云开发系统架构设计

Posted 2021-04-11 腾讯云云开发

导语

云开发的系统架构究竟是如何设计的？开发团队是怎样保证其安全性？云开发的强劲性能又是源于何处？本文为你一一解答。

10月19日，在首届「小程序 ·云开发」技术峰会上，微信小程序团队的周榕彬从系统架构、安全性与性能三个方面深入解析了云开发的架构设计。

▌云开发简介

小程序·云开发是腾讯云联合微信团队共同研发，为微信小程序开发提供一站式后端云服务。它通过打通小程序开发客户端与云资源的链路，实现了免登录鉴权以及无缝调用微信开放能力，使得开发者无需搭建和运维服务器，只需使用平台提供的简易 API 进行核心业务的开发，即可实现小程序的快速上线和迭代，大大降低开发门槛，提高开发效率。

▌云开发的系统架构

云开发的系统架构大致分为三部分，分别是终端层、接入层和资源层。

终端层

终端层开发者工具提供了完善的开发测试和运营的能力，可以满足大部分开发者的需求，HTTP API则提供了在小程序外访问开发资源的能力，使用HTTP API，开发者可以在已有服务器上访问云开发资源，实现与云开发的互通。

接入层

接下来是接入层，所有的云开发请求都会经过微信后台，由微信保障通信安全和身份鉴权。

资源层

最后一层是资源层，该层统一由腾讯云来提供服务，包括了函数服务和后台服务，以及保障我们云开发资源的安全性。

总体来说，云开发涉及到微信、腾讯云还有开发者三方。 我们从底层打通了微信自研网络和云网络，以及开发者在腾讯云上已有的服务，在这个基础上面构建了一体化的云端网络。 开发者可以方便的将云开发结合到已有的服务里。

容灾架构

容灾架构是系统架构中必不可少的部分。在云开发的容灾架构中，后台采用多IDC和多园区的部署，我们每一个园区都会冗余一定的服务能力，当一个园区发生故障的时候，请求会自动路由到另外两个园区，由另外两个园区提供服务，对业务不会产生影响。

在网络层面，微信采取了就近接入的方案，来提高了接入质量。 在这个基础上，借助newDNS实现更精细和更实时的引导，通过识别用户客户端版本、网络环境等数据，下发IP列表，引导用户接入到最合适的接入点，进一步提高用户的接入质量。

运维保障体系

除了容灾架构，运维保障体系同样是系统架构中不可或缺的一部分。

云开发的运维保障体系中，自动化测试保障了云开发系统的稳定，而多维度的监控告警可以帮助我们实时发现系统的波动和异常。借助云开发的云资源和管理调度系统，我们做到了服务自动缩扩容。最后是我们的运维保障团队，7X24小时为云开发用户提供服务。

那么，我们的云开发的稳定性做得怎么样呢？是否适合企业级小程序使用？目前，我们的标杆用户，单个小程序单日调用量超过2亿，我们的大盘业务整体可用率达到了99.99%，远高于 SLA 给出的99.9%，对于大部分小程序来说我们云开发都是非常适合的。

除了加固云开发系统，未来，我们会推出包括云函数灰度发布、自定义告警和全新的日志系统在内的一系列功能，以提高开发者业务的稳定性。

▌云开发的安全性

接下来介绍云开发的安全性，云开发通过全链路的票据系统来保证整个请求链路的安全。首先是用户请求从客户端到微信后台这部分，云开发请求借助了微信底层的私有协议和微信后台进行通信，私有协议 mmtls 是微信参考了TLS1.3 草案标准设计和实现的，业务层数据加上 mmtls 后，由 mmtls 提供通信安全。具体做到了防窃听、防篡改、防重放、防伪装。

微信后台收到云开发请求之后会校验身份，并通过全程票据保证数据的安全性。全程票据的核心方案，用户登录后会给客户端下发一个票据，客户端每次请求都会带上票据，请求在后台服务的整个处理链条中，所有对核心数据服务的访问，都会被校验票据是否合法，非法请求会被拒绝，从而保障用户隐私数据只能用户通过自己的客户端发起操作来访问。

由于云开发的整个链路都是经过鉴权的，我们在执行云函数时，后台会自动校验请求票据，开发者可以 无缝地使用微信的开放能力 ，无需再通过常规的 OAuth 授权并自行维护 AccessToken。

▌云开发的性能

下面以云函数为例，介绍云开发的性能。

执行云函数需要经过创建容器、下载代码、部署执行三个部分。由于容器的启动是一个很费时的操作，所以我们通过函数实例复用、容器实例预创建，热点代码缓存等优化，将云函数容器的启动时间 从秒级变成了毫秒级 。

基于此处的三个优化，开发者可以享受到：首先是代码的精简，我们创建完容器之后需要下载代码，代码精简会使得下载时间缩减；其次是资源的复用，在云函数里面我们会操作数据库，建立数据库的连接，这些连接如果能够得到复用，也可以缩小云函数的执行时间；另外，优化还有利于公共代码的剥离，我们会对代码做缓存，如果云函数的公共代码剥离开来，这部分的代码就会得到更好的缓存效果；最后则是使云函数保持活跃，以避免函数实例被系统回收。

为了提高云函数的性能，我们也在通信、业务和网络层做了一些优化，比方说我们改造了前面提到的私有协议，优化了长连复用。

前面提到我们存储自带的一个 CDN功能 ，接下来我们会发布一系列的CDN优化，包括 QUIC 和 TPG 格式。QUIC是新的应用层协议，耗时比HTTP2减少15%，在网络比较差的情况下能够 减少20%的耗时 。而 TPG 是微信自研的一个图片格式，能使文件大小 减少40% ，下载速度更快。

最后来说说开发者比较关心的性能问题。今年以来，云函数请求性能提升了60%，我们也在持续做优化，目前在我们的测试环境中，小程序端云函数的请求时间已经降到140毫秒/次。相关的优化我们会在下一个版本中发布，敬请期待。

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