят в ядовитую очередь для ручного вмешательства.

Эта архитектура эластична: флеш-продажа, генерирующая сотни заказов в секунду, приведет к мгновенному масштабированию функций Azure, обрабатывая каждый заказ без какой-либо заранее предусмотренной емкости.

Начало работы с функциями Azure

Чтобы начать создавать свои собственные функции, основанные на событиях, выполните следующие шаги:

  1. Создайте учетную запись Azure и группу ресурсов: Если у вас нет подписки на Azure, зарегистрируйтесь на бесплатную пробную версию, которая включает кредиты в течение первых 30 дней.
  2. Предоставьте функциональное приложение: Используйте портал Azure, CLI () или шаблоны инфраструктуры в виде кода (ARM, Terraform). Выберите стек времени выполнения (например, .NET, Node.js, Python) и план хостинга. Для большинства рабочих нагрузок, управляемых событиями, план потребления идеален.
  3. Настройте триггер: В вашем приложении Функции создайте новую функцию и выберите шаблон триггера. Например, выберите «триггер HTTP» для веб-хука или «триггер Azure Queue Storage» для обработки сообщений. Вам нужно будет настроить строки соединения для таких служб, как Учетная запись Хранения в настройках приложения .
  4. Напишите и проверьте код: Используйте онлайн-редактор кода портала или лучше, разработайте локально с помощью Azure Functions Core Tools. Локальное время выполнения эмулирует облачную среду, позволяя тестировать триггеры и связывания с фактическими конечными точками обслуживания (через строки подключения) или эмуляторами (например, Azurite для Azure Storage).
  5. Развернуть: Опубликовать свой функциональный код из Visual Studio Code, Jenkins, GitHub Actions или Azure Pipelines.Непрерывное развертывание из репозитория Git просто.
  6. Монитор и журнал: Включите Application Insights для вашего функционального приложения, чтобы видеть телеметрию в реальном времени, скорость запросов, количество отказов и журналы прямой трансляции. Используйте вкладку «Монитор» на портале или расширенные запросы в Log Analytics.

Лучшие практики для использования в производстве

Для обеспечения надежности, производительности и ремонтопригодности придерживайтесь этих руководящих принципов:

  • Дизайн для идемпотенции: Функции могут выполняться более одного раза из-за повторных попыток или по меньшей мере один раз гарантии доставки. Убедитесь, что обработка одного и того же события несколько раз дает один и тот же результат (например, используйте операции по увеличению мощности, проверьте дубликаты).
  • Минимизируйте холодные запуски: Для приложений, чувствительных к задержкам, рассмотрите Премиум-план или уменьшите зависимости, используя более легкие среды выполнения (функции PowerShell имеют более тяжелые холодные запуски).
  • Использование инъекций зависимости: В C# (и экспериментальных на других языках) настройте DI для инъекций сервисов, таких как клиенты баз данных или HTTP-клиенты. Это способствует проверяемости и эффективному повторному использованию ресурсов (].
  • Установите надлежащие политики тайм-аута и повторного запуска: План потребления ограничивает выполнение функции до 5 минут (настраивается до 10 минут). Для более длинных задач используйте функции длительного действия или перейдите к Премиум-плану. Настройте политики повторного запуска для конкретных триггеров (например, триггеры очереди имеют автоматическую повторную проверку с экспоненциальным обратным выключением).
  • Безопасные соединения: Никогда не храните строки соединений или секреты в коде. Используйте ссылки Azure Key Vault в настройках приложений и управляемые идентификаторы для доступа к ресурсам без секретов.
  • Внедрить структурированную логистику: Использовать (C#) или эквивалентно излучать контекстные журналы, включая идентификаторы корреляции.

Управление затратами и оптимизация

В то время как функции Azure являются экономически эффективными, неожиданное использование может раздувать счета. Следуйте этим методам, чтобы снизить затраты:

  • Количество и продолжительность выполнения монитора: Azure предоставляет оповещения о затратах и пороговые значения бюджета. Используйте Azure Cost Management для отслеживания расходов на приложение Функции.
  • Выберите правильный план: План потребления является самым дешевым для трафика с низким и средним уровнем. Премиум-план предлагает фиксированную ежемесячную стоимость без холодных запусков. План выделенного обслуживания (App Service) предназначен для высоких, предсказуемых нагрузок, но несет постоянные расходы.
  • Оптимизация функционального кода: Неэффективный код (например, тяжелые циклы, неоптимизированные запросы к базе данных) увеличивает время выполнения и память, таким образом, стоимость.
  • Использовать триггер-специфическое ценообразование: Сами триггерные источники могут иметь затраты.Например, Event Grid имеет плату за событие; минимизировать ненужные события, фильтруя в источнике.

Мониторинг, отладка и регистрация

Без сервера для подключения традиционные методы отладки не применяются. Функции Azure предоставляют несколько инструментов:

  • Интеграция с приложениями Insights: Включите его во время создания приложения Функции или позже. Он захватывает телеметрию, такую как частота запросов, количество отказов, зависимости и пользовательские метрики. Вы можете настроить оповещения об аномалиях (например, высокая частота отказов).
  • Live Metrics Stream: Просмотр данных о производительности в реальном времени, включая процессор, память и количество выполняемых функций, с возможностью выборки живых следов.
  • Запись на уровне функционала: Используйте (или эквивалент) для добавления пользовательских сообщений журнала. Они появляются в Application Insights и вкладке Журналы портала.
  • Удалённая отладка (Премиум-план): Прикрепите отладчик от Visual Studio к запущенной функции в Премиум-плане — полезно для диагностики проблем в средах, не связанных с разработкой.
  • Аутентификация на основе маркеров и RBAC: Безопасные конечные точки с Azure AD, ключами API или авторизацией на уровне функций. Мониторинг сбоев аутентификации с помощью журналов.

Рассмотрение вопросов безопасности

Безсерверный не означает безопасную защиту. Защита ваших функций и данных:

  • Безопасность сети: Используйте интеграцию виртуальной сети (Премиум-план), чтобы позволить функциям получать доступ к ресурсам внутри VNet, или используйте конечные точки обслуживания / частные конечные точки для услуг PaaS.
  • Аутентификация и авторизация: Для HTTP-запуска функций, обеспечить Azure AD, Facebook, Google, Twitter или API ключ аутентификации. Встроенная проверка токенов может быть настроена без дополнительного кода.
  • Безопасный ввод: Проверка и дезинфицирование данных с триггеров, особенно пользовательских входов, таких как HTTP тело или строки запросов, чтобы избежать атак инъекции.
  • Защита данных: Шифрование данных в состоянии покоя и в пути. Используйте хранилище ключей Azure для автоматического вращения секретов и сертификатов.
  • Доступ с наименьшими привилегиями: Назначение управляемых идентификаторов только с необходимыми разрешениями (например, доступ только для чтения к базе данных), а не с использованием широких строк подключения.

Интеграция и экосистема

Функции Azure тесно интегрированы с более широкой экосистемой Azure и сторонними сервисами:

  • Приложения Azure Logic: Приложения Trigger Logic из функции или функции вызова из Приложений Logic для пользовательских шагов кода.
  • Лазурная решётка событий: Используйте решётку событий в качестве триггера или выходного связывания — функции могут как потреблять, так и публиковать пользовательские события.
  • Управление API Azure: Выявление HTTP-запущенных функций через API-управление для расширенной маршрутизации, дросселирования и кэширования.
  • Azure Kubernetes Service (AKS): С помощью KEDA (Kubernetes Event-Driven Autoscaling) вы можете запускать контейнеры Azure Functions на AKS, унифицируя бессерверную с оркестровкой контейнеров, если это необходимо.
  • Сторонние сервисы: Обязательства существуют для SendGrid, Twilio, Event Hubs, Service Bus и даже не-Azure сервисов через пользовательские HTTP-привязки.

Для получения полного списка доступных привязок и расширений, обратитесь к официальным триггерам Azure Functions и документации привязки .

Сравнение функций Azure с другими платформами без серверов

Разработчики часто оценивают нескольких поставщиков облачных сервисов. Azure Functions имеют общие черты с AWS Lambda и Google Cloud Functions, но существуют ключевые различия:

  • Языковая поддержка: Все три языка поддерживают основные языки, но Azure имеет самую широкую поддержку первого класса (включая PowerShell и C# с сильным инструментарием).
  • Модель связывания: Декларативные привязки ввода/вывода Azure уникальны. AWS Lambda требует ручных вызовов SDK для подключения к другим сервисам.
  • Долговременные функции: Мощное расширение для государственного оркестровки, которое конкурирует с AWS Step Functions.
  • Производительность холодного старта: Функции AWS Lambda и Azure имеют сопоставимое время запуска с холодным стартом, хотя Премиум-план Azure предлагает предварительно отогретые экземпляры.
  • Ценообразование: Все три предлагают щедрые бесплатные уровни. Модель ценообразования Azure включает в себя первые 400 000 ГБ-с исполнения в месяц. Для подробной разбивки см. Страницу ценообразования Функции Лазурного поля и сравните с ценой AWS Lambda.

Заключение

Azure Functions обеспечивают надежную, масштабируемую и экономически эффективную платформу для создания архитектур, основанных на событиях. Отделив производителей событий от потребителей, вы можете создавать системы, которые реагируют в режиме реального времени, автоматически масштабируются и уменьшают операционные накладные расходы. Независимо от того, обрабатываете ли вы данные IoT, автоматизируете бизнес-процессы или создаете безсерверный API, Azure Functions предлагает гибкость и интеграцию, необходимые для успеха. Начните с малого с одной функции, а затем расширяйтесь до сложных оркестровок с использованием Durable Functions и Event Grid. С лучшими практиками, изложенными здесь, вы будете хорошо оснащены для разработки решений производственного уровня, которые используют всю мощь бессерверных вычислений на Microsoft Azure.