就创新试错聊聊Serverless + Faas架构，赠送Groovy高性能规则引擎实践

1. 前言

始前先看下整个文章的梗概：我会对于多变业务，比如"小步快跑"、"创新试错"下的业务开发模式和架构方案做出分析设计，最终推导出Faas + ServerLess架构，并就Java技术栈下，对于这种架构进行落地，实现基于自定义Groovy引擎的Faas+ServerLess架构下的"低代码"服务。

1.1 大体背景

我由于是做营销活动相关的，日常经常会碰到一个场景：各种频出的创新的idea需要尝试，创新这件事儿意义很大。但是每个idea都去实践落地，成本又太高了，如果完全靠直觉和经验，很容易扼杀一些优秀的idea。

所以就开始尝试降低创新的成本，比如说之前一个活动30人日，我们能不能降低到3人日，看上去这是一个很夸张的成本节省数量，但是理论上是可行的。

1.2 成本分析 -- 需要提效

首先我们对于成本进行初步分析，一场活动的成本，大致分为：人力成本 + 活动预算 + 流量成本。

对于idea的创新实践，我们初期并不需要过大的活动预算和大规模的资源流量，通常在前几天就能把效果论证出来，定向推送特征用户就好了，有传播倾向的idea，可以用延迟发奖来解决，效果好了就增加预算，效果差，钱也花不出去。

所以剩下的，最核心的成本在于人力成本，人力成本可比大家想象的要重要的多，尤其是在这么个降本增效的大环境下，几十人日、几百人日的投入创新尝试是不现实的，所以我们要解决的关键性问题就是活动生产的效率问题。

不仅是活动方面，其实每个具有创新属性、小步试错属性的场景，都有着类似的问题。

1.2 其他推荐

前面有几篇文章已经提到过大致的方法论和初步的实践思路了，有兴趣也可以前置的读一下，不过不读也不耽误本篇的阅读，部分内容是有一些重复的。

营销活动提效之道

业务开发"银弹" -- 低代码平台建设

接下来进入正题，如何解决这种创新类、小步试错的"轻业务"。

2. 可以有的思路，一通分析

要想节省成本，有两个思路：减少工作量、提升落地效率。

事情得做，还得做作，需求不能砍，所以剩下的方法只有复用；提升落地效率，这个prd效率、前后端研发效率、测试效率每一个方面其实都可以去节省。

我们就idea的落地流程，进行细节上的分析，看看如何来提升效率。

2.1 落地分析

首先就整个流程进行分析，减少繁琐的流程，少一点大公司病，多一些创业状态，高生产效率的节奏下，快速idea落地体验，沟通对齐，是整体的目标。

做事前，先看最佳实践，一种好的、理想的方式是"我只关心本次创新的部分，也只需要执行本次创新的部分"

具体举措：

1: 要有机制能够保障只需要开发创新点，并且高效的开发创新点。

2: 影响能够隔离，只影响当前的创新尝试（测试范围），不影响其他任意功能或业务。

3: 线上无运维成本，即写即跑，不用申请存储、不用配nginx、不用起机群、不用部署上线，就小成本快速出个看板，关注具体效果就好。

4: 开发体验上，热更热部，0等待成本，大脑无线程间切换，快速心流模式。

5: 很轻松的就能复用，少量的复用适配成本。

2.1 落地分析，我能想到的方案

2.1.1 开发过程

根据上面的最小实现原则，我们不妨对于开发一个功能所涉及的工作进行分析，就拿营销活动来看，我们能想象这么几种方案:

基于已有的逻辑做if-else变更
我们使用现有的活动做变更，支持给活动增加活动id之类的概念，用于区分不同的逻辑，在原有的逻辑上做新增，然后适配兼容。

这种模式就本次开发和之后的维护成本来说都是最高的，可能改起来最不费劲，加一点代码就解决了，但兼容逻辑、废弃逻辑会越来越多。我们业务上的屎山通常就是这样出现的。

而且对于单次活动的开发，影响面也没有控制住，可能会对既有逻辑产生一定的影响。

这个方案基本上可以否了。

完全纯新写
新起一组逻辑，完全用来支持当前的创新活动，与现有逻辑完全隔离，最小原则实现，和原有的逻辑完全做了隔离，这是业务发展初期、系统重构常用的思路，在成本不高的时候，是可行的。

但是如果逻辑相对复杂，创新idea的成本是没有减少的，所以这个方案也暂时先否了。

基于复制逻辑
copyOnWrite，把当前的代码做一份复制，在复制出来的代码上做修改，与现有逻辑变相隔离，不用适配老逻辑，直接做新增修改即可。

这样是不是就做到了，即跟既有逻辑隔离，又减少了重复开发。但是现实是我们的活动开发并没有那么轻松就可以复制，整个的复制成本也会很高，除此之外，老逻辑修改至逻辑的成本还是太高，需要对老逻辑非常熟悉才行。

要是有一种方式，能够一键复制就好了，比如就一个脚本，直接copy？这个思路没准能行。

基于沉淀复用 + 纯新写组装逻辑
我们去沉淀大量的工具，在创新idea到来时，利用工具集去构建新的活动，由于沉淀的这部分是稳定的，变的通常是组合逻辑，是可行的。

但是组装逻辑也相对庞大，能不能再省省。

小朋友才做选择，大朋友选择都要，我们想要的已经清晰了：快捷复制 + 纯新部分新写 + 沉淀功能集

2.1.2 调试过程

还记得写php和python的爽感嘛，语法精炼，热更热部。那能不能对于这种创新idea我们也采用这个技术栈，当然是可行的。想要提效，热更热部是必须的。

但是通常这个方式会收到各方面的制约，比如说技术栈不统一的问题，由于生态的原因，不得不否认Java是最主流的业务工程开发语言。并且对于活动场景来看性能要求是比较高的，php、python的性能说实话，还是差了一些的。

我们需要一种模式提供热更热部，并且执行效率至少跟Java差不多，能兼容现有的功能集合语言上无缝兼容（如果调一个功能就来次rpc，成本太高了），顺道还能有Java的巨大生态便利。

肯定有人杠，Java也能热更热部，我是觉着真的够难用，而且跟这种天然热的脚本类语言完全不是一个概念。

2.1.3 运维成本

开发、调试完成、测试完成之后，下一步就是线上运维了，传统的开发模式，研发对于线上的机器资源、存储资源、中间件资源等感知太多了，但就一个上线过程就要耗费掉一天的时间，并且为了安全还要使用各种手段，一台台机器去灰，还要感知nginx、DB等中间件服务，需要时还得有各种前置工作。

那能不能无需感知这些对于线上应用即写即跑，背后的资源毫不关心，让研发看不到"机器"，管控该做做，灰度就用流量灰。

2.2 Faas + ServerLess

把上面的方式总结下来看：

开发过程
快速复制
稳定的功能集合
调试过程
即写即跑，热更热部
运维过程
不感知服务器

总结下来这不就是Faas和 ServerLess架构嘛（面向的沉淀好的稳定功能集合，进行脚本化编程）。我们只需要给我们的系统，增加能执行创新idea的容器就好了。

用脚步写几个基础活动模版，然后实例化一个模版（复制一个出来），把创新的玩法在里面加进去，编写创新玩法时，使用我们沉淀好的功能集合，发布时就点一下，然后自动构建接口，自动识别存储。需要灰度就拿流量整个白名单推全，然后在整个脚本的版本系统，是不是问题就都解了。

整体的方案就是这么简单，但是我们需要解决落地过程中的 Java兼容性问题、脚本对于功能库的识别、高效复用问题、脚本执行性能问题、服务稳定性问题，下面就具体来看，是怎么落地的。

业界并没有一种完美的解决方案能把上面的几个问题妥善解决掉，在整个落地过程中做了较多的自主优化。

3. 基于Groovy引擎的优化落地

直接看下我们要落地的应用：

3.1 Java 兼容性问题

这里就拿业界最常用的Java技术栈来看落地，其他场景可能技术选型不同，但是思路是一致的。

Groovy算是Java生态中最常用的语言了，纯粹的groovy语法十分精炼。并且与Java环境高度兼容，甚至可以直接在groovy脚本中写Java代码。

在国内Groovy 最常用的场景是写单测脚本、写离线数据脚本等等，很大的原因就是跟Java兼容性极高，并且编写效率极高，对于Java开发同学没有成本。

但是Groovy脚本性能是比较差的，测试来看比Java性能得低一个数量级，无论是用哪种执行方式，这个是脚本执行的通病，但是如果把性能问题解决了，Groovy脚本是不是就很香了。

3.2 脚本执行性能问题

Java环境中使用groovy脚本有这么几种模式：GroovyShell执行、GroovyClassLoader、GroovyScriptEngine 三种方式去执行脚本。这三种模式都是类似的，性能都比较差。

3.2.1 执行原理

GroovyShell
GroovyShell 适用于执行片段脚本，具体执行过程，可以理解为把代码片段放到一个静态方法里，然后invokeStatic，然后完成处理。

每次都要进行新groovy 脚本的拼接，然后编译成对应的class文件，然后再newInstance构建一个对象，然后向下转为GroovyObject，然后调用invokeStatic。

整个拼接、编译、反射调用都是非常耗时的，然后次次编译产生大量的类，短时的方法区占用比较多。

GroovyClassloader
GroovyClassloader 可以选择groovy文件进行编译，然后夹在对应的class文件，使用的方式也是newInstance对象，用GroovyObject中的invokeMethod方法，调用的是MetaClass中的invokeMethod方法，最底层就是lang.reflect，性能也比较差。

相对于Groovy少了拼接、编译的过程，我们可以根据需要缓存对应的实例，每次的主要成本就是反射调用成本。

GroovyScriptEngine
这东西就是在groovyClass、GroovyShell上封装了一下，可以指定url去进行当前目录的脚本访问，并且提供了缓存机制，能自主发现文件更新（检查md5），提供了使用上的便利性。

但是这些便利性还不如不提供，反而引入了OOM风险，方法区不会进行卸载，然后每次变更会生成一个全新的class。并且性能方面虽然提供了缓存，但是反射调用的问题依旧无解，性能还是比较差

3.2.2 基础信息供给

回忆点基础，设计过程需要大量的类加载、反射等相关知识。

一个class对象的唯一标示是：类加载器 + 类全限定名称。

一个class文件被装载后在方法区生成class对象（启动时），这个对象在整个运行过程中是无法被替换的，像重新加载要么换名字，要么换类加载器，要么改JVM（这个侵入性太大）。

Java的类加载委派模型，最上层是bootstrap、然后是Extension、在是application，然后加载时会层层向上委派，主要是解决同一个类不同加载器问题。

由于上面的实现，父类加载器加载的类，是没办法访问子类加载器加载的类的，这个隔离是在class文件装载时进行校验的。

反射定义是在运行状态中,对于任意一个类,都能够知道这个类的所有属性和方法;对于任意一个对象,都能够调用它的任意方法和属性;这种动态获取信息以及动态调用对象方法的功能称为java语言的反射机制。

有了前置的这部分信息，我们开始进行分析设计。

3.2.3 自定义引擎

针对性能差的问题，我是做了对应的自定义实现，反正就是个编译 + 装载的过程。并且除性能以外，我需要对于整个过程都完全可控。

首先使用CompilerConfiguration进行脚本编译控制，编译成对应的class文件。（这里可以让编译过程可控）

然后自定义classloader进行装载（只需要一个单纯的class文件，只需要一个装载功能，并且需要整个过程完全可控）

然后ASM 进行对应目标class的代理类生成（ReflectASM），生成新的class：*****MethodAccess，然后再用代理类完成Groovy 脚本内方法反射调用（由于直接定位到方法调用，本质就是直接调用）。

过程按照一定的策略缓存对应的代理对象，来避免次次编译、创建代理。

这样使用grovvy的时候，就跟使用本地方法一致了。

ps：为什么ReflectASM比Java原生的反射快，而ASMReflect比直接调用性能差在哪，为什么能得到JIT的优化，下面尝试分析。

直接调用
前置动作：java 代码 -> 字节码 -> class load

执行时：根据加载好的类信息找到对应的方法引用，去执行就好

Java 原生反射
前置动作：java 代码 -> 字节码 -> class load

提前缓存：获取class信息 -> 获取对应Method

执行过程：检查系统状态和参数可以执行这个方法 -> 和正常JVM执行方法一样执行这个方法

ReflectASM 反射
前置动作：java 代码 -> 字节码 -> class load

提前缓存：获取class信息 -> 生成XXXXXXXMethodAccess类 -> 完成新类load

执行过程：使用向上转型后的代理对象（MethodAccess容器加载可识别）-> 调用invoke方法 -> 然后会走到具体的实现类（继承自MethodAccess）-> 然后代理内部将脚本对象强转为对应的脚本对象 -> 根据名称（for-each）或者方法序号（switch-case）对于脚本对象的方法进行直接调用。

ReflectASM进行调用比直接调用就多了两层栈、一层for-each或者switch-case，性能近似相同。

ReflectASM相对于原生JDK的反射，基本相当于直接调用和反射调用的差异，少了参数和状态检查的过程，并且能得到JIT的优化。

ReflectASM能被JIT优化到，完全是因为这种模式本质上就是直接调用。

看上去父类加载器访问了子类加载器加载的类，其实没有，装载过程都是没有任何问题的，这里就是利用了向上转型，编写时使用父类进行子类访问，然后再层层向上使用。

3.2.3 编译优化 -- 内部函数链路优化

重写完引擎之后，发现性能还是差一些，然后一边压测一遍看了下对应火焰图，发现调用栈里多了一些我不认识的东西。并不是常规的函数调用栈。

这里的问题是因为Groovy的动态性，grovvy编译后的class对象都默认实现了groovy.lang.GroovyObject（可以尝试反编译上面的class文件看看哈），里面有一个MetaClass持有了整个类的元信息，方法路由就是通过MetaClass来进行方法寻找的，可以用这个机制完成在运行时完成属性和方法的添加。（底层调用其实就是反射，只不过让反射的使用变简单了），具体可以去看下官方文档哈。

这个动态性使性能大幅度下降，这时候我们就需要把这个特性给关掉：@CompileStatic 就行。

ps-1: 外层依然有必要进行动态代理，没有其他的入口，防止JIT中断。

ps-2: 很多时候JIT 去优化就是因为反射，具体可以看下对应的JIT 日志，-XX:+PrintCompilation -XX:+CITime

3.2.4 服务预热优化

我们日常的服务在启动时都会有预热动作，让服务的刚开始的请求都能以正常的性能来提供。但是容器化之后，新脚本的预热是缺失的。

预热缺失在除了会导致部分请求的平响增加，在流量极大的情况下是非常危险的，预热产生的开销和链接夯死有极大的概率导致服务奔溃，这里可以参照《架构视角的性能优化》

一个脚本中需要预热的是：client（初始化）、函数（实例化）、自身代码，核心重开销的是client、函数，自身代码的JIT热度其实还好。

这里可以给脚本的下发过程做一点处理，提供预热入口，编写脚本时就能保证脚本是热的。这样可以根据脚本的内部逻辑进行针对性的预热，但是这样相对麻烦，我们需要感知发布逻辑，并且每次需要新增代码，不够优雅。

最佳的方式是，服务启动时保证脚本中用到的函数、client这些都是热的，剩下的只有脚本逻辑了，这部分本质上的性能损耗非常少了，基本可以忽略不计。如果想要极致的优化方式，可以使用AOT编译，强制静态编译，这部分内容未曾实践落地，就不说了。

3.3 如何识别功能函数库

我们基于Faas落地组装逻辑，如果在开发过程中、运行过程中识别函数库呢。

首先功能函数库，可以有两种落地形式，标准的服务（有状态函数）或工具服务（无状态函数），就使用场景来看有状态函数是我们最常用的，比如说库存、机会、计数、榜单这些，工具函数比如概率、规则引擎、决策服务等等。

3.3.1 编译时 -- SDK引入

3.3.1.1 服务引入

对于开发过程，由于是脚本 + 面向接口编程，可以直接利用类似于SPI的实现机制，引入一个SDK，只感知具体的接口，这个接口怎么实现、有哪些实现就由容器和运行环境来决定。

3.3.1.2 自定义函数库

除了上面的这种方式，可以直接跳过接口，直接自己导入沉淀好的工具库，比如一个Jar包，里面包含了自身的业务功能函数等等。

3.3.1.3 RPC接入

可以向在Java开发一样，直接在脚本里使用其他的RPC服务，只需要包装个类似于ClientFactory就可以啦。

3.3.2 运行时 -- 类加载模型扩展

上面提到的都是各种开发时的引用方式，但是运行时怎么保证你的脚本们正常加载到对应的函数、容器又是怎么执行你的脚本呢。

我们spring中的包是在application这一层所加载的，相当于容器的信息是application加载的。

3.3.2.1 脚本识别

而脚本是子类加载器所加载的，我们想要访问，只能通过反射。（容器不感知脚本也非常的合理），所以就直接反射调用了。

不过这里绕了一层，直接通过ASM生成字节码文件，做了层代理，生成代理类之后，使用被代理类的加载器（脚本类加载器）作为父类加载器构建一个子类加载器，然后代理类通过子类加载器进行装载，最终会委派至父类加载器装载，也就是脚本类加载器装载。

具体可以看看，com.esotericsoftware.reflectasm.AccessClassLoader#get，逻辑不复杂。

ps: 调用过程可以认定是反射调用，但性能是直接调用

3.3.2.2 脚本访问容器

而脚本中想要访问存放于容器中的接口畅通无阻。

3.3.2.3 脚本访问函数库

然后再把自定义函数库加进去，只需要指定函数库Jar类加载器的父类加载器是application就好，然后再指定脚本的父类加载器是函数库Jar类加载器即可。

这样就做到了，脚本中能够正常访问容器中的能力，又能访问函数库中的资源，同时容器能够正常访问对应的脚本资源。

3.3.3 整体来看

整体盘下来，类加载视图长这样：

整体的调用链路长这样：

3.4 服务稳定性问题

解决完性能、兼容性、函数库识别之后，下一个问题是稳定性问题，要求其实很清晰，隔离性 + 故障屏蔽

3.4.1 隔离问题

脚本之间不能互相影响、不同业务的脚本之间不应该出现资源抢占的情况。

首先脚本之间在上面说的那种模式落地之后，隔离逻辑非常好做，只要把整个脚本try掉就好了，无论任何错误不能导致影响容器运行。

然后业务之间的脚本是互相隔离的，在一个资源上只能加载一个业务的脚本，或者只能加载其中一个脚本，必要时一个集群仅运行一个脚本也是十分有必要的，选择不同的套餐就好了。

并且应该对于单个脚本进行逻辑隔离的治理，比如说这个脚本能使用多少存储、能用多少机器、最大多少流量，只需要在存储选择层面做合适的集群转发、流量入口处做限流、分发至不同的集群即可。

3.4.2 故障屏蔽

当一个脚本存在技术上的问题时，是不应该被发布成功的，在新脚本错误期应该保持当前可用脚本对外提供服务。并且在错误期间应该持续性报警，并且脚本发布流程夯住的。实现模式就是经典的上线单发布流程。

对于业务性问题，我们是无法立即感知的，我们需要提供灰度过程，实现白名单用户、特征用户访问新的脚本，实现脚本的影响范围控制，如果小流量存在问题时，应该要有故障恢复能力。

3.4.3 故障恢复

提供脚本的快速回滚机制、脚本下线机制，在出现问题时能够快速的恢复。

3.5 复用的效率分析

可以参照我之前的文章营销活动提效之道，这部分内容为节选篇章，原理都是一致的。

3.5.1 颗粒度问题

通常来说复用机会和颗粒度大致呈负相关的关系，颗粒度越大，能够复用的机会就越小，颗粒度越小，能够复用的机会往往越大。

拿一个活动来说，从大颗粒到小颗粒，可以大致分为活动、玩法、有状态函数、无状态函数、库函数。

颗粒度越大成本节省越多，但是复用机会较小，颗粒度越小能够节省的成本越小，但是复用机会较大。就实践而言，单就成本节省带来的提效是有一个最优点的，这个点往往是有状态函数和玩法。那么我们复用的粒度基本就是围绕这个展开的。

一场活动原封不动的直接复用几乎是不可能的，至少得换个皮吧，玩法复用机会明显大了很多，比如说抽奖、任务、签到等玩法复用，组成玩法的有状态函数复用机会就更大了，比如说机会、代币账务、库存、计数等等，再就是无状态函数，最后拆解到库函数，所有编程行为都是在这之上发生的，几乎完全复用。

3.5.2 创新限制问题

衡量出成本节省之后，我们不能单单按照这个进行执行，我们应该加入整个复用方案对于活动创新上的限制的影响。颗粒度越小对于创新时的限制是越小的，所以尽可能围绕最优的复用粒度偏向小粒度。

就实践而言，颗粒度到达有状态功能函数之后，就基本没啥限制了，所以最佳的复用粒度往往就是这个。

3.5.2 善用组合拳

前面一直在提创新的重要性，我们要做的是对于创新的提效。但是一场活动完完全全是创新玩法几乎是不可能，甚至完全全新的玩法对于用户并没有那么友好，通常是一个创新玩法带几个习惯玩法，这样才能做到让活动既陌生又熟悉，用户的体验才是最佳的。业界也基本都是这么实践的。

同时固有玩法的沉淀一样重要，这就要求我们的系统几个方向都得做，快速的玩法复用、快速的玩法变形、快速的创新玩法建设。

3.6 看下整体的逻辑视图

4. 一点启示

4.1 两万个配置问题

经常我们的会为了逻辑上的灵活性，增加很多的配置，曾经见过一些相对极端的代码，100行代码里10个配置项，如果发展到这样就没有必要了。

零散配置维护带来的成本远比灵活性带来的收益要大，ROI完全打不正。

这时候不如直接用整块代码的"规则引擎"解决问题，一块代码完成整体的决策，每次改动时还可以兼顾到整体的决策逻辑。

4.2 关于变化的收敛

我们在进行代码编写时，如果想让代码稳定可维护（架构的可扩展性、灵活度方面），最重要的就是通过各类变化的收敛，让影响范围可控，让整个的架构变得清晰，让整个代码结构变得清晰。

而变化可以大致分为这么几类：功能繁多&耦合过重导致牵一发动全身、易变的串联关系、易变的组合关系、易变的单元逻辑、新增的单元逻辑。

导致我们修改代码的都是业务功能上的变化，可以从业务功能上进行探索，最佳的实践是："化整为零，分而治之"，对于易变单元 "切分易变逻辑，使用中间件收敛和控制变化"，具体来看

对于功能繁多&耦合过重导致牵一发动全身，我们可以在最上层做处理，拆分独立的服务（比如按照领域拆分），将各域的变化收敛到域内，不影响整体系统的变更。
对于易变的串联关系，可以借鉴观察者模式，实现发布订阅等能力，完成整体的逻辑串联（落地形式可以是基于总线的同步触发机制、又或者基于消息的异步触发机制），而不是硬编码来完成逻辑的串联。
对于易变的组合关系，可以采用本文所说的这种模式，快速拼接现有的功能组成对外服务，而不是次次硬编码。
对于新增单元逻辑，我们可以使用策略模式，完成单元逻辑的收敛，把新增的成本给解决掉。
对于易变的单元逻辑，通常是由于业务逻辑多变引发的，最佳的就是拆分业务决策逻辑、代码决策逻辑，然后把代码抽象为执行模版，复杂的业务计算交给规则引擎。比如金额计算、过滤规则等等，还比如策略模式中的计算策略。

之前描述的，事件总线-流程编排、交互总线、规则引擎、通用奖励服务、代币账务等，都是按照这个思路实践的，有兴趣可以看下。

4.3 创新的吞吐量 -- 题外话

说句题外话，从流程上来看，从idea提出到完整性够键、再到prd产出、研发开发、测试、线上运行，这几个阶段是否可并性，常规来说是不可行的，prd未产出细节可能会出现大量的变动，导致研发返工，研发阶段测试提前介入，会导致测试工作重复等。但是在成本极小的情况，这种模式是有落地可能性的，尤其是创新场景，直接研发写个demo上去也不是不行。