Von Null zur Skalierung mit AWS Serverless

In den letzten Jahren sind Cloud-native Anwendungen zum Standard vieler Unternehmen geworden, um skalierbare Anwendungen zu erstellen. Unter den vielen Fortschritten in Cloud-Technologien sticht die serverlose Architektur als transformative Herangehensweise hervor. Benutzerfreundlichkeit und Effizienz sind die beiden wichtigsten Eigenschaften für die moderne Anwendungsentwicklung, und serverlose Architekturen bieten diese. Dies hat Serverless zum Game Changer sowohl für die Cloud-Anbieter als auch für die Verbraucher gemacht.

Für Unternehmen, die Anwendungen mit diesem Ansatz entwickeln möchten, bieten die großen Cloud-Anbieter verschiedene serverlose Lösungen an. In diesem Artikel werden wir die Merkmale, Vorteile und Herausforderungen dieser Architektur sowie Anwendungsfälle erkunden. In diesem Artikel habe ich AWS als Beispiel verwendet, um die Konzepte zu erforschen, aber die gleichen Konzepte sind bei allen großen Cloud-Anbietern anwendbar.

Serverless

Serverless bedeutet nicht, dass es keine Server gibt. Es bedeutet einfach, dass die zugrunde liegende Infrastruktur für diese Dienste von den Cloud-Anbietern verwaltet wird. Dies ermöglicht es den Architekten und Entwicklern, die Anwendungen zu entwerfen und zu erstellen, ohne sich um die Verwaltung der Infrastruktur kümmern zu müssen. Es ist ähnlich wie bei der Nutzung der Mitfahr-App Uber: Wenn Sie eine Fahrt benötigen, müssen Sie sich keine Gedanken über den Besitz oder die Wartung eines Autos machen. Uber kümmert sich darum, und Sie konzentrieren sich einfach darauf, mit der Fahrt dorthin zu gelangen, wohin Sie möchten, indem Sie für die Fahrt bezahlen.

Serverlose Architekturen bieten viele Vorteile, die sie für viele Anwendungsfälle geeignet und attraktiv machen. Hier sind einige der wichtigsten Vorteile:

Auto Scaling

Einer der größten Vorteile der serverlosen Architektur ist, dass sie von Natur aus Skalierung unterstützt. Cloud-Anbieter übernehmen die schwere Arbeit, um nahezu unbegrenzte, sofort einsatzbereite Skalierbarkeit anzubieten. Wenn beispielsweise eine App, die mit serverlosen Technologien entwickelt wurde, plötzlich an Popularität gewinnt, skalieren die Tools oder Dienstleistungen automatisch, um den Anforderungen der App gerecht zu werden. Wir müssen nicht mitten in der Nacht aufstehen, um die Server oder andere Ressourcen hinzuzufügen.

Fokus auf Innovation

Da Sie nicht mehr mit der Verwaltung von Servern belastet sind, können Sie sich stattdessen darauf konzentrieren, die Anwendung zu entwickeln und Funktionen für das Wachstum der App hinzuzufügen. Für jede Organisation, ob klein, mittel oder groß, hilft dieser Ansatz, sich auf das Wesentliche zu konzentrieren – das Wachstum des Geschäfts.

Kosteneffizienz

Bei traditionellen Servermodellen zahlen Sie oft für ungenutzte Ressourcen, da sie im Voraus gekauft und selbst dann verwaltet werden, wenn sie nicht genutzt werden. Serverless ändert dies, indem es zu einem Pay-as-you-use-Modell wechselt. In den meisten Szenarien zahlen Sie nur für die Ressourcen, die Sie tatsächlich nutzen. Wenn die App, die Sie entwickeln, nicht sofort Anklang findet, sind Ihre Kosten minimal, als würden Sie für eine einzelne Sitzung anstatt für ein ganzes Jahr zahlen. Mit steigendem Traffic der App wachsen die Kosten entsprechend.

Schnellere Markteinführung

Mit serverlosen Frameworks können Sie Anwendungen viel schneller entwickeln und bereitstellen als mit traditionellen Servermodellen. Wenn die App bereit ist, kann sie mit minimalem Aufwand unter Verwendung serverloser Ressourcen bereitgestellt werden. Anstatt Zeit mit der Serververwaltung zu verbringen, können Sie sich auf die Entwicklung und das Hinzufügen neuer Funktionen konzentrieren und diese schneller ausliefern.

Reduzierte Betriebswartung

Da Cloud-Anbieter die Infrastruktur verwalten, müssen sich die Verbraucher keine Gedanken über Bereitstellung, Wartung, Skalierung oder die Behandlung von Sicherheitspatches und Schwachstellen machen.

Serverlose Frameworks bieten Flexibilität und können auf eine Vielzahl von Anwendungsfällen angewendet werden. Ob es sich um den Aufbau von Webanwendungen oder die Verarbeitung von Echtzeitdaten handelt, sie bieten die Skalierbarkeit und Effizienz, die für diese Anwendungsfälle erforderlich sind.

Erstellen von Web Service APIs mit AWS Serverless

Nachdem wir die Vorteile serverloser Architekturen diskutiert haben, wollen wir uns einige praktische Beispiele ansehen. In diesem Abschnitt werden wir eine einfache Backend-Webanwendung mit AWS serverlosen Ressourcen erstellen.

Das oben beschriebene Backend-Anwendungsdesign enthält drei Ebenen, um APIs für eine Webanwendung bereitzustellen. Sobald es auf AWS bereitgestellt ist, steht der Gateway-Endpunkt für die API-Nutzung zur Verfügung. Wenn die APIs von den Benutzern aufgerufen werden, werden die Anfragen über das API-Gateway an die entsprechenden Lambda-Funktionen weitergeleitet. Für jede API-Anfrage wird die Lambda-Funktion ausgelöst und greift auf die DynamoDB zu, um Daten zu speichern und abzurufen. Dieses Design ist eine schlankes, kostengünstige Lösung, die sich automatisch mit steigender Nachfrage skaliert und somit eine ideale Wahl für den Aufbau von APIs mit minimalem Overhead darstellt. Die Komponenten in diesem Design integrieren sich gut miteinander und bieten Flexibilität.

In dieser Architektur gibt es zwei Hauptkomponenten – Computing und Speicherung.

Serverless Computing

Serverless Computing hat die Art und Weise verändert, wie cloud-native Anwendungen und Dienste erstellt und bereitgestellt werden. Es verspricht ein echtes Pay-as-you-go-Modell mit Granularität auf Millisekundenebene, ohne Ressourcen zu verschwenden. Aufgrund seiner Einfachheit und wirtschaftlichen Vorteile hat dieser Ansatz an Beliebtheit gewonnen, und viele Cloud-Anbieter unterstützen diese Funktionen.

Die einfachste Möglichkeit, Serverless Computing zu nutzen, besteht darin, Code bereitzustellen, der von der Plattform auf Abruf ausgeführt wird. Dieser Ansatz führte zum Aufstieg von Function-as-a-Service (FaaS)-Plattformen, die sich darauf konzentrieren, kleine Codeeinheiten, die als Funktionen dargestellt werden, für eine begrenzte Zeit auszuführen. Die Funktionen werden durch Ereignisse wie HTTP-Anfragen, Speicheränderungen, Nachrichten oder Benachrichtigungen ausgelöst. Da diese Funktionen aufgerufen und gestoppt werden, wenn die Codeausführung abgeschlossen ist, behalten sie keinen persistenten Zustand. Um den Zustand aufrechtzuerhalten oder die Daten zu persistieren, verwenden sie Dienste wie DynamoDB, die dauerhafte Speicherfähigkeiten bieten.

AWS Lambda ist in der Lage, entsprechend der Nachfrage zu skalieren. Zum Beispiel verarbeitete AWS Lambda am Prime Day 2024 mehr als 1,3 Billionen Aufrufe. Solche Fähigkeiten sind entscheidend für den Umgang mit plötzlichen Verkehrsspitzen.

Serverless Storage

Im Serverless-Computing-Ökosystem bezieht sich serverloser Speicher auf Cloud-basierte Speicherlösungen, die automatisch skalieren, ohne dass die Verbraucher die Infrastruktur verwalten müssen. Diese Dienste bieten viele Funktionen, darunter Skalierbarkeit auf Abruf, hohe Verfügbarkeit und Pay-as-you-go. Zum Beispiel ist DynamoDB eine vollständig verwaltete, serverlose NoSQL-Datenbank, die für Schlüssel-Wert- und Dokumentdatenmodelle entwickelt wurde. Sie ist speziell für Anwendungen konzipiert, die eine konsistente Leistung in jedem Maßstab erfordern und eine Latenz im einstelligen Millisekundenbereich bieten. Sie bietet auch nahtlose Integrationsmöglichkeiten mit vielen anderen Diensten.

Die großen Cloud-Anbieter bieten zahlreiche serverlose Speicheroptionen für spezifische Anforderungen an, wie z.B. S3, ElastiCache, Aurora und viele mehr.

Weitere Anwendungsfälle

In dem vorherigen Abschnitt haben wir besprochen, wie man die serverlose Architektur nutzen kann, um Backend-APIs für eine Webanwendung zu erstellen. Es gibt mehrere andere Anwendungsfälle, die von der serverlosen Architektur profitieren können. Einige dieser Anwendungsfälle umfassen:

Datenverarbeitung

Lassen Sie uns ein weiteres Beispiel dafür untersuchen, wie die serverlose Architektur genutzt werden kann, um Dienste über Datenänderungen in einem Datenspeicher zu benachrichtigen. Zum Beispiel, in einer E-Commerce-Plattform, nehmen wir an, bei der Erstellung einer Bestellung müssen mehrere Dienste informiert werden. Innerhalb des AWS-Ökosystems kann die Bestellung bei der Erstellung in DynamoDB gespeichert werden. Um andere Dienste zu benachrichtigen, können mehrere Ereignisse aufgrund dieses Speicherereignisses ausgelöst werden.

Mithilfe von DynamoDB Streams kann eine Lambda-Funktion aufgerufen werden, wenn dieses Ereignis eintritt. Diese Lambda-Funktion kann dann das Änderungsereignis an SNS (Simple Notification Service) weiterleiten. SNS fungiert als Benachrichtigungsdienst, um mehrere andere Dienste zu benachrichtigen, die an diesen Ereignissen interessiert sind.

Echtzeit-Dateiverarbeitung

In vielen Anwendungen laden Benutzer Bilder hoch, die gespeichert, für die Größenänderung verarbeitet, in verschiedene Formate konvertiert und analysiert werden müssen. Wir können diese Funktionalität mithilfe der serverlosen Architektur von AWS folgendermaßen erreichen. Wenn ein Bild hochgeladen wird, wird es in einen S3-Bucket geschoben, der so konfiguriert ist, dass ein Ereignis ausgelöst wird, um eine Lambda-Funktion aufzurufen. Die Lambda-Funktion kann das Bild verarbeiten, Metadaten in DynamoDB speichern und verkleinerte Bilder in einem anderen S3-Bucket speichern. Diese skalierbare Architektur kann verwendet werden, um Millionen von Bildern zu verarbeiten, ohne dass die Verwaltung von Infrastruktur oder manuelle Eingriffe erforderlich sind.

Herausforderungen

Serverlose Architekturen bieten viele Vorteile, bringen aber auch bestimmte Herausforderungen mit sich, die angegangen werden müssen.

Kaltstart

Wenn eine serverlose Funktion aufgerufen wird, muss die Plattform einen neuen Container erstellen, initialisieren und ausführen, um den Code auszuführen. Dieser Prozess, bekannt als Kaltstart, kann zusätzliche Latenz im Workflow einführen. Techniken wie das Warmhalten von Funktionen oder die Verwendung von bereitgestellter Konkurrenzen können helfen, diese Verzögerung zu reduzieren.

Überwachung und Debugging

Da es eine große Anzahl von Aufrufen geben kann, kann die Überwachung und das Debugging komplex werden. Es kann herausfordernd sein, Probleme in stark genutzten Anwendungen zu identifizieren und zu debuggen. Es wird dringend empfohlen, Tools wie AWS Cloudwatch für Metriken, Protokolle und Alarme zu konfigurieren, um diese Probleme anzugehen.

Obwohl serverlose Architekturen automatisch skalieren, müssen die Ressourcenkonfigurationen optimiert werden, um Engpässe zu vermeiden. Eine ordnungsgemäße Ressourcenallokation und die Umsetzung von Kosteneinsparungsstrategien sind unerlässlich.

Fazit

Die serverlose Architektur ist ein großer Schritt in Richtung der Entwicklung von cloud-nativen Anwendungen, die durch serverloses Rechnen und Speicherung unterstützt werden. Sie wird in vielen Arten von Anwendungen stark genutzt, einschließlich ereignisgesteuerter Workflows, Datenverarbeitung, Datei­verarbeitung und Big Data-Analytik. Aufgrund ihrer Skalierbarkeit, Agilität und hohen Verfügbarkeit ist die serverlose Architektur eine zuverlässige Wahl für Unternehmen jeder Größe geworden.