lambda nodejs 函数降低冷启动时间的最佳实践

• lambda nodejs 函数降低冷启动时间的最佳实践
  • 前言
  • 什么是冷启动时间
  • 打包服务端 js
  • 什么是 inline
  • 进一步封装的打包工具
  • 存在的弊端以及解决方案
  • Next Chapter
  • 完整示例及文章仓库地址

前言

本文章的思路，继承发展自这两篇文章:

• serverless 降低冷启动时间的探索 - 服务端打包 node_modules
• Nodejs云函数冷启动时间的优化

这里要感谢这2篇文章的作者:ice breaker，2年前就提供了这么优秀的思路和解决方案了，真是忍不住给他点赞呀。

首先在看这篇文章之前，我先必须给你介绍一个概念，就是 冷启动时间。

什么是冷启动时间

这个特性各个服务商的 serverless 云函数都存在，这个和 函数容器的生命周期 息息相关。

以 Lambda 为例，Lambda 生命周期可以分为三个阶段：

• Init：在此阶段，Lambda 会尝试解冻之前的执行环境，若没有可解冻的环境，Lambda 会进行资源创建，下载函数代码，初始化扩展和 Runtime，然后开始运行初始化代码（主程序外的代码）。
• Invoke：在此阶段，Lambda 接收事件后开始执行函数。函数运行到完成后，Lambda 会等待下个事件的调用。
• Shutdown：如果 Lambda 函数在一段时间内没有接收任何调用，则会触发此阶段。在 Shutdown 阶段，Runtime 关闭，然后向每个扩展发送一个 Shutdown 事件，最后删除环境。

当您在触发 Lambda 时，若当前没有处于激活阶段的 Lambda 可供调用，则 Lambda 会下载函数的代码并创建一个 Lambda 的执行环境。从事件触发到新的 Lambda 环境创建完成这个周期通常称为 “冷启动时间”。显然，这个时间肯定是越短越好的。

这里可以参考 AWS 这篇博客 以获取更多信息。

其中 AWS 提供的几种降低冷启动时间的方式有:

• 选择合适的编程语言 （我们大部分情况无法更换）
• 减小应用程序大小
• 预热 (定时触发器防止回收和预置并发，保留实例)
• JVM 分层编译(java特供)

其中可行性最高的方式，就是本篇文章要探讨的 减小应用程序大小

打包服务端 js

回到正题，为什么要去打包服务端 js 代码呢? 用 layer 的方式不是蛮好吗？

这里必须要知道的一点是，函数冷启动的时间，是和整体运行以及其依赖的代码包大小，是息息相关的。

比如上篇文章中的示例，我们把 uuid 这个依赖给做成 layer 上传了上去，但是你有没有想过，既然 uuid 的所有实现都是 js，为什么不把它整个源代码，打入我们的函数构建产物中呢？这样还省了依赖一个 layer 呢。

同样的道理，我们函数也可以把 express,lodash 等等依赖，全部打入我们的函数包里去，以减小整体代码包的体积。

这就像我们在写前端项目那样，本质上也会把所有运行时代码，全部给 inline 打成一个一个 chunk 到各个 js 里面去，毕竟浏览器可没有什么 node_modules 的加载机制。你写 vue 还是写 react 都是直接加载它们inline的整个代码的。

什么是 inline

这里给一个例子: 原先你的ts代码可能是这样写的:

import express from 'express'

然后经过 tsc，产物变成了这样：

// commonjs format
const express = require('express')

而假如走 inline 那产物中就不会出现 express，而是直接把 express 相关的代码全部给打了进来，效果类似于:

// 部分代码
var require_express = __commonJS({
  "../../node_modules/.pnpm/express@4.18.2/node_modules/express/lib/express.js"(exports, module2) {
    "use strict";
    var bodyParser2 = require_body_parser();
    var EventEmitter = require("events").EventEmitter;
    var mixin = require_merge_descriptors();
    var proto = require_application();
    var Route = require_route();
    var Router = require_router();
    var req = require_request2();
    var res = require_response2();
    exports = module2.exports = createApplication;
    function createApplication() {
      var app2 = function(req2, res2, next) {
        app2.handle(req2, res2, next);
      };
      mixin(app2, EventEmitter.prototype, false);
      mixin(app2, proto, false);
      app2.request = Object.create(req, {
        app: { configurable: true, enumerable: true, writable: true, value: app2 }
      });
      app2.response = Object.create(res, {
        app: { configurable: true, enumerable: true, writable: true, value: app2 }
      });
      app2.init();
      return app2;
    }
    exports.application = proto;
    exports.request = req;
    exports.response = res;
    exports.Route = Route;
    exports.Router = Router;
    exports.json = bodyParser2.json;
    exports.query = require_query();
    exports.raw = bodyParser2.raw;
    exports.static = require_serve_static();
    exports.text = bodyParser2.text;
    exports.urlencoded = bodyParser2.urlencoded;
    var removedMiddlewares = [
      "bodyParser",
      "compress",
      "cookieSession",
      "session",
      "logger",
      "cookieParser",
      "favicon",
      "responseTime",
      "errorHandler",
      "timeout",
      "methodOverride",
      "vhost",
      "csrf",
      "directory",
      "limit",
      "multipart",
      "staticCache"
    ];
    removedMiddlewares.forEach(function(name) {
      Object.defineProperty(exports, name, {
        get: function() {
          throw new Error("Most middleware (like " + name + ") is no longer bundled with Express and must be installed separately. Please see https://github.com/senchalabs/connect#middleware.");
        },
        configurable: true
      });
    });
  }
});
// ......

显然这种方式下，可以打出更小更单一的包，因为所有的碎片化的 js 依赖，都被打成到了单文件里面去了，减少了 io 的次数，而且还能够一起制定策略，如 split chunk or compress。

要实现这种效果，其实基本上所有流行的打包工具都内置了这个功能。

比如 webpack/esbuild，当然 rollup 也有对应的插件支持，@rollup/plugin-node-resolve 就是它的实现方式之一。

其中笔者文章开头提到的 2 篇文章里的实现方式，就是基于 rollup 这个工具去实现的，在此不再叙述。在 2 年后的今天，也很高兴看到了更多，基于它们的开箱即用的工具，使得我们不需要安装大量的插件或者编写复杂的打包配置，就能实现同样的效果，让我们一起来看看吧。

进一步封装的打包工具

在过去，比较构建库比较流行 rollup 或者 esbuild，不过现在有了基于它们更进一步的打包工具: unbuild / tsup。

其中 unbuild 这个工具先跳过，我们会在 monorepo 章节中介绍它，这里我们主要来介绍 tsup 在函数打包中的用法。

tsup 由 esbuild 进一步封装而来。它太开箱即用了，甚至可以 0 config。它本身的打包配置，主要是基于约定的：

比如它会默认去 inline 我们所有在运行时引用的，但是却是注册在 devDependencies 里的包

而 dependencies 里的包，则是被默认加入了 external 中，不进行 node resolve

这个约定实际上很简单却很实用，类似于这样 rollup 的配置:

// rollup.config.ts
import { readFileSync } from 'node:fs'
const pkg = JSON.parse(
  readFileSync('./package.json', {
    encoding: 'utf8'
  })
)
const dependencies = pkg.dependencies as Record<string, string> | undefined
const config: RollupOptions = {
  // ...
  plugins: [
    json(),
    nodeResolve(),
    commonjs(),
    typescript()
  ],
  external: [...(dependencies ? Object.keys(dependencies) : [])]
}

显然对比起来 tsup.config.ts 文件的配置就 简洁 多了，见下：

// tsup.config.ts
import { defineConfig } from 'tsup'
const isDev = process.env.NODE_ENV === 'development'
export default defineConfig({
  entry: ['src/index.ts'],
  splitting: false,
  sourcemap: isDev,
  clean: true,
  // external: []
})

接着注册指令即可 package.json 里的 npm scripts (这里我加了 cross-env 包和 NODE_ENV 环境变量是为了做更多，比如条件编译等等事情)

  "scripts": {
    "dev": "cross-env NODE_ENV=development tsup --watch",
    "build": "cross-env NODE_ENV=production tsup",
  },

这样执行这命令，你的函数就被打入 dist/inde.js 里了，赶紧去检查一下产物吧。

存在的弊端以及解决方案

上面说的这种打包方式其实存在一定的弊端：

1. 首先，它改变了第三方依赖的目录结构
2. 其次它只能处理一些 js 依赖，不使用特定的插件，常常会出现一些非 js 依赖的缺失

这个问题的严重性会导致一系列的问题，比如某些包源代码里面是依赖文件目录的:

// node_modules/some-lib/dist/index.js
const defaultDbFile = path.resolve(__dirname, '../data/ip2region.xdb')

那这行代码被打入我们函数包就会有问题，因为目录结构被破坏了，这会导致第三方包调用出错。

目录结构的变化如下:

（打包前）本地可以运行的目录结构

• src
  • index.ts
• node_modules
  • some-lib
    • dist
      • index.js
    • data
      • ip2region.xdb

（打包后）

• dist
  • index.js
• node_modules
  • some-lib
    • dist (用不到了)
      • index.js
    • data
      • ip2region.xdb

注意此时 node_modules/some-lib/dist/index.js 里的代码inline到了 dist/index.js 里去了。但是 defaultDbFile 的引用的路径却变化了，因为 __dirname 变化了，此时正确的路径实际上是 path.resolve(__dirname, '../node_modules/some-lib/data/ip2region.xdb')

那么如何解决呢？目前比较好的解决方案，是使用 external 的方式，不去主动 inline 那些可能会导致问题的包，并把那些包挑出来，做成 layer 再进行绑定。幸好这种包是小概率会遇到的，测试环境很容易发现问题。

Next Chapter

现在你已经学会了打包服务端代码的策略。

下一篇，《更灵活的 serverless framework 配置文件》中，将会详细介绍如何让你的部署配置文件变得灵活起来。

完整示例及文章仓库地址

github.com/sonofmagic/…

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