Serverless Architecture für skalierbare Anwendungen

Früher kauften und warteten Unternehmen eigene Server für Webanwendungen, was teuer und aufwendig war. Cloud-Computing ermöglichte das Mieten von Servern, wobei deren Ressourcen kaum optimal genutzt werden konnten.

Für Lastspitzen war eine Überdimensionierung notwendig, während die Leistung in lastarmen Zeiten ungenutzt blieb. Heute bieten Cloud-Anbieter mit der Serverless Architecture Entwicklern die Möglichkeit, skalierbare Webanwendungen bereitzustellen, ohne sich um Server kümmern zu müssen. Sie mieten diese nicht fest, sondern zahlen nur für die tatsächlich genutzte Rechenleistung.

Was ist eine Serverless Architecture?

Serverless Architecture ist ein Ansatz des Softwaredesigns, der die Erstellung und Verwaltung von Anwendungen ermöglicht, ohne dass sich Entwickler um die Administration der zugrunde liegenden Server-Infrastruktur kümmern müssen. Der Begriff „Serverless“ ist dabei etwas irreführend, da die Anwendungen weiterhin auf Servern laufen, die jedoch vom Cloud-Anbieter bereitgestellt werden. Entwickler können sich so ganz auf die Programmierung konzentrieren. Eine Stärke von Serverless-Anwendungen ist die ereignisgesteuerte Architektur: Cloud-Anbieter stellen die benötigten Ressourcen bei Bedarf bereit, sobald ein Ereignis die Code-Ausführung auslöst.

Die Architektur besteht aus kleinen, entkoppelten Services (Microservices) und Nachrichten in Form von Ereignissen, die über APIs zwischen den Services kommunizieren. Dieser moderne Designansatz erleichtert die unabhängige Bereitstellung einzelner Komponenten und die Skalierung.

Serverless Architecture und Serverless Computing

Obwohl oft synonym verwendet, unterscheiden sich die Konzepte von Serverless Architecture und Serverless Computing. Serverless Computing beschreibt das Entwicklungsmodell, während Serverless Architecture den Designansatz einer Anwendung betrifft. Serverless Computing zeigt, wie wir Anwendungen entwickeln, während Serverless Architecture beschreibt, wie wir Anwendungen als Ganzes designen, um die Vorteile des Serverless Computing optimal zu nutzen.

Wie funktioniert eine Serverless Architecture?

Serverless Architecture bedeutet nicht den Verzicht auf Server. Vielmehr übernimmt der Cloud-Anbieter alle Serveraufgaben, wie das Dateisystemmanagement, die Installation von Sicherheitsupdates, die Betriebssystemverwaltung und den Lastausgleich. Für die technische Umsetzung nutzen Cloud-Anbieter unter anderem Containerisierung, Virtualisierung und Orchestrierung.

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Arten von Serverless Architectures

Cloud-Anbieter stellen verschiedene Arten von Serverless Architectures bereit.

Function as a Service (FaaS)

Function as a Service ist eine beliebte Art der serverlosen Architektur, bei der sich Entwickler auf den Anwendungscode konzentrieren, der als Sammlung diskreter Funktionen geschrieben wird. Diese werden durch Ereignisse ausgelöst und führen spezifische Aufgaben aus. Entwickler veröffentlichen die Funktionen mit ihren Triggern in der Cloud, und der Anbieter führt die Funktionen auf einem Server aus. Sie können so Code ausführen, ohne an Server denken zu müssen. Code wird ereignisgesteuert ausgeführt und die Rechenressourcen werden automatisch verwaltet. Die erste FaaS-Plattform für die Allgemeinheit wurde 2014 von Amazon mit AWS Lambda bereitgestellt. Alternativen sind zum Beispiel Azure Functions von Microsoft und Cloud Run-Funktionen von Google. FaaS eignet sich besonders gut für die schnelle Prototypenentwicklung und die Umsetzung von Ideen in produktionsreife und skalierbare Anwendungen.

Backend as a Service (BaaS)

Backend as a Service ist ein Dienst, mit dem Entwickler eine App oder Website entwickeln können, ohne sich um das Backend kümmern zu müssen. Ein BaaS-Anbieter übernimmt Backend-Aufgaben, sodass Entwickler sich auf das Frontend konzentrieren können. Sie greifen über APIs auf Dienste wie Verschlüsselung, Authentifizierung, File Storage und Datenbanken zu, ohne diese konfigurieren zu müssen. Das spart Zeit, reduziert die Komplexität und ermöglicht den Fokus auf die Anwendungslogik. In der Praxis kann ein Client ein Ereignis auslösen, das zum Ausführen einer Funktion führt, die ggf. mit Backend-Logik interagiert und je nach Fall eine Antwort an den Client zurückgibt.

Weitere Arten

Im Serverless-Umfeld sind weitere Arten von Bedeutung:

Container as a Service (CaaS): Serverless Container stellen einen Mittelweg zwischen traditionellen Containern und FaaS dar. Sie ermöglichen das Ausführen von Containern ohne Server-Management.
Serverless Datenbanken: Die Datenbanken skalieren automatisch und Entwickler zahlen nur für die tatsächliche Nutzung.
Serverless Event-Streaming-Plattformen: Die Dienste verarbeiten und analysieren Datenströme in Echtzeit.
Serverless Message Queues: Die Dienste eignen sich für asynchrone Nachrichtenübermittlungen.

Die Vorteile im Überblick

Serverless Architecture bietet Entwicklern mehr Flexibilität und Skalierbarkeit bei schnellerer Entwicklungszeit. Teams profitieren von:

Sie fokussieren auf die Anwendungslogik, ohne sich um Server-Hardware und Aufgaben wie Sicherheits-Updates und Back-ups kümmern zu müssen.
Die Lösungen skalieren automatisch, ohne manuelle Anpassungen.
Automatisierung vereinfacht die Serververwaltung, da zeitaufwendige, manuelle Konfigurationen und Wartungsarbeiten entfallen.
Der Designansatz steigert die Produktivität, da Entwickler sich auf die Programmierung konzentrieren und Anwendungen schneller veröffentlichen können.
Entwickler können eine effiziente und skalierbare Server-Infrastruktur kostengünstig nutzen und zahlen nur für benötigte Ressourcen. Sie können Daten verwalten, Code ausführen und Anwendungen bereitstellen, ohne selbst einen physischen Server kaufen zu müssen.

Die Nachteile im Überblick

Serverless Architectures bringen auch Herausforderungen mit sich:

Entwickler-Teams machen sich mit der Entscheidung für einen Cloud-Anbieter von diesem stark abhängig (Vendor Lock-in).
Debugging und Monitoring sind in verteilten, ereignisgesteuerten Systemen komplexer.
Das Design verteilter Microservices kann komplex sein.
Die Konfiguration und Überwachung von Sicherheitsaspekten bedarf besonderer Aufmerksamkeit.

Anwendungsfälle für Serverless Architectures

Die Serverless Architecture eignet sich für verschiedene Anwendungen. Typische Anwendungsfälle sind:

skalierbare und kosteneffiziente Web-APIs für Webanwendungen
Verarbeitung von Datenströmen in Echtzeit, zum Beispiel für IoT-Anwendungen
Chatbots und Sprachassistenten, die auf Nutzeranfragen reagieren
Event-gesteuerte Anwendungen, die zum Beispiel Bestellungen weiterverarbeiten

Serverless Architecture – Fazit

Die Serverless Architecture bietet bei der Anwendungsentwicklung viele Vorteile in Bezug auf Flexibilität, Skalierbarkeit und Effizienz. Entwickler können sich auf die Anwendungslogik konzentrieren und müssen sich nicht um die Server-Infrastruktur kümmern. Gleichzeitig müssen Teams die potenziellen Nachteile wie Vendor Lock-in und die Komplexität verteilter Systeme berücksichtigen.

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Titelmotiv: Bild von Elchinator auf Pixabay

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