Serverless 架构中的无状态性指的是什么?

每个接触过 Serverless 的人应该都听过这样一句话：“Serverless 是无状态的。”顾名思义，无状态就是没有状态，我们无法使用它来保存状态，用完即销毁。那么，在 Serverless 架构下（这里特指 FaaS 平台），函数的前一次运行和这一次运行，是不是有联系呢？前一次运行的结果会不会影响这一次呢？

1 函数的无状态探索

首先，需要明确的是 Serverless 的关键特征：运行成本更低、自动扩缩容、事件驱动、无状态性。其中，无状态性是说开发者可以直接将服务业务逻辑代码部署，运行在第三方提供的无状态计算容器中。

那么，前一次运行情况是否会影响这一次呢？准确来说，只有在容器没有被复用的情况下是这样的。但是在实际的项目中，为了降低冷启动率，提高瞬时产生的高并发应对能力，往往会采用容器复用，而这可能会让“无状态性“变得比较复杂。

我们以腾讯云的 SCF 为例，在控制台创建一个函数，使用以下的代码测试一下具体情况：

# -*- coding: utf8 -*-
import json
def main_handler(event, context):
    print("Test")
    return("Hello World")

我们可以看到，通过点击测试按钮，输出了日志：Test，接下来，多次点击：

可以看到，随着我们点击测试按钮，每次都在日志准确输出了Test。接下来，我们变换一下代码：

# -*- coding: utf8 -*-
import json
print("Not in main_handler")
def main_handler(event, context):
    print("Test")
    return("Hello World")

同样的方法，连续点击三次测试，并且记录结果：

通过这一组测试，我们发现，这三个结果有点不太一样：只有第一次请求的时候，执行了这条语句：

print("Not in main_handler")

为什么后几次都没有执行这条语句呢？是没执行到这里？还是因为容器复用的原因，在接下来的几次跳过了这个步骤？为什么会跳过这个步骤？为了搞清楚具体情况，我们再来做个测试：

# -*- coding: utf8 -*-
import json
print("此处给 tempNumber 赋值")
tempNumber = 100
def main_handler(event, context):
    print("temp number: ", tempNumber)
    return("Hello World")

可以看到，在第一次测试的时候，这个程序先执行了：

print("此处给 tempNumber 赋值")
tempNumber = 100

执行完成之后，tempNumber这个变量就会存在，在接下来的几次调用中，都直接取了这个值。

也就是说，函数在复用容器的情况下被执行（或者说是被触发），实际上可以认为是已经有一个进程被启动，每次触发是通过这个进程来调用入口方法，所以在方法之外的各种操作，实际上是冷启动的时候，在启动进程时会被执行。

因此，函数的无状态性并不是前一次操作对后一次被触发没有影响。那么，所谓的无状态到底指的是什么呢？

在 CNCF 发布的 Serverlss 白皮书中，是这样描述的：Serverless 架构通常是无状态、不可变和短暂的。每个函数都以指定的角色和明确定义有限的资源访问权限运行。什么样的程序或者服务适合 Serverless 架构？白皮书中是这样表述的：无状态，短暂的，对瞬间冷启动时间没有过多需求的程序适合使用 Serverless 架构。

所以，函数的无状态实际上可以认为是：函数是运行在第三方提供的无状态计算容器中的，并且在容器无复用、存在冷启动的情况下，函数可以认为是无状态；由于各个厂商的容器降低冷启动方案是不同的，容器复用方案也都是未公开的，所以什么时候可能会复用容器，怎么复用也是未知的，这就要求我们函数的功能本身要保证是无状态的。例如，在函数中，保存某些数据到缓存中，下次触发的时候从缓存中获得对应内容就是容易产生异常的操作，因为云厂商无法保证这次请求是否复用了已有容器，以及复用的已有容器是否就是上次进行缓存的容器。

2 拓展

根据上面讨论的内容，我们可以进行一些实践化的应用：

2.1. 通过容器复用，完成初始化操作

刚刚说过了，如果在容器复用的前提下，在函数外面执行的内容是可以直接使用的，所以我们实际上是可以在外层进行一些初始化的，例如：

以上图的代码为例，通过这样的初始化，就不用每次调用函数都进行一次数据库的初始化 / 链接等，而是可以复用已有的链接。如果是在 main_handler 中进行数据库的初始化 / 链接，会影响函数性能，在高并发的情况下更容易把数据库的链接打满，造成恶劣影响。

2.2.小心容器复用，不要掉进坑里

我之前写过一个 SCF 打包 Python 依赖的小工具，运行在 SCF 中，测试的时候是好好的，但是项目上线之后，我发现了一个问题：只有冷启动的情况下，依赖是可以被打包的，如果出现容器复用的情况，就会出现依赖打包失败的问题。

经过仔细排查才发现，原来是因为一个对象在使用完成之后未被清理，由于容器是被复用，或者说是“这个对象也被复用了”，在执行指定方法的时候，看到对象已存在，就会直接用这个对象，导致本次函数的触发使用了上次残留的对象，发生异常。

所以说，当程序在云函数中连续执行多次的时候，开始成功后来失败，很可能就是由于某些资源复用，导致程序出错。

2.3.就想要一种状态

有的人在使用云函数的时候，可能真的需要有一种状态来记录某些事情，例如博客系统判断管理员用户是否登录，本来可以直接放到缓存中的操作，此时不能放进去，那应该怎么处理，如何记录管理员是否已经登陆了后台，或者说如何确定这个用户是否为管理员？

这种情况是很常见的，我们可以融合两套方案：

• 方案 1: 采用 Token 机制
• 方案 2: 采用缓存机制

所谓的采用 Token 机制和缓存机制融合方案，就是在管理员用户登陆之后，会生成一个 Token，这个 Token 就记录到数据库中，同时这个 Token 也会被写到缓存中。当用户请求发起后，函数会先尝试在缓存中获取结果，如果没获取到，就连接数据库进行获取。

3 总结

Serverless 架构可以被看成是一个新的技术，一种新的框架，很多时候，我们不能用已有的态度去衡量新鲜事物。同样，一个特性也很难直接用好坏去形容，就无状态性来说，真的是有几种钟爱，就有几种迷茫。