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什么是边缘计算?这有点像编织狗帽

xiyangw 2023-05-14 11:54 12 浏览 0 评论

我一直试图对“边缘计算”到底是什么做出一个很好的解释,出于我不需要向你证明的原因,我已经进行了类比:这就像为狗卖针织帽。

为什么要编织狗帽?因为他们很搞笑!

什么是边缘计算?这有点像编织狗帽

他们做了一个很好的类比,但在我们到达那里之前,让我们定义“边缘计算”的每个部分。

我们将从后者开始。

(请注意,“边缘计算”有时也称为“边缘函数”或“边缘工作者”。)

什么是“计算”?

每当您要求机器为您做某事时,都会发生计算。例如,当您向计算器询问 5 x 7 的乘积时(当您质疑这些年的数学课有什么好处时),计算器会发出一些哔哔声并以 35 响应。

那个计算器是一台计算机,那些哔哔声和哔哔声是计算结果所需的时间和处理能量;也称为“计算”。

在 Web 开发的上下文中,计算可用于生成几种不同类型的产品:HTML、JSON、机器学习数据模型、您和您的朋友的自拍照,使用过滤器使您看起来像可爱的动漫人物,等等。

为简单起见,我将主要关注生成 HTML。

为了类比,我们可以将“计算”视为为狗织帽子所需的时间和精力。

于是有了狗帽。

“计算”发生在哪里?

这是事情变得有点复杂的地方。有些人可能会告诉您有两个地方可以进行计算:在服务器上或在浏览器中(在用户的计算机上)。

虽然这并没有错,但如今它有点过于简单化了,因为这两种选择都可以分为具有明显不同特征的较小类别。

为了处理这种细微差别,我想分四个部分来介绍:

  • 传统服务器
  • 客户端(浏览器)
  • 静态站点生成器
  • 云函数

如果您已经熟悉这些部分,请随意跳过这些部分,但您会错过我的整个类比内容。

传统服务器

在传统服务器中,计算机运行您选择的软件来执行您编写的代码,以便在请求进入时返回 HTML。使用服务器生成 HTML 通常称为服务器端呈现(SSR)。

计算机可能是您拥有并安装在您的建筑物中的本地(或“本地”)机器,或者在“云”中也很常见,这基本上是租用别人拥有的计算机并安装在他们的建造。

这些服务器 24×7(理想情况下)运行,随时准备接收流量。您还可以使用cron作业设置单独的长时间运行任务或计划任务。

这很方便,但也有一些缺点:

  • 即使它只是坐在那里,您也要为服务器付费。
  • 高流量可能会使资源(内存/CPU)过期并导致其崩溃。
  • 扩大/缩小规模需要规划和计算性能与成本。
  • 远离您的服务器的用户有较长的延迟期(较慢)。

最后一点我要特别强调的是,当你使用传统的服务器时,你要对业务逻辑代码、服务器软件和计算机的状态负责。这可能是一件好事,因为您拥有所有的灵活性和控制权,可以随心所欲地使用它,但它是以维护为代价的。安全、升级和维护都由您负责。

服务器就像商业工作区

对于我们的类比,我们可以将服务器想象成我们制作狗帽的建筑物。我们可能会租用这个空间,或者完全购买它,但我们有一个物理空间,人们可以来这里为他们的狗索要帽子。

这是一个漂亮的办公室,有裸露的砖块和充足的自然光。我们可以根据需要绘制它并根据需要对其进行修改。但也有一些缺点。

有些人必须长途跋涉才能到达我们的大楼。无论我们卖多少狗帽,我们还必须支付账单(租金、电费、互联网)(我知道我们会卖掉,比如,一个 bajillion,但仍然如此)。当有人带着他们的狗过来拿一顶新帽子时,狗在出去的路上在草地上拉屎,猜猜谁必须清理它。

客户

当我们说“客户”这个词时,大多数人都会想到客户。例如,“当这个狗帽业务起飞时,我将拥有十亿客户。” 在 Web 开发的情况下,“客户端”是用户的浏览器。

当用户请求我们的网站后,我们可以指示浏览器下载一些JavaScript,当这个 JavaScript 执行时,它可以将一些 HTML 注入到页面中。事实上,我们甚至可以使用 JavaScript 来创建整个应用程序。

这通常称为客户端渲染(CSR)。

在客户端生成 HTML 非常棒,因为它可以创建更多动态交互,感觉更快,因为您不需要等待页面重新加载。

我们甚至可以利用Service Workers或WebAssembly等工具来降低计算的影响力。

将计算转移到客户端也意味着我们可以在自己的服务器上做更少的工作。这最终可以为我们节省一些钱,但这种计算仍然必须发生,而且成本在用户身上。

以下是我对缺点的看法:

  • 用户必须下载更多数据 (JavaScript)。
  • 我们不能拥有 API 密钥之类的秘密,因为源代码是可访问的。
  • 性能受用户设备影响很大。
  • 我们能做什么取决于用户的设备和浏览器。

由于这些原因以及搜索引擎优化、可访问性和其他原因,我认为我们看到更多的行业正在远离客户端渲染。

客户端渲染就像 DIY 缝纫工具包

为了将这个想法带回家,客户端渲染很像给客户一个 DIY 针线包。我们可以为他们提供制作自己的狗帽的所有说明和材料,但工作需要他们来完成。虽然这可以为我们节省一些时间和精力,但它是以客户为代价的。

它可能适合某些人,但并不适合所有人。

静态站点生成器

静态站点生成器 (SSG)很有趣,因为它们不是在请求进入时按需构建网页,而是提前预构建网站的所有页面。结果是代表网站的静态文件夹和文件(HTML、CSS、JavaScript)的集合。

获得网站的所有静态文件后,您可以将它们部署到您喜欢的任何主机上。

这种方法在技术上属于 SSR 存储桶,因为您没有使用浏览器进行计算。您正在使用某种编程语言在您控制的计算机(您的笔记本电脑、构建管道等)上提前构建页面。

从技术上讲,最终结果与手动编写所有这些 HTML 页面没有太大区别,但最终使用 SSG 可能更快、更容易使用。

使用 SSG 有几个优点。通过提前生成 HTML,您将从用户的请求中删除该计算时间。这可以加快响应时间,因为它们只需要等待服务器响应静态 HTML 文件。没有时间花在构建它上,这可能很重要。

由于您只处理这些不会随每个请求而更改的静态文件,因此 SSG 还可以与内容交付网络完美搭配。我稍后会详细介绍这些内容,但结果是响应速度更快,因为您可以消除大部分延迟。

静态网站也非常非常容易托管。因为它们只提供静态文件并且不需要计算,所以您可以使用非常有限的资源托管自己的服务器并毫无问题地处理大量流量。这也使它们的托管成本非常低。事实上,有很多服务可以让你免费托管一个静态网站。

我要指出的最后一个大好处是,在处理静态站点时,不需要处理运行时脚本语言或数据库。这使它们非常安全。您不能真正破解静态网页,因此除非您确实公开共享私人信息,否则您不必担心太多。

现在这一切听起来可能很棒,但它也有一些明显的缺点。首先,静态 HTML 不能包含动态内容(除非您使用客户端计算)。对于一些内容不经常更改的网站,这很好;博客、宣传册网站、文档。缺乏动态数据也意味着无法为每个用户个性化体验。

虽然您可以使用 JavaScript 将动态内容添加到静态站点,但它会带来额外的复杂性和固有的缺点(请参阅上面的 CSR)。

SSG 的另一个缺点是构建每个页面都需要时间。如果您要生成数万或数十万页,这可能需要很长时间。而当您发布新内容或更改现有内容时,您可能需要预先构建所有内容。这可能是一个非首发。

静态站点生成器就像预制的狗帽

如果我将其与销售针织狗帽进行比较,SSG 就像销售预制帽子而不是按需编织它们。当客户找到他们想要的产品时,他们可以简单地从货架上拿走并结账;无需等待有人编织它。

但是,如果他们想要一些个性化的东西,比如量身定制的款式或他们最喜欢的颜色呢?我可能没有可用的。一些精明的商界人士可能会说忘记它们,只制作预针织帽子,因为利润和劳动力(我不知道我在说什么)。其他顾问可能认为增加更多员工(复杂性)以支持按需针织以及制作和储存预针织帽子是值得的。

最后,这取决于您的用例。预针织帽 (SSG) 可能很棒,按需针织 (SSR) 可能更好,或者您可能两者都支持。

云函数

除了传统的服务器,一些云计算提供商还提供云功能。这些工作允许您上传包含旨在处理网络请求的功能的文件。该平台负责部署您的函数并将流量路由到这些函数,因此,它们会为您提供运行该函数的 URL。

请注意,在此系统中,您不必配置、部署、维护或升级任何服务器。这就是为什么这些也被称为“无服务器函数”或只是“无服务器”(它们有时也被称为“lambda 函数”)。

尽管具有“无服务器”性质,但仍涉及服务器。它只是别人的服务器。这使它进入了SSR领域。

要使这些功能正常工作,您通常必须遵循约定,以便平台能够部署您的代码。它可能是文件名、文件夹结构、导出的函数、参数以及返回的内容。

要使其工作的一个“陷阱”是您的函数必须是无状态的,这意味着它们不会在调用之间共享上下文。您不能依赖持久内存或文件系统,因为相同的功能可能在完全不同的机器上运行。

虽然这可能不寻常,但整个方法有一些好处。

  • 它们很容易配置,这对于动态团队或迁移功能来说非常有用。
  • 它们可以根据流量自动扩大或缩小。
  • 您通常只需为它们运行的?时间付费,这样可以节省资金。
  • 无需管理更多硬件或服务器。您只需编写函数。

这些是考虑云功能的一些令人信服的理由,但也值得注意这些限制。首先,由于您不自己维护服务器,因此由服务提供商决定支持哪些语言。

除了语言限制之外,您可能还会注意到可用计算资源(CPU、内存)的限制,并且大多数提供商的超时时间相对较短。这些服务旨在用于短期运营。

再一次,平台可能会询问您希望您的功能在哪个区域运行。如果用户从远处访问函数 URL,这种延迟会影响他们的整体体验速度。

云功能就像训练有素的机器人来编织狗帽

考虑到所有这些因素,我喜欢将云功能想象成机器人,你可以训练它来编织狗帽。当周围没有人时,机器人会关闭并且不会花费您任何费用,但是当客户开始提出需求时,机器人可以启动来处理它。

与对预针织狗帽的需求不同,这些客户想要定制带有他们最喜欢的运动球吉祥物的帽子。因此,无论您喜欢丹佛腊肠犬、匹兹犬、纽约犬、金门猎犬还是芝加哥花花犬,按需定制请求对于机器人编织者(云功能)来说都是没有问题的。

什么是“边缘”?

在描述“边缘”的含义之前,让我们先看看它试图解决的问题。有时用户离我们的计算(服务器)真的很远,因此,当他们的请求进出该服务器时,他们必须等待更长的时间。

为了解决这个延迟问题,非常聪明的人想出了部署多个程序副本并将其分发到世界各地的想法。当用户提出请求时,它可以由最近的副本处理,从而减少行进距离和传输时间。

这就是事情变得有点模糊的地方。“边缘”是否必须由 Web 服务器组成,还是您的智能手机可以算作网络中的一个节点?物联网设备不也是“边缘”吗?在您可以将网络称为“边缘”之前,您需要的最少节点数是多少——两个?网络是否必须覆盖特定区域才能获得“边缘”地位?

我无法回答这些问题。对不起。但我认为我们不需要这样做,只要我们了解目标是通过减少用户和端点之间的距离来减少延迟。因此,分布的设备数量越多越好。

让我们看一个“边缘”可以是什么的不那么模糊的例子。

内容交付网络

内容交付网络 (CDN) 是一个全球分布式服务器网络,旨在交付静态资产,如 CSS、JavaScript、图像、字体等。可能有数千台服务器,每台服务器都有自己的资产副本。

当对资产(例如我的狗 Nugget 的照片)提出请求时,CDN 会找出最近的服务器在哪里,并将请求发送到那里进行处理。图像被发送回用户 lickity-split。这适用于他们请求的任何静态资产,这是提高性能的绝佳方式。

CDN 已经存在很长时间了,它们与上面的 SSG 之类的东西搭配得很好。您可以预先生成您的网站并从 CDN 提供整个内容,这将是超快的。

CDN 就像便利店

还记得上面的类比,我们讨论了预先编织的狗帽,这样无论何时有人来我们的商店都可以随时买到它们?现在想象我们做同样的事情,但我们也将这些帽子分发到各地的几家商店。

CDN 以同样的方式工作很多。人们不必开车穿过城镇进来拿一顶狗帽,他们可以步行几个街区到最近的便利店,我们已经为需求备货了。

这对他们来说非常快捷方便。

(好吧,这个类比并不完美,因为从技术上讲,CDN 本身不会缺货,但重点是关于延迟)

用户体验 3D 生活

我到底要去哪里?陪我一会儿。

整个讨论的主要反复出现的主题是性能,而说到速度,主要有三个因素:

  • 请求和响应必须经过的距离(也称为延迟)。
  • 要解析和执行的响应的下载大小。
  • 基于硬件、软件和可用资源的设备功能。

这使我想到了下一个技巧。在提出观点时,头韵比连贯更好。

但说真的,这三个因素确实会影响我们的应用程序的速度。作为开发人员,我们的工作是弄清楚在哪里权衡成本和收益,并找到进行计算的最佳地点。

今天一个非常现实的困境是,尽管客户端渲染延迟很低,但实际渲染速度很慢。尽管服务器端渲染速度很快,但它们可能会遇到高延迟。

为了获得完美的3-D体验,我们将:

  • 让事物更靠近用户(如 CDN)
  • 在服务器上工作(如云服务器/功能)
  • 发送较小的资产

最后一点是基于您的应用程序的高度主观的,所以我不能专门为您谈论它,但我们可以谈谈前两个。

这最终使我们回答了主要问题。

什么是“边缘计算”?

边缘计算是一个全球分布的可编程运行时(如云功能)(如 CDN)——这很棒,因为它可以为我们提供尽可能靠近用户执行的动态服务器端功能。

作为一个额外的好处,许多边缘计算平台可以提供有关处理请求的位置的信息。使用传统服务器或云功能,您已经知道服务器在哪里,因为您选择了部署它的区域。它永远不会改变,也不是很有趣的信息。

但它在边缘计算的环境中很有用,因为我们知道这些服务器尽可能靠近用户,通常在同一个城市。有了这些信息,我们可以根据用户位置在我们的应用程序中应用逻辑。

当然,浏览器有能力通过Geolocation API提供用户信息,但它需要用户交互并且用户总是可以拒绝访问。拥有靠近用户的位置选项既方便又隐私友好,并且可能已经足够好,甚至不需要询问更多细节。

好处

我看到边缘计算具有边缘计算的好处,分为三个不同的组。

对于用户

  • 与服务器/云功能相比,延迟更少。
  • 与客户端渲染相比,下载量更少。
  • 保持设备关闭,以改善其他应用程序或电池寿命。

对于开发人员:

  • 创建概念验证的门槛低。
  • 一致的执行环境(与浏览器不同)。
  • 团队拥有各自的职责。
  • 基于位置的逻辑。
  • 无需管理服务器/基础设施。
  • 秘密保持秘密(与客户端相比)。

对于利益相关者:

  • 减少源服务器上的负载可提高源性能、可靠性和成本。
  • 自动缩放提高了整体性能和可靠性。
  • 只需为您使用的内容付费。

限制

所以我们已经确定边缘计算很棒,但它并非没有自己的粗糙边缘 (?° ?? ?°)

目前,大多数平台以自定义运行时(V8 隔离)的形式支持 JavaScript。因此,尽管支持语言功能,但您可能只能访问非常有限的平台功能集。它可能不支持您在浏览器或 Node.js 中找到的所有相同功能。

除了有限的平台功能外,您可能会发现与云功能等相比,边缘计算在计算资源量或可用于计算的时间方面也受到更多限制。所以你做工作的时间会更少,做这件事的权力也会更少。

当您深入了解实际情况时,这些限制是有道理的。如果您要将服务器部署到全球数万或数十万个位置,它们需要尽可能轻巧和快速,并且由于计算需要花钱,平台提供商必须对资源和时间进行一些限制。

什么时候应该使用边缘计算?

决定在哪里进行计算已经很困难了。在做出决定之前,您必须考虑延迟、下载大小、设备功能等。正如我们上面所概述的,每种产品都有其优点和缺点。

因此,您可能会问自己边缘计算适用于何处。

首先,我们应该将边缘计算视为武器库的补充,而不是替代任何一个部件。

过去我们在哪里:

客户端 JS -> 客户端 service worker -> 云功能 -> 传统服务器

我们现在有:

客户端 JS -> 客户端服务工作者 ->边缘计算-> 云功能 -> 传统服务器

看看我能不能帮你做决定。

表明您拥有良好的边缘计算用例:

  • 无状态(不需要持久内存或文件)
  • 不需要很长时间
  • 延迟敏感
  • 超本地化

边缘计算用例不好的迹象:

  • 有状态(需要持久内存或文件系统)
  • 需要大量计算资源
  • 长时间运行的操作——顺序/瀑布式请求(可能会增加延迟)

(请注意,上面的无状态/有状态点与数据库等外部资源无关。)

一些常见的用例

  • 地理位置
  • 快速自动建议/提前输入
  • 修改请求/响应
  • 重定向管理
  • 基于令牌的个性化(A/B 测试、功能标志)
  • 无状态身份验证(JSON Web 令牌)
  • API 代理/编排

我为什么要在乎?

现在我们到达了节目的如果它没有打破不要修复它的部分。如果您在没有边缘计算的情况下也能很好地构建网站,为什么还要担心呢?

答案又回到了性能上。

我在上面概述了一些影响性能的事情,相关的事情是,无论我们作为一个社会如何改进网站(更快的网络、更好的设备、更小的应用程序),总会有一个问题我们无法解决解决。

光速问题

随着时间的推移,技术不断进步——计算机变得更快,存储空间变得更大,网络可以处理更多数据。

如果我编写一个程序来计算我有多爱我的狗,今天的计算机可能需要 10 年才能计算出来。10 年后,计算机可能只需要 10 毫秒。然而,在这两种情况下,告诉我的狗我爱他所需的时间将取决于他离他有多远。

因此,在我们弄清楚如何通过虫洞发送“我非常爱你”之前,我们永远无法以比光速更快的速度发送信息。这是一个普遍的常数。

那么我们做些什么呢?简单的。将计算机移近我的狗(或用户)。这减少了距离,从而减少了延迟,从而减少了等待的时间。因此,边缘计算的原因。这是关于减少延迟。

这是我的帖子“使用边缘计算优化内容迁移”中的一个示例。它展示了边缘计算如何减少重定向的查找时间。

没有边缘计算:

用户请求旧 URL,旧服务器响应重定向指令到新 URL,浏览器将请求重定向到新 URL,最后将响应发送给用户。

使用边缘计算:

用户请求旧 URL,离用户最近的边缘服务器响应重定向指令,浏览器将请求重定向到新 URL,最后将响应发送给用户。

你注意到我是如何使用箭头的长度来表示物理距离的吗?聪明的!我希望它有助于理解这一点,但是在图像上的箭头之外,在环球旅行的最坏情况下,我们实际上可以节省多少时间?

也许大约 300 毫秒。

这让我想到了我的生存危机:

  • 这一切真的只是关于速度吗?
  • 300 毫秒有多重要?
  • 值得这么复杂吗?
  • 狗甚至喜欢戴帽子吗?

简短的回答是:是的;这取决于; 有时; 可能不是,但它们看起来太可爱了。

强制统计数据块

每当有人开始谈论性能时,总是伴随着一堆统计数据来支持他们来自……一些研究的信息。

这篇文章没有什么不同(也许是另一个普遍的常数?)。人们喜欢数字,所以这里是:

2017 年,Akamai 发布了他们的在线零售绩效报告,其中发现以下内容:

  • 100 毫秒的延迟导致销售额下降 7%
  • 2秒延迟提高跳出率103%
  • 如果加载时间超过 3 秒,53% 的智能手机用户不会转化
  • 大多数销售的最佳加载时间为 1.8-2.7 秒
  • 28% 的用户不会返回慢速网站
  • 销售额最高的网页加载速度比竞争对手快 26%

想要更多统计数据?你说对了。

沃尔玛发现,加载时间每增加一秒,他们的销售额就会增加 2%(来源)。想想沃尔玛在 2021 年赚了 5000 亿美元。其中 2% 是 100 亿美元。这意味着他们可以雇佣133,000 名开发人员将加载时间增加一秒钟,而且他们仍然可以盈利(基于 2020 年 75,000 美元的平均工资)。

绩效会影响收入、认知度、品牌忠诚度和参与度。对于一些公司来说,这将比其他公司更重要。

这不仅仅是关于金钱

当我说人们应该因为钱而做某事时,我总是觉得有点恶心。金钱非常适合数据,因为它很容易量化,人们理解价值,更多人关心,但还有其他理由关心吗?

我做了一些思考,虽然它更模糊,但这是我的想法。

边缘计算与速度和可靠性有关。这让我想到了获取信息的重要性。在危机时期,信息变得越来越重要,我们今天有很多这样的例子。

我很幸运能在我的办公室写一篇轻松愉快的博客文章,但在世界其他地方,人们对自己的生命感到害怕,他们需要快速、可靠信息的来源。

可能是预约疫苗接种、战争更新或让亲人知道他们没事。速度和可靠性至关重要,它与金钱完全无关。

结束的想法

希望这有助于更多地解释边缘计算是什么以及它为什么重要。如果你需要最后一个类比,你可以这样想。

就像在便利店训练机器人编织狗帽一样。

很清楚,对吧?

我确实将边缘计算视为 Web 开发的下一阶段。是的,有限制,是的,它们增加了复杂性,是的,好处主要归结为减少数百毫秒,但这只是今天的情况。

我相信技术将继续进步,平台将减少限制。而且我相信框架作者会为边缘计算添加更多支持。从而消除了一些复杂性。我们今天已经看到这种情况发生了:

  • 天文
  • 混音
  • 纽斯特
  • 下一个
  • 11ty
  • 和更多

是兴奋的!适合所有人的狗帽!

这值得么?这取决于。

但我认为它很酷,我希望你试一试。

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