Serverloses Datenbankcomputing mit Azure Cosmos DB und Azure Functions

GILT FÜR: NoSQL

Das serverlose Computing beruht im Wesentlichen auf der Fähigkeit, sich auf einzelne Logikelemente zu konzentrieren, die wiederholbar und zustandslos sind. Diese Elemente erfordern keine Infrastrukturverwaltung, und Ressourcen werden von ihnen lediglich für die Sekunden oder sogar Millisekunden ihrer Ausführung verbraucht. Den Kern der serverlosen Computing-Aktivitäten stellen Funktionen dar, die von Azure Functions im Azure-Ökosystem verfügbar gemacht werden. Weitere Informationen zu anderen serverlosen Ausführungsumgebungen in Azure finden Sie auf der Seite Serverlos in Azure.

Mit der nativen Integration zwischen Azure Cosmos DB und Azure Functions können Sie Datenbanktrigger, Eingabebindungen und Ausgabebindungen direkt von Ihrem Azure Cosmos DB-Konto aus erstellen. Mithilfe von Azure Functions und Azure Cosmos DB können Sie ereignisgesteuerte serverlose Apps erstellen und bereitstellen, die Zugriff mit geringer Latenzzeit auf vielfältige Daten für eine globale Benutzerbasis bieten.

Übersicht

Mit Azure Cosmos DB und Azure Functions können Sie Ihre Datenbanken und serverlosen Apps wie folgt integrieren:

• Erstellen Sie einen ereignisgesteuerten Azure Functions-Trigger für Azure Cosmos DB. Dieser Trigger stützt sich auf Änderungsfeed-Datenströme, anhand derer Ihr Azure Cosmos DB-Container auf Änderungen überwacht wird. Werden Änderungen an einem Container vorgenommen, wird der Änderungsfeed-Datenstrom an den Trigger gesendet, wodurch die Azure-Funktion aufgerufen wird.
• Sie können aber auch eine Azure-Funktion mithilfe einer Eingabebindung an einen Azure Cosmos DB-Container binden. Eingabebindungen lesen Daten aus einem Container, wenn eine Funktion ausgeführt wird.
• Binden Sie eine Funktion mithilfe einer Ausgabebindung an einen Azure Cosmos DB-Container. Ausgabebindungen schreiben Daten in einen Container, wenn eine Funktion abgeschlossen wird.

In der folgenden Abbildung wird jede einzelne dieser drei Integrationen veranschaulicht:

Der Azure Functions-Trigger, die Eingabebindung und die Ausgabebindung für Azure Cosmos DB können in den folgenden Kombinationen verwendet werden:

• Ein Azure Functions-Trigger für Azure Cosmos DB kann mit einer Ausgabebindung an einen anderen Azure Cosmos DB-Container verwendet werden. Nachdem eine Funktion eine Aktion für ein Element im Änderungsfeed ausgeführt hat, können Sie es in einen anderen Container schreiben (beim Schreiben in den gleichen Container würde im Endeffekt eine rekursive Schleife entstehen). Alternativ dazu können Sie auch einen Azure Functions-Trigger für Azure Cosmos DB verwenden, um alle geänderten Elemente auf effektive Weise von einem Container zu einem anderen zu migrieren, indem Sie eine Ausgabebindung nutzen.
• Eingabebindungen und Ausgabebindungen für Azure Cosmos DB können in derselben Azure-Funktion verwendet werden. Dies funktioniert gut in Fällen, in denen Sie mit der Eingabebindung bestimmte Daten suchen, sie in der Azure-Funktion ändern und anschließend nach der Änderung im selben oder einem anderen Container speichern möchten.
• Eine Eingabebindung an einen Azure Cosmos DB-Container kann in derselben Funktion wie ein Azure Functions-Trigger für Azure Cosmos DB verwendet werden. Die Verwendung mit oder ohne Ausgabebindung ist ebenfalls möglich. Mit einer solchen Kombination können Sie z.B. aktuelle Wechselkursinformationen (abgerufen mit einer Eingangsbindung in einen Kurscontainer) auf den Änderungsfeed für neue Bestellungen in Ihrem Einkaufswagendienst anwenden. Die aktualisierte Einkaufswagensumme kann mit angewendetem aktuellen Wechselkurs mithilfe einer Ausgabebindung in einen dritten Container geschrieben werden.

Anwendungsfälle

Die folgenden Anwendungsfälle veranschaulichen einige Möglichkeiten, wie Sie das Beste aus Ihren Azure Cosmos DB-Daten machen können – indem Sie Ihre Daten mit dem ereignisgesteuerten Azure Functions verbinden.

IoT-Anwendungsfall: Azure Functions-Trigger und -Ausgabebindung für Azure Cosmos DB

In IoT-Implementierungen können Sie eine Funktion aufrufen, wenn die Motorkontrollleuchte in einem angeschlossenen Auto angezeigt wird.

Implementierung: Verwenden eines Azure Functions-Triggers und der Azure Functions-Ausgabebindung für Azure Cosmos DB

1. Mit einem Azure Functions-Trigger für Azure Cosmos DB werden Ereignisse für Fahrzeugwarnungen ausgelöst, z. B. das Aktivieren der Motorkontrollleuchte in einem vernetzten Auto.
2. Bei Einschalten der Motorkontrollleuchte werden die Sensordaten an Azure Cosmos DB gesendet.
3. Azure Cosmos DB erstellt oder aktualisiert Dokumente mit neuen Sensordaten. Anschließend werden diese Änderungen an den Azure Functions-Trigger für Azure Cosmos DB gestreamt.
4. Der Trigger wird bei jeder Datenänderung an der Sensordatensammlung ausgelöst, da alle Änderungen über den Änderungsfeed gestreamt werden.
5. Anhand einer Schwellenwertbedingung in der Funktion werden die Sensordaten an die Garantieabteilung gesendet.
6. Steigt auch die Temperatur über einen bestimmten Wert, wird auch eine Warnung an den Fahrzeughalter gesendet.
7. Die Ausgabebindung in der Funktion aktualisiert den Fahrzeugdatensatz in einem weiteren Azure Cosmos DB-Container, um Informationen über das Motorkontrollereignis zu speichern.

Die folgende Abbildung zeigt den Code, der für diesen Trigger in das Azure-Portal geschrieben wird.

Finanzieller Anwendungsfall – Trigger mit Timer und Eingabebindung

Bei finanziellen Implementierungen können Sie beispielsweise eine Funktion aufrufen, wenn der Saldo eines Bankkontos unter einen bestimmten Betrag fällt.

Implementierung: Ein Trigger mit Timer mit einer Azure Cosmos DB-Eingabebindung

1. Mithilfe eines Triggers mit Timer können Sie die in einem Azure Cosmos DB-Container gespeicherten Kontosaldoinformationen unter Verwendung einer Eingabebindung in festgelegten Zeitintervallen abrufen.
2. Wenn der Saldo unter dem vom Benutzer festgelegten unteren Schwellenwert für Salden liegt, wird durch die Azure-Funktion eine bestimmte Nachverfolgungsaktion ausgeführt.
3. Bei der Ausgabebindung kann es sich um eine SendGrid-Integration handeln, die eine E-Mail von einem Dienstkonto an die E-Mail-Adressen versendet, die für jedes der Konten mit geringem Saldo angegeben sind.

In den folgenden Abbildungen wird der Code im Azure-Portal für dieses Szenario gezeigt.

Anwendungsfall für Gaming: Azure Functions-Trigger und -Ausgabebindung für Azure Cosmos DB

Wenn in einer Gaming-Anwendung ein neuer Benutzer erstellt wird, können Sie mithilfe der Azure Cosmos DB-API für Gremlin nach anderen Benutzern suchen, die diesen Benutzer möglicherweise kennen. Anschließend können Sie die Ergebnisse in eine Azure Cosmos DB- oder SQL-Datenbank schreiben, aus der sie leicht abgerufen werden können.

Implementierung: Verwenden eines Azure Functions-Triggers und der Azure Functions-Ausgabebindung für Azure Cosmos DB

1. Mithilfe einer Azure Cosmos DB-Graphdatenbank, in der alle Benutzer gespeichert werden, können Sie eine neue Funktion mit einem Azure Functions-Trigger für Azure Cosmos DB erstellen.
2. Bei Einfügen eines neuen Benutzers wird die Funktion aufgerufen, und das Ergebnis wird mithilfe einer Ausgabebindung gespeichert.
3. Die Funktion fragt die Grafikdatenbank ab und sucht nach allen Benutzern, die in direkter Beziehung zum neuen Benutzer stehen. Das resultierende Dataset wird an die Funktion zurückgegeben.
4. Diese Daten werden dann in einer Azure Cosmos DB-Instanz gespeichert, aus der sie von jeder Front-End-Anwendung ganz einfach abgerufen werden können, die den neuen Benutzer für seine verknüpften Freunde anzeigt.

Einzelhandel-Anwendungsfall: Mehrere Funktionen

Wenn ein Benutzer in Einzelhandelsimplementierungen seinem Einkaufskorb einen Artikel hinzufügt, sind Sie nun flexibel genug, um Funktionen für optionale Business-Pipelinekomponenten zu erstellen und aufzurufen.

Implementierung: Mehrere Azure Functions-Trigger für Azure Cosmos DB überwachen einen Container.

1. Sie können mehrere Azure Functions-Instanzen erstellen, indem Sie diesen jeweils Azure Functions-Trigger für Azure Cosmos DB hinzufügen – diese überwachen alle denselben Änderungsfeed von Einkaufswagendaten. Wenn mehrere Funktionen denselben Änderungsfeed überwachen, ist für jede Funktion eine neue Leasesammlung erforderlich. Weitere Informationen über Leasesammlungen finden Sie unter Grundlegendes zur Change Feed Processor-Bibliothek.
2. Wenn dem Einkaufswagen eines Benutzers ein neuer Artikel hinzugefügt wird, wird jede Funktion unabhängig vom Änderungsfeed aus dem Einkaufswagen-Container aufgerufen.

   • Eine Funktion kann anhand des Inhalts des aktuellen Einkaufswagens die Anzeige weiterer Artikel ändern, an denen der Benutzer möglicherweise auch interessiert ist.

   • Von einer anderen Funktion können die Gesamtzahlen des Bestands aktualisiert werden.

   • Eine weitere Funktion kann Kundeninformationen zu bestimmten Produkten an die Marketingabteilung senden, die sie wiederum in einem Werbeverteiler versendet.

     Jede Abteilung kann einen Azure Functions-Trigger für Azure Cosmos DB durch Überwachen des Änderungsfeeds erstellen. Damit ist sichergestellt, dass wichtige Bestellverarbeitungsereignisse im Prozess nicht verzögert werden.

Da die Funktion in allen diesen Anwendungsfällen die App selbst entkoppelt hat, müssen Sie nicht andauernd neue App-Instanzen starten. Stattdessen ruft Azure Functions einzelne Funktionen auf, um einzelne Prozesse je nach Bedarf abzuschließen.

Tools

Die native Integration zwischen Azure Cosmos DB und Azure Functions ist im Azure-Portal und in Visual Studio verfügbar.

• Im Azure Functions-Portal können Sie einen Trigger erstellen. Eine Schnellstartanleitung finden Sie unter Erstellen eines Azure Functions-Triggers für Azure Cosmos DB im Azure-Portal.

• Im Azure Cosmos DB-Portal können Sie einer vorhandenen Azure Functions-App in derselben Ressourcengruppe einen Azure Functions-Trigger für Azure Cosmos DB hinzufügen.

• In Visual Studio können Sie den Trigger mit den Azure Functions-Tools erstellen:

Was spricht für die Integration von Azure Functions beim serverlosen Computing?

Azure Functions bietet die Möglichkeit, skalierbare Arbeitseinheiten bzw. präzise Logikelemente zu erstellen, die bei Bedarf ausgeführt werden, ohne dass eine Infrastruktur bereitgestellt und verwaltet werden muss. Mit Azure Functions müssen Sie keine umfassende App erstellen, um auf Änderungen in Ihrer Azure Cosmos DB-Datenbank zu reagieren. Stattdessen können Sie kleine, wiederverwendbare Funktionen für konkrete Aufgaben erstellen. Darüber hinaus können Sie Azure Cosmos DB-Daten auch als Eingabe oder Ausgabe für eine Azure-Funktion als Reaktion auf ein Ereignis (z.B. eine HTTP-Anforderung oder ein Trigger mit Timer) verwenden.

Azure Cosmos DB empfiehlt sich als folgenden Gründen als Datenbank für Ihre Architektur für serverloses Computing:

• Sofortiger Zugriff auf alle Ihre Daten: Sie verfügen über präzisen Zugriff auf jeden gespeicherten Wert, da Azure Cosmos DB sämtliche Daten standardmäßig automatisch indiziert und die Indizes sofort verfügbar macht. Das heißt, dass Sie Ihre Datenbank ständig abfragen, aktualisieren und neue Elemente hinzufügen können und über Azure Functions sofortigen Zugriff haben.

• Ohne Schema. Azure Cosmos DB verfügt über kein Schema, daher kann jede Datenausgabe von einer Azure-Funktion verarbeitet werden. Durch diesen Ansatz der „uneingeschränkten Verarbeitung“ können verschiedene Funktionen erstellt werden, die Daten in Azure Cosmos DB ausgeben.

• Skalierbarer Durchsatz. Durchsatz kann in Azure Cosmos DB sofort zentral hoch- und herunterskaliert werden. Wenn Sie über Hunderte oder sogar Tausende von Funktionen verfügen, die alle denselben Container abfragen und in diesen Container schreiben, können Sie Ihre RU/s hochskalieren, sodass die Last bewältigt werden kann. Alle Funktionen arbeiten parallel mit den zugeordneten RU/s, und Ihre Daten sind garantiert konsistent.

• Globale Replikation. Sie können Azure Cosmos DB-Daten weltweit replizieren, um die Latenz zu verringern, wobei eine Geolokalisierung Ihrer Daten in größtmöglicher Nähe zu Ihren Benutzern erfolgt. Wie bei allen Azure Cosmos DB-Abfragen sind Daten aus ereignisgesteuerten Triggern Daten, die aus der Azure Cosmos DB in größter Nähe zum Benutzer gelesen werden.

Wenn Sie die Integration mit Azure Functions zum Speichern von Daten einrichten möchten und keine tiefe Indizierung gewünscht wird, oder wenn Sie Anhänge und Mediendateien speichern müssen, ist der Azure Blob Storage-Trigger möglicherweise die bessere Wahl.

Vorteile von Azure Functions:

• Ereignisgesteuert. Azure Functions ist ereignisgesteuert und kann einen Änderungsfeed von Azure Cosmos DB überwachen. Das bedeutet, dass Sie keine Überwachungslogik schreiben müssen. Sie müssen lediglich ein Auge auf die überwachten Änderungen haben.

• Keine Einschränkungen. Funktionen werden parallel ausgeführt, und vom Dienst werden so viele Funktionen aufgerufen, wie benötigt werden. Die Parameter legen Sie fest.

• Geeignet für schnelle Aufgaben. Bei jedem ausgelösten Ereignis ruft der Dienst neue Instanzen der Funktionen auf, und er schließt sie, sobald die Funktion abgeschlossen ist. Sie bezahlen lediglich für den Zeitraum, in dem Ihre Funktionen ausgeführt werden.

Wenn Sie nicht sicher sind, ob Flow, Logic Apps, Azure Functions oder WebJobs am besten für Ihre Implementierung geeignet sind, lesen Sie den Artikel Auswahl zwischen Flow, Logic Apps, Functions und WebJobs.

Nächste Schritte

Stellen wir nun eine echte Verbindung zwischen Azure Cosmos DB und Azure Functions her:

• Erstellen eines Azure Functions-Triggers für Azure Cosmos DB im Azure-Portal
• Erstellen eines Azure Functions-HTTP-Triggers mit einer Azure Cosmos DB-Eingabebindung
• Azure Cosmos DB-Bindungen und -Trigger