15、深入探索Azure：静态Web应用、容器化与无服务器计算

深入探索Azure：静态Web应用、容器化与无服务器计算

1. 静态Web应用配置

在Azure上配置静态Web应用时，会生成一个唯一的URL，创建静态Web应用资源时需输入应用名称，不过这只是用于管理的名称。配置完成后，可访问生成的域名。例如，成功在静态Web应用上配置Blazor应用后，服务器端仅负责提供文件，客户端下载并在本地执行所有操作。这里展示的Blazor应用示例由GitHub在Ubuntu构建主机上使用.NET 6编译。除了Blazor，Azure静态Web应用还支持多种前端框架，如Angular、Vue、React，以及像Gatsby这样的静态站点生成器。完整的支持框架列表可查看：https://docs.microsoft.com/en-us/azure/static-web-apps/front-end-frameworks 。

2. 容器化Web应用

Web应用支持另一种托管模式，即可以将应用作为Docker容器进行部署。以下是关于Docker的详细介绍：
- Docker简介 ：Docker是基于containerd运行时构建的一组工具，用于创建容器化应用。容器是虚拟机的演进，虚拟机模拟完整的硬件设备，而容器处于操作系统级别。容器将软件、库和配置捆绑在一起，可在特定操作系统上运行，是一个完全隔离、自配置的工作单元，运行在Docker主机的底层操作系统之上。与虚拟机相比，容器的开销更小，因此在一个物理设备上可以运行更多的容器。
- 容器化应用的优势 ：使用容器化应用可以简化很多工作。例如，从一个云主机迁移到另一个云主机（如从Amazon AWS迁移到Microsoft Azure）非常容易，无需对应用进行配置更改；更新应用也很简单，只需重启容器即可。不过，大部分工作在于将应用进行容器化设置。
- 容器化应用的必要组件 ：要使应用在Docker容器中运行，需要以下组件：
- Docker文件：描述入口点、端口和配置。
- Docker镜像：一个准备好启动和使用的容器化应用。
- Docker注册表：类似于包存储库（如NuGet、NPM等），用于存储要部署的容器镜像。
- Docker运行时。
- Docker运行器：从Docker注册表拉取镜像并将其部署到Docker运行时的系统。

3. 对MVC示例应用进行容器化

以下是将MVC示例应用进行容器化的具体步骤：
1. 安装Docker Desktop ：从官网https://hub.docker.com/editions/community/docker-ce-desktop-windows 下载安装程序。安装程序将引导完成WSL2的安装，并确保安装了正确的更新，之后会安装Docker和Docker Desktop。Docker Desktop是Docker的Windows版本，提供了配置Docker的UI和CLI，最重要的是它将Docker引擎连接到Visual Studio进行调试。
2. 添加Docker支持 ：安装Docker Desktop后，打开解决方案，右键单击要容器化的项目，选择“添加” > “Docker支持”。选择Linux容器，Visual Studio将生成一个Docker文件，该文件包含在容器中构建和运行基于.NET 6的应用所需的所有指令。
3. 调试容器化应用 ：添加Docker文件后，Visual Studio会将Docker显示为新的调试目标。选择Docker作为调试目标后，每次启动“构建”命令时，Visual Studio会根据Dockerfile的指令构建应用。启动应用进行调试时，Docker Desktop中会启动一个容器，调试器将附加到该容器。首次操作时，可能会弹出一些命令行窗口，这是Docker工具正在下载该项目所需的正确镜像。
4. 上传容器到注册表 ：为了能够部署容器，需要将其上传到容器存储库。Docker有一个公共存储库Docker Hub，也可以使用Azure的Azure Container Registry（ACR）创建私有容器注册表。
- 创建ACR实例 ：通过Azure门户创建ACR实例，实例名称很重要，在上传容器的命令中需要使用 .azurecr.io域名。
- 构建容器 ：使用Docker CLI构建容器时，如果使用Visual Studio生成的Dockerfile会报错，原因是该文件用于Visual Studio工具的调试和集成，Docker工具内部使用的相对路径假设Docker文件位于解决方案级别，而Visual Studio将其放在项目级别。最快的解决方法是复制Docker文件并将其复制到解决方案级别。确保命令行位于解决方案目录，然后使用以下命令构建容器：

docker build . -t dotnetsix.azurecr.io/mvcdemo

- **认证并推送容器**：由于ACR实例是私有的，需要先对Azure和ACR进行认证。安装Azure CLI后，使用以下命令进行认证：

az login
az acr login --name dotnetsix.azurecr.io

认证成功后，使用以下命令将容器镜像推送到注册表：

docker push dotnetsix.azurecr.io/mvcdemo

- **部署到Azure Web应用**：最后，创建一个新的Azure Web应用实例，选择Docker而不是代码。向导会连接到ACR实例，读取镜像和标签列表，Azure将创建一个新实例，从ACR拉取镜像并创建容器。需要注意的是，首次访问基于Docker的Web应用可能需要一些时间，因为容器需要生成和启动。

以下是容器化流程的mermaid流程图：

graph LR
    A[安装Docker Desktop] --> B[添加Docker支持]
    B --> C[调试容器化应用]
    C --> D[创建ACR实例]
    D --> E[构建容器]
    E --> F[认证并推送容器]
    F --> G[部署到Azure Web应用]

4. Azure Functions：无服务器计算

Azure Functions是Azure上实现无服务器计算的服务。无服务器计算意味着代码可以在云端运行，无需担心服务器维护、操作系统更新、扩展、容器等传统的工作开销。虽然实际上仍然使用服务器来运行代码，但可以直接构建并部署代码，这就是无服务器计算的由来。
- Azure Functions的触发方式 ：Azure Functions通过触发器调用，触发器类似于事件，可以来自不同的地方。例如，HTTP触发器通过对函数端点进行HTTP请求来调用，类似于REST调用；还有许多触发器来自其他Azure资源，如Blob触发器在将Blob添加到Blob存储容器时触发，服务总线队列触发器在服务总线接收到消息时触发。
- 编写Azure Functions ：Azure Functions可以使用不同的语言（如JavaScript和C#）和不同的IDE（如Visual Studio Code和Visual Studio 2022）编写。这里以在Visual Studio 2022中使用C#编写为例。Azure Functions有两种模式：
- 进程内模式 ：默认情况下，Azure Function与Functions运行时在同一进程中运行，这意味着包含函数代码的类库在Functions进程运行的同一运行时上执行。目前Azure Functions运行时基于.NET 6，这种模式没有问题，但在.NET 5发布时曾是一个问题。
- 进程外模式 ：为了解决上述问题，引入了进程外函数支持，函数可以在自己的进程中运行，拥有自己的独立运行时。对于.NET 6，可以选择.NET 6（进程内）或.NET 6（隔离，进程外）。

5. 示例Azure Function代码分析

以下是一个默认的Azure Function示例代码：

[FunctionName("Function1")]
[OpenApiOperation(operationId: "Run", tags: new[] { "name" })]
[OpenApiSecurity("function_key", SecuritySchemeType.ApiKey, Name = "code", 
In = OpenApiSecurityLocationType.Query)]
[OpenApiParameter(name: "name", In = ParameterLocation.Query, Required = 
true, Type = typeof(string), Description = "The **Name** parameter")]
[OpenApiResponseWithBody(statusCode: HttpStatusCode.OK, contentType: "text/
plain", bodyType: typeof(string), Description = "The OK response")]
public async Task<IActionResult> Run(
    [HttpTrigger(AuthorizationLevel.Function, "get", "post", Route = null)] 
HttpRequest req)
{
    string name = req.Query["name"];
    string requestBody = await new StreamReader(req.Body).ReadToEndAsync();
    dynamic data = JsonConvert.DeserializeObject(requestBody);
    name = name ?? data?.name;
    string responseMessage = $"Hello, {name}. This HTTP triggered function 
executed successfully.";
    return new OkObjectResult(responseMessage);
}

代码解释：
- 属性部分 ： [FunctionName("Function1")] 为函数命名，该名称用于Swagger UI和Azure门户。其他属性用于根据OpenAPI规范描述函数，以便Swagger UI可以提供良好的体验。
- HttpTrigger属性 ：配置函数的触发器，将函数注册为具有特定动词（如GET和POST）的HTTP端点。
- 函数逻辑 ：从请求中获取参数，处理请求体，生成响应消息并返回。

6. 将书籍服务移植到Azure Functions

以下是将书籍服务移植到Azure Functions的详细步骤和代码示例：
1. 添加启动对象 ：由于进程内函数默认没有启动类，需要添加Microsoft.Azure.Functions.Extensions NuGet包，然后创建一个启动对象来配置依赖注入。

[assembly: FunctionsStartup(typeof(FunctionsDemo.Startup))]
namespace FunctionsDemo;
public class Startup : FunctionsStartup
{
    public override void Configure(IFunctionsHostBuilder builder)
    {
        builder.Services.AddSingleton<IBookCatalogService, 
BookCatalogService>();
    }
}

2. 定义函数类 ：在函数类中注入 IBookCatalogService 。

public class BookFunctions
{
    private readonly IBookCatalogService _bookCatalogService;
    public BookFunctions(IBookCatalogService bookCatalogService)
    {
        _bookCatalogService = bookCatalogService;
    }
}

3. 添加具体函数 ：
   • 获取所有书籍列表 ：

[FunctionName("FetchBooks")]
[OpenApiOperation(operationId: "FetchAll", tags: new[] { "Books" })]
[OpenApiResponseWithBody(statusCode: HttpStatusCode.OK, contentType: 
"application/json", bodyType: typeof(Book[]), Description = "A list of books")]
public async Task<IActionResult> Run([HttpTrigger("get", Route = "books")] 
HttpRequest req)
{
    Book[] books = await _bookCatalogService.FetchBookCatalog();
    return new OkObjectResult(books);
}

- **根据ID获取特定书籍**：

[FunctionName("FetchBookByID")]
[OpenApiOperation(operationId: "FetchBookByID", tags: new[] { "Books" })]
[OpenApiParameter("id", Description = "The ID of a specific book",  
Type = typeof(int))]
[OpenApiResponseWithBody(statusCode: HttpStatusCode.OK, contentType: 
"application/json", bodyType: typeof(Book), Description =  
"A specific book")]
public async Task<IActionResult> FetchBookById([HttpTrigger("get",  
Route = "books/{id:int}")] HttpRequest req, int id)
{
    Book book = await _bookCatalogService.FetchBookById(id);
    return new OkObjectResult(book);
}

- **创建新书**：

[FunctionName("AddBook")]
[OpenApiOperation(operationId: "AddBook", tags: new[] { "Books" })]
[OpenApiRequestBody("application/json", typeof(Book), Required = true)]
[OpenApiResponseWithBody(statusCode: HttpStatusCode.Created, contentType: 
"application/json", bodyType: typeof(Book), Description = "A newly 
added book")]
public async Task<IActionResult> AddBook([HttpTrigger("post", Route = 
"books")] HttpRequest req)
{
    var book = await JsonSerializer.DeserializeAsync<Book>(req.Body);
    await _bookCatalogService.AddBook(book);
    return new CreatedResult($"/books/{book.Id}", book);
}

7. 部署Azure Functions

可以直接从Visual Studio 2022部署Azure Functions，具体步骤如下：
1. 选择发布目标 ：右键单击项目，选择“发布”，在向导的第一步指定要发布到Azure。
2. 选择函数类型 ：在第二步选择要创建的Azure Function运行的操作系统（Windows或Linux）或容器。这里选择Windows-based Function。
3. 创建新函数 ：点击“+”号开始创建新函数，函数名称在Azure中必须唯一。计划类型有三种选项：Consumption、Premium和Dedicated（App Service），不同的选择会影响扩展、每个实例的资源以及对高级功能（如虚拟网络连接）的支持。更多信息可查看https://docs.microsoft.com/en-us/azure/azure-functions/functions-scale 。此外，Azure Functions需要一个存储账户，因为它们依赖存储来管理触发器和日志记录。
4. 跳过API管理步骤 ：创建函数后，进入API管理步骤，由于这超出了本文的范围，可以选择“跳过此步骤”以启用“创建”按钮。
5. 发布函数 ：完成所有步骤后，点击“发布”按钮，Visual Studio将创建Azure资源并将函数推送到云端。

以下是部署Azure Functions的mermaid流程图：

graph LR
    A[选择发布目标] --> B[选择函数类型]
    B --> C[创建新函数]
    C --> D[跳过API管理步骤]
    D --> E[发布函数]

通过以上步骤，可以在Azure上成功配置静态Web应用、对应用进行容器化并部署Azure Functions，实现无服务器计算。希望这些内容对大家有所帮助。

深入探索Azure：静态Web应用、容器化与无服务器计算

8. 操作总结与对比

为了更清晰地展示上述各项操作的关键信息，我们整理了以下表格：
|操作类型|关键步骤|主要注意事项|
| ---- | ---- | ---- |
|静态Web应用配置|生成唯一URL，输入应用名称，可购买自定义域名|应用名称仅用于管理|
|容器化应用|安装Docker Desktop，添加Docker支持，调试应用，上传容器到注册表|使用Visual Studio生成的Dockerfile构建容器可能报错，需复制到解决方案级别|
|Azure Functions编写|选择模式，编写代码，配置依赖注入|进程内和进程外模式有差异，进程内函数需额外配置启动对象|
|Azure Functions部署|选择发布目标，选择函数类型，创建新函数，跳过API管理步骤，发布函数|函数名称需唯一，不同计划类型影响功能和资源|

9. 常见问题解答

在实际操作过程中，可能会遇到一些常见问题，下面为大家解答：
- 问 ：在使用Visual Studio生成的Dockerfile构建容器时为什么会报错？
- 答 ：因为该文件用于Visual Studio工具的调试和集成，Docker工具内部使用的相对路径假设Docker文件位于解决方案级别，而Visual Studio将其放在项目级别。解决方法是复制Docker文件并将其复制到解决方案级别。
- 问 ：Azure Functions的进程内和进程外模式有什么区别？
- 答 ：进程内模式下，Azure Function与Functions运行时在同一进程中运行，代码与运行时版本紧密耦合；进程外模式下，函数可以在自己的进程中运行，拥有自己的独立运行时，可避免运行时版本的问题。
- 问 ：部署Azure Functions时，不同的计划类型有什么影响？
- 答 ：计划类型有Consumption、Premium和Dedicated（App Service）三种。不同的选择会影响扩展、每个实例的资源以及对高级功能（如虚拟网络连接）的支持。更多信息可查看https://docs.microsoft.com/en-us/azure/azure-functions/functions-scale 。

10. 技术拓展思考

虽然我们已经详细介绍了Azure上的静态Web应用配置、容器化应用和Azure Functions的使用，但在实际应用中，还可以考虑以下拓展方向：
- 自动化部署 ：可以使用CI/CD工具（如Azure Pipelines、GitHub Actions等）实现容器化应用和Azure Functions的自动化部署，提高部署效率和准确性。
- 多环境管理 ：在开发、测试和生产环境中，可以使用不同的配置和资源，通过环境变量等方式进行管理，确保应用在不同环境中的稳定性。
- 安全优化 ：对于Azure Functions，除了使用默认的安全机制（如函数密钥），还可以考虑使用Azure API Management进行更高级的安全管理，如身份验证、授权、限流等。

11. 总结与展望

通过本文的介绍，我们深入了解了在Azure上配置静态Web应用、对应用进行容器化以及使用Azure Functions实现无服务器计算的详细步骤和技术要点。从静态Web应用的简单配置，到容器化应用的复杂构建和部署，再到Azure Functions的灵活编写和发布，每一个环节都有其独特的技术细节和操作要求。

在未来的云计算发展中，Azure作为一个强大的云平台，将继续提供更多的功能和服务。静态Web应用将更加便捷地支持各种前端框架，容器化技术将进一步简化应用的部署和管理，Azure Functions将在无服务器计算领域发挥更大的作用。希望大家能够掌握这些技术，在实际项目中灵活运用，创造出更高效、更稳定的应用系统。

以下是整个操作流程的综合mermaid流程图，展示了从静态Web应用配置到Azure Functions部署的完整过程：

graph LR
    A[静态Web应用配置] --> B[容器化应用]
    B --> C[Azure Functions编写]
    C --> D[Azure Functions部署]
    B1[安装Docker Desktop] --> B2[添加Docker支持]
    B2 --> B3[调试容器化应用]
    B3 --> B4[上传容器到注册表]
    C1[选择模式] --> C2[编写代码]
    C2 --> C3[配置依赖注入]
    D1[选择发布目标] --> D2[选择函数类型]
    D2 --> D3[创建新函数]
    D3 --> D4[跳过API管理步骤]
    D4 --> D5[发布函数]

通过以上内容，我们全面地了解了Azure上的多种应用操作和技术，希望能为大家在云计算领域的实践提供有价值的参考。