空谈stateless和stateful

Bruce Li

发布于 2020-04-14 16:42:27

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发布于 2020-04-14 16:42:27

文章被收录于专栏：天马行空布鲁斯

其实，关于这两个词语，我们经常听到，网上也有很多文章介绍，大家可以自行搜索。这里只谈一谈个人对它们的理解。

下面分别从编程语言和系统架构的角度聊一聊stateless和stateful。

编程语言

首先，我们看一个Java API的例子：

Java的SDK提供了两种遍历List的方式，一种是使用foreach；一种是使用iterator，如下：

foreach

List<String> list = new ArrayList<String>();
for(int i = 0; i < list.size(); i++) {
    System.out.println(list.get(i));
}

iterator

List<String> list = new ArrayList<String>();
Iterator<String> iterator = list.iterator();
while(iterator.hasNext()) {
    System.out.println(iterator.next());
}

第一种方式是调用list.get(i)，这个api就是stateless的，因为get方法的实现不会保存一个“状态”，多次调用都是返回同一个元素。

第二种方式是调用iterator.next()，这个api就是stateful的，因为next方法的实现会保存一个“状态”：游标信息，前后两次调用返回不同元素。

接下来，从向对象编程（OOP：object orentied programming）和函数式编程（FP：functional programming）角度聊一聊stateless和stateful。

面向对象编程里面的方法/函数叫做method；函数式编程里面的方法/函数叫做function。
函数并不一定都是stateless的，只有纯函数（PF：pure function）才是stateless。纯函数的特征就是其返回只跟函数的输入参数有关，不依赖于其它的state。
其实不管是method，还是function，只要是符合纯函数特征，都是stateless。
stateless方法/函数的优点是，在并发环境下，不会由于state的变化导致side effect。
Java 8新增了对lambda表达式的支持，其实就是对函数式编程的支持，在很多场景下这非常有用并且便于理解，比如List的排序API，需要传入一个比较器，在Java 8之前需要用匿名类（其实这个类并没有任何意义）来实现，而在Java 8之后就可以直接用lambda。

系统架构

首先，从网络协议角度来看，http协议是stateless的，tcp协议是stateful的，ip协议是stateless的。虽然说，http协议本身是stateless的，但是很多web 应用却是stateful的，因为web应用保存了用户的session信息，这样对登陆之前和登陆之后用户请求的处理是不同的。但是，对于很多web api service来讲，可能就是stateless的，因为其不需要用户登陆，而只需要用户提供验证的credentials，对多次请求的处理逻辑是一样的。

对于系统内部，负责权限验证部分的component，如果把session信息存放在内存，则它是stateful的；如果放在standalone的session store（比如：redis）里面，则它是stateless的。当这个component是stateless时，其可以很容易的实现水平扩展，就不需要考虑sticky session等问题。

现在很流行一个词serverless（无服务），相比于serverful，其核心思想就是”不需要一直霸占一个server来保持running“，而是通过事件来触发，接收到事件时，才开始分配服务器资源并启动定义好的function，执行完function，就回收服务器资源，整个过程就像程序运行过程中调用一个函数，所以这样一个function本身是stateless的。可以看到，serverless能够充分利用服务器资源，因为function执行完就会释放掉，但是，它有一个显著问题就是”冷启动“，因为不像serverful的应用，代码只需要第一次启动的时候加载完成即可；serverless的应用，每次事件触发执行function，都需要加载。

现在很多cloud平台都有推出serverless功能，但最早的应该是AWS lambda。

References