Cloudflare Workers 是什么？一文了解 – wiki基地

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Cloudflare Workers 是什么？一文了解边缘计算的革新力量

在当今互联网世界，用户对于网站和应用的访问速度、安全性和可靠性提出了前所未有的要求。传统的中心化服务器架构在面对全球用户时，常常会因为地理距离带来显著的延迟。而服务器less（无服务器）计算的兴起，为开发者提供了一种无需关心底层基础设施即可运行代码的方式，但其执行位置和冷启动问题有时仍然是挑战。

正是在这样的背景下，Cloudflare Workers 应运而生，并迅速成为边缘计算领域的一股革新力量。它不仅仅是一种 serverless 计算服务，更是 Cloudflare 全球网络能力与开发者灵活性相结合的产物。

本文将深入探讨 Cloudflare Workers 的核心概念、工作原理、关键特性、应用场景、与其他技术的区别以及如何开始使用它，带您一文了解这个强大的边缘计算平台。

第一部分：初识 Cloudflare Workers – 它究竟是什么？

简单来说，Cloudflare Workers 是一种 serverless 函数计算平台，允许开发者在 Cloudflare 全球网络的“边缘”（Edge）执行 JavaScript、WebAssembly 或其他语言的代码。

这里的“边缘”是一个关键概念。它指的是靠近最终用户的 Cloudflare 全球数据中心网络。当用户访问一个托管在 Cloudflare 上的网站或应用时，他们的请求会首先到达离他们最近的 Cloudflare 数据中心。Cloudflare Workers 就允许您在这个数据中心处理这个请求，而不是必须将请求回源到您的原始服务器。

想象一下，您的应用程序的后端逻辑、API 处理、请求路由、安全校验等，不再受限于单一或少数几个地理位置的服务器，而是可以部署在全球数百个遍布世界各地的数据中心中。当用户发出请求时，这些逻辑可以在距离他们毫秒级的网络距离内执行，显著减少延迟，提升用户体验。

因此，Cloudflare Workers 的核心价值在于：将计算能力推向离用户最近的地方，结合 serverless 的便利性，提供极低延迟、高可伸缩性、低成本且安全的应用部署模式。

第二部分：为什么需要 Cloudflare Workers？解决痛点

Cloudflare Workers 的出现，直接解决了传统互联网架构和部分 serverless 模式存在的痛点：

  1. 高延迟（Latency）问题：

    • 传统架构： 用户请求需要跨越遥远的距离到达中心化的服务器，然后再将响应传回。物理距离限制了最小可能的延迟，特别对于全球用户而言，延迟可能高达数百毫秒，严重影响用户体验，尤其是在进行频繁交互的应用中。
    • Cloudflare Workers： 代码在靠近用户的边缘数据中心执行，显著缩短了请求处理路径，将延迟降低到几十毫秒甚至更低。

  2. 服务器管理与运维开销：

    • 传统架构： 需要手动或自动化管理服务器（虚拟机、容器），包括配置、扩展、安全补丁、负载均衡、容灾备份等，运维复杂且成本高昂。
    • Cloudflare Workers： 作为 serverless 服务，Cloudflare 负责底层基础设施的管理、扩展和维护。开发者只需关注代码本身，大大降低了运维负担。

  3. Serverless 的局限性（特定场景）：

    • 部分传统的 serverless 平台可能存在“冷启动”问题，即函数长时间不被调用后，下次调用时需要一定时间（几百毫秒到几秒）来初始化执行环境，这对于对延迟要求极高的场景是不可接受的。
    • 部分 serverless 平台是区域性的，虽然在区域内延迟较低，但跨区域访问仍然存在延迟。
    • Cloudflare Workers 通过其独特的技术（V8 Isolates）极大地缓解了冷启动问题，并且天然构建在全球边缘网络之上。

  4. 成本效益：

    • 传统架构： 需要为预估的峰值流量或持续运行的服务器付费，即使流量较低时也存在固定成本。
    • Serverless/Workers： 通常采用按请求次数和计算时间计费的模式，成本与实际使用量高度挂钩，通常更具成本效益，特别是对于流量波动较大的应用。Cloudflare Workers 的免费层非常慷慨，使得许多小型项目甚至大型项目的特定功能可以以极低的成本运行。

  5. 安全性：

    • 传统架构： 服务器需要独立配置和维护安全措施。
    • Cloudflare Workers： 天然集成在 Cloudflare 的全球安全网络中，受益于 Cloudflare 提供的 DDoS 防护、WAF（Web 应用防火墙）等安全功能。同时，Workers 本身的执行环境设计也增强了安全性。

第三部分：Cloudflare Workers 的核心技术与工作原理

Cloudflare Workers 之所以能实现低延迟和高效的 serverless 执行，主要依赖于其独特的技术架构，尤其是 V8 Isolates。

  1. 全球网络边缘：

    • Cloudflare 在全球拥有数百个数据中心，这些数据中心组成了其庞大的边缘网络。
    • 当用户发起请求时，Cloudflare 的 Anycast 网络会将请求路由到离用户最近的数据中心。
    • Workers 代码就运行在这个边缘数据中心内。

  2. Serverless 执行环境：

    • 开发者上传的代码被分发到 Cloudflare 的全球边缘网络上。
    • 当边缘数据中心接收到符合 Worker 路由规则的请求时，它会触发相应的 Worker 代码执行。
    • Cloudflare 负责按需启动和管理 Worker 实例。

  3. V8 Isolates（隔离区）：

    • 这是 Workers 与许多其他 serverless 平台最显著的区别。
    • 许多 serverless 平台（如 AWS Lambda）可能基于容器（如 Firecracker MicroVMs）或传统虚拟机技术。这些技术虽然提供了强大的隔离性，但在启动新实例时需要一定的开销（即冷启动）。
    • Cloudflare Workers 利用 Google Chrome 和 Node.js 使用的 V8 JavaScript 引擎中的 Isolates 技术。
    • Isolates 是一种轻量级的、安全的执行环境，可以在单个操作系统进程中同时运行多个独立的 Workers。
    • 每个 Worker 都运行在一个单独的 Isolate 中，拥有自己的内存堆、对象等，但共享同一进程的底层资源。
    • 创建和销毁一个 Isolate 的开销非常低（通常在微秒级别），这使得 Workers 可以在几乎没有冷启动延迟的情况下快速响应请求。
    • Isolates 之间是相互隔离的，一个 Worker 的错误不会影响到同一进程中的其他 Workers，提供了良好的安全性和稳定性。

  4. 标准 Web API：

    • Workers 的运行时环境基于 Web 标准构建。开发者可以使用熟悉的 Fetch API 来处理 HTTP 请求和响应，这使得从 Web 浏览器或 Node.js 环境迁移代码变得相对容易。
    • Worker 代码接收一个 Request 对象，并返回一个 Response 对象，处理过程非常直观。

结合这些技术，Cloudflare Workers 提供了一个高性能、低延迟、高可伸缩且安全的 serverless 边缘计算平台。

第四部分：Cloudflare Workers 的关键特性

了解了核心原理，我们来看看 Cloudflare Workers 提供哪些关键特性：

  1. 极低延迟（Near-Zero Cold Starts）： 基于 V8 Isolates 技术，Worker 的启动时间极短，几乎消除了传统 serverless 可能遇到的冷启动延迟问题，特别适合对响应速度要求极高的场景。
  2. 高性能与高吞吐量： 分布在全球的边缘网络和高效的执行环境，使得 Workers 能够处理海量的并发请求。
  3. 高度可伸缩性： Cloudflare 平台自动处理 Worker 实例的扩展，以应对流量的潮起潮落，开发者无需关心容量规划。
  4. 成本效益： 按实际执行时间（甚至更细粒度的 CPU 时间）和请求次数计费，结合慷慨的免费层，使得成本与使用量紧密关联，通常比预留服务器资源更经济。
  5. 全球分布： 代码自动部署到 Cloudflare 全球数百个数据中心，确保代码执行始终靠近用户。
  6. 强大的安全性： 集成在 Cloudflare 安全网络中，天然获得 DDoS 防护、TLS 加密等。V8 Isolates 也提供了进程级别的安全隔离。
  7. 多种语言支持： 主要支持 JavaScript 和 TypeScript，但也支持任何可以编译到 WebAssembly (WASM) 的语言，如 Rust, C, C++ 等。
  8. 丰富的生态系统： Workers 不仅仅是独立的计算单元，还可以轻松集成 Cloudflare 提供的其他边缘数据服务，如：
    • Workers KV： 全局分布的键值存储，用于存储配置、功能标志、个性化设置等非结构化数据。
    • Durable Objects： 提供强一致性的有状态 serverless 原子对象，解决边缘计算中状态管理和协同的难题，是构建实时应用（如聊天室、游戏、协作文档）的关键。
    • Cloudflare R2 Storage： 一个与 S3 兼容的分布式对象存储服务，无需出口流量费用，非常适合存储媒体文件、备份、数据湖等，Workers 可以直接访问 R2。
    • Cloudflare D1： 一个基于 SQLite 的 serverless 关系型数据库，直接在 Cloudflare 边缘运行，Workers 可以低延迟访问结构化数据。
    • Cloudflare Queues： 分布式消息队列，用于构建解耦的系统和处理异步任务。
    • Workers AI: 在边缘运行的 AI 推理平台。
  9. 开发者友好的工具链： 提供强大的命令行工具 Wrangler，用于开发、测试、部署 Workers，支持本地开发和模拟环境。

第五部分：Cloudflare Workers 的典型应用场景

Cloudflare Workers 的灵活性使其适用于多种场景，从简单的请求重写到复杂的全栈应用：

  1. 边缘 API Gateway 和中间件：

    • 在请求到达您的源服务器之前，在边缘进行身份验证、授权检查。
    • 请求限速、配额管理。
    • 修改请求头或响应头（例如，添加安全相关的头部）。
    • 基于请求特征（如用户代理、地理位置）进行路由或重定向。
    • 执行 URL 重写或规范化。
    • 将后端服务的多个 API 合并或转换，简化客户端调用。

  2. 静态网站增强与动态化：

    • 为静态网站添加动态功能，例如，基于用户位置显示不同的内容。
    • 在构建时生成的静态页面基础上，在边缘按需获取并注入动态数据。
    • 实现 A/B 测试，将用户流量分配到不同版本的页面或功能。
    • 处理表单提交，将数据发送到第三方服务或存储。

  3. 构建轻量级 API 和微服务：

    • 开发简单的 API 端点，无需完整的后端框架。
    • 处理 webhook 事件。
    • 作为现有单体应用的“边缘助手”，处理特定边缘逻辑，减轻源站压力。
    • 与 KV、Durable Objects、R2、D1 等服务结合，构建具备状态和数据存储的全功能边缘应用。

  4. 安全与流量控制：

    • 实现自定义的安全规则，补充 Cloudflare 的 WAF。
    • 基于用户行为或请求特征拦截恶意流量。
    • 在边缘检查并执行复杂的访问控制策略。

  5. 数据处理与转换：

    • 在数据传送到源站或存储之前，进行数据格式转换、过滤或清洗。
    • 处理 IoT 设备发送的边缘数据。
    • 生成动态图片或文件（虽然有执行时间限制，但对于快速生成是可行的）。

  6. 个性化用户体验：

    • 根据用户 Cookies 或其他标识，提供个性化的内容或设置。
    • 实现服务器端渲染 (SSR) 的边缘版本，提升首次加载性能（如 Workers Sites/Pages）。

  7. 离线体验与服务工作者 (Service Worker) 的替代/补充：

    • Workers 在服务器端执行，可以提供与客户端 Service Worker 类似的缓存、请求拦截等功能，但运行在更可控和强大的环境中。
    • 结合使用，可以实现更健壮和灵活的缓存策略和离线体验。

这些只是部分例子，Workers 的灵活性意味着它可以应用于几乎任何需要快速、低延迟、按需执行计算的场景。

第六部分：Cloudflare Workers 与其他技术的比较

为了更好地理解 Workers 的独特性，我们将其与一些常见的技术进行比较：

  1. vs. 传统服务器（虚拟机/容器）：

    • Workers： Serverless, 自动扩展, 按需付费, 极低运维开销, 边缘执行（低延迟）。
    • 传统： 需要手动或自动化管理服务器, 固定或按需付费, 运维开销高, 通常中心化部署（高延迟）。

  2. vs. 传统云厂商的 Serverless 函数（如 AWS Lambda, Azure Functions）：

    • 执行位置： Workers 运行在全球边缘网络；传统 Serverless 通常运行在特定的云区域内。 Workers 天然更适合需要全球低延迟的场景。
    • 冷启动： Workers 利用 V8 Isolates，冷启动几乎可以忽略不计；传统 Serverless 可能有明显的冷启动延迟（尽管云厂商也在努力优化）。
    • 执行环境： Workers 基于 Web 标准 API；传统 Serverless 基于各自云平台的特定 SDK 和 API。
    • 部署： Workers 通过 Wrangler CLI 部署到 Cloudflare 边缘；传统 Serverless 部署到特定云区域。
    • 生态系统： Workers 与 Cloudflare 的边缘数据服务（KV, DO, R2, D1）紧密集成；传统 Serverless 与其所在云平台的各种服务集成。

  3. vs. Content Delivery Network (CDN)：

    • CDN： 主要用于缓存静态资源（HTML, CSS, JS, 图片等）在边缘，加速分发。
    • Workers： 是可编程的计算单元，可以在边缘处理请求并生成动态响应，不仅仅是分发静态内容。 Workers 可以用于控制 CDN 的行为，例如修改缓存键、在缓存未命中时获取数据并生成响应。

  4. vs. Service Worker (浏览器端)：

    • Service Worker： 运行在用户浏览器中的脚本，用于拦截和处理从浏览器发出的请求，实现离线访问、推送通知、客户端缓存等。
    • Workers： 运行在 Cloudflare 服务器的边缘网络，处理来自 用户浏览器或任何客户端 到达 Cloudflare 的请求。 它们运行在不同的环境，解决不同的问题，但可以协同工作，例如 Worker 生成 Service Worker 文件或在服务器端处理 Service Worker 无法处理的请求。

总结来说，Cloudflare Workers 在 serverless 模式下，通过将计算能力推向全球边缘，并在技术上（V8 Isolates）解决了困扰许多传统 serverless 的冷启动问题，提供了独特的价值主张：极低延迟、高性价比、易于管理的全球分布式计算。

第七部分：如何开始使用 Cloudflare Workers

开始使用 Cloudflare Workers 非常简单：

  1. 注册 Cloudflare 账户： 如果您还没有账户，需要先注册一个。Cloudflare 提供慷慨的免费层，足够您开始学习和尝试。
  2. 安装 Wrangler CLI： Wrangler 是 Cloudflare 官方提供的命令行工具，是开发、管理和部署 Workers 的首选工具。您可以使用 npm 或 yarn 安装它：
    bash
    npm install -g wrangler
    # 或
    yarn global add wrangler
  3. 登录 Wrangler： 在终端中运行 wrangler login，按照提示在浏览器中授权 Wrangler 访问您的 Cloudflare 账户。
  4. 创建新的 Worker 项目： 使用 Wrangler 创建一个新项目，您可以选择使用 JavaScript 或 TypeScript 模板：
    bash
    wrangler generate my-worker # 使用默认模板
    # 或
    wrangler generate my-worker --type typescript # 使用 TypeScript 模板

  5. 编写 Worker 代码： 进入项目目录（cd my-worker），打开 src/index.ts (或 .js) 文件。一个基本的 Worker 代码示例如下：
    “`typescript
    // src/index.ts

    export default {
    async fetch(request: Request, env: Env, ctx: ExecutionContext): Promise {
    // 获取请求路径
    const url = new URL(request.url);
    const path = url.pathname;

    // 根据路径返回不同的响应
if (path === '/') {
  return new Response('Hello, Cloudflare Workers!');
} else if (path === '/greet') {
  const name = url.searchParams.get('name') || 'World';
  return new Response(`Hello, ${name}!`);
} else {
  return new Response('Not Found', { status: 404 });
}

    },
    };
    Worker 的核心是 `fetch` 方法，它接收一个 `Request` 对象，并返回一个 `Response` 对象。
    6. **本地开发与测试：** 使用 `wrangler dev` 命令可以在本地启动一个开发服务器，模拟 Cloudflare 边缘环境，方便实时调试您的 Worker 代码：    bash
    wrangler dev
    在浏览器中访问 `http://127.0.0.1:8787/` (或 Wrangler 提示的地址) 来测试您的 Worker。
    7. **配置 Worker：** 编辑项目根目录下的 `wrangler.toml` 文件，配置 Worker 的名称、账户 ID 等信息。如果您想将 Worker 绑定到某个域名或路由，可以在 Cloudflare 控制台或 `wrangler.toml` 中进行配置。
    8. **部署 Worker：** 当您的 Worker 准备好部署时，使用 `wrangler deploy` 命令将其发布到 Cloudflare 的全球边缘网络：    bash
    wrangler deploy
    “`
    Wrangler 会自动将您的代码打包并分发到 Cloudflare 的数据中心。部署完成后，您可以通过配置的路由访问您的 Worker。

通过这几个简单的步骤，您就可以开始在 Cloudflare 的边缘网络上运行您的代码了。

第八部分：Cloudflare Workers 生态系统概览

Cloudflare Workers 不仅是独立的计算单元，更是一个围绕边缘计算构建的强大生态系统的一部分。 除了上面提到的 KV、Durable Objects、R2、D1、Queues、Workers AI，还有：

  • Workers Sites/Pages： 用于部署静态网站和单页应用 (SPA)，并可以通过 Workers 添加动态功能。Pages 是一个全功能的 Jamstack 平台，内置 Workers 集成。
  • Service Bindings： 允许一个 Worker 安全地调用另一个 Worker 或 Durable Object，实现微服务间的通信。
  • Environment Variables & Secrets： 允许您向 Workers 注入配置信息和敏感数据（如 API 密钥），而无需将其硬编码到代码中。
  • Cron Triggers： 允许您按照计划的时间表触发 Workers 执行，用于定时任务。
  • Analytics Engine: 用于存储和分析从 Workers 或其他源收集的结构化数据。

这些服务共同构成了 Cloudflare 的开发者平台，使得开发者不仅可以在边缘运行代码，还可以在边缘存储数据、管理状态、处理异步任务，从而构建出更完整、高性能的边缘原生应用。

第九部分：潜在的限制与考虑因素

尽管 Cloudflare Workers 强大且优势明显，但也存在一些需要考虑的限制和适用场景：

  1. 执行时间限制： Workers 通常设计用于快速响应的场景。免费计划的 Worker 执行时间限制通常在几十毫秒级别，而付费计划（Bundled Workers）的最长执行时间可以达到几十秒。对于需要长时间运行、计算密集型任务或批量处理的场景，Workers 可能不是最佳选择。
  2. 内存限制： 每个 Worker 实例的内存分配是有限的（通常在几十到几百 MB）。处理大型数据集或需要大量内存的计算任务可能受限。
  3. CPU 时间限制： 计费通常基于 CPU 的实际执行时间，即使 Worker 在等待 I/O，如果仍在消耗 CPU 时间，也会计费。
  4. 无文件系统访问： Workers 在沙箱环境中运行，无法直接访问本地文件系统。如果需要存储和读取文件，应使用 R2 或其他对象存储服务。
  5. 调试复杂性： 虽然 Wrangler 提供了本地开发和基本的日志功能，但相比于传统的服务器环境，分布式边缘环境的调试和监控可能更具挑战性（不过 Cloudflare 也在不断改进工具链）。
  6. Vendor Lock-in： 如果您的应用深度依赖 Cloudflare 特有的服务（如 KV, Durable Objects, R2, D1），未来迁移到其他平台可能会有一定难度。

在使用 Workers 时，理解这些限制并根据您的应用需求选择合适的架构至关重要。Workers 非常适合处理请求/响应的中间件逻辑、轻量级 API、静态网站增强、边缘数据处理等场景，但对于大型数据库应用、长时间运行的后台任务等，可能需要结合其他服务或选择其他计算模式。

第十部分：总结与展望

Cloudflare Workers 代表了边缘计算和 serverless 领域的一个重要发展方向。通过其独特的基于 V8 Isolates 的技术，它在 Cloudflare 的全球网络边缘提供了极低延迟、高可伸缩性、高性价比且易于管理的计算平台。

Workers 不仅仅是一个函数即服务 (FaaS)，它与 Cloudflare 的边缘数据服务（KV, Durable Objects, R2, D1 等）以及其他网络功能紧密集成，使得开发者能够在边缘构建全栈的、高性能的应用。

无论是为了提升网站的访问速度、减轻源站压力、实现精细化的流量控制和安全规则，还是为了构建全新的边缘原生应用和 API，Cloudflare Workers 都提供了一个强大且灵活的解决方案。

随着边缘计算理念的普及以及技术的不断进步，我们可以预见 Cloudflare Workers 及其生态系统将继续发展，解锁更多创新的应用场景，并进一步改变我们构建和部署互联网应用的方式。

如果您正在寻找一种方式来提升应用的性能、降低运维成本并拥抱边缘计算的未来，那么 Cloudflare Workers 绝对值得您深入探索和实践。立即前往 Cloudflare 官网，开始您的 Workers 之旅吧！

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