命令查询职责分离 - CQRS

概念

CQRS是一种与领域驱动设计和事件溯源相关的架构模式, 它的全称是Command Query Responsibility Segregation, 又叫命令查询职责分离, Greg Young在2010年创造了这个术语, 它是基于Bertrand Meyer 的 CQS (Command-Query Separation 命令查询分离原则) 设计模式。

CQRS认为不论业务多复杂在最终实现的时候, 无非是读写操作, 因此建议将应用程序分为两个方面, 即Command（命令）和Query（查询）

• 命令端:

  • 关注各种业务如何处理, 更新状态进行持久化
  • 不返回任何结果 (void)

• 查询端:

  • 查询, 并从不修改数据库

CQRS的三种实现

单一数据库的CQRS

命令与读取操作的是同一个数据库, 命令端通过ORM框架将实体保存到数据库中, 查询端通过数据访问层获取数据 (数据访问层通过ORM框架或者存储过程获取数据)

双数据库的CQRS

命令与读取操作的是不同的数据库, 命令端通过ORM框架将实体保存到 写库 (Write Db), 并将本地改动推送到 读库 (Read Db), 查询端通过数据访问层访问 读库 (Read Db), 使用这种模式可以带来以下好处:

• 查询更简单
  • 读操作不需要任何的完整性校验, 也不需要外键约束, 可以减少锁争用, 我们可以针对查询端单独优化, 还可以使用刚好包含每个模板需要的数据的数据库视图，使得查询变得更快更简单
• 提升查询端的使用体验
  • 由于这种架构将读写彻底分离,由于一般系统是读操作远远大于写操作, 这给我们的系统带来了巨大的性能提升, 极大的提升了客户的使用体验
• 关注点分离
  • 读写分离的模型可以使得关注点分离, 使得读模型会变得相对简单

事件溯源 (Event Sourcing) CQRS

通过事件溯源实现的CQRS中会将应用程序的改变都以事件的方式存储起来, 使用这种模式可以带来以下好处:

• 事件存储中了完整的审计跟踪, 后续出现问题时方便跟踪
• 可以在任何的时间点重建实体的状态, 它将有助于排查问题并修复问题
• 提升查询端的使用体验
  • 查询端与命令端可以是完全不同的数据源, 查询端可以针对查询条件做针对应的优化, 或者使用像ES、Redis等用来存储数据, 提升查询效率
• 独立缩放
  • 命令端与查询端可以被独立缩放, 减少锁争用

当然事情有利自然也有弊, CQRS的使用固然会带来很多好处, 但同样它也会给项目带来复杂度的提升, 并且双数据库模式、事件溯源模式 的CQRS, 使用的是最终一致性, 这些都是我们在选择技术方案时必须要考虑的

设计

上述文章中我们了解到了CQRS其本质上是一种读写分离的设计思想, 它并不是强制性的规定必须要怎样去做, 这点与之前的IEvent (、IIntegrationEvent (不同, 它并不是强制性的, 根据CQRS的设计模式我们将事件分成Command、Query

• 由于Query (查询) 是需要有返回值的, 因此我们在继承IEvent的同时, 还额外增加了一个Result属性用以存储结果, 我们希望将查询的结果保存到Result中, 但它不是强制性的, 我们并没有强制性要求必须要将结果保存到Result中。

• 由于Command (命令) 是没有返回值的, 因此我们并没有额外新增Result属性, 我们认为命令会更新数据, 那就需要用到工作单元, 因此Command除了继承IEvent之外, 还继承了ITransaction，这方便了我们在Handler中的可以通过@event.UnitOfWork来管理工作单元, 而不需要通过构造函数来获取

但MasaFramework 并没有要求必须使用 Event Sourcing 模式 或者 双数据库模式 的CQRS, 具体使用哪种实现, 它取决于业务的决策者

下面就就来看看MasaFramework提供的CQRS是如何使用的

入门

• 安装.NET 6.0

1. 新建ASP.NET Core 空项目Assignment.CqrsDemo，并安装Masa.Contrib.Dispatcher.Events，Masa.Contrib.Dispatcher.IntegrationEvents，Masa.Contrib.Dispatcher.IntegrationEvents.Dapr，Masa.Contrib.ReadWriteSplitting.Cqrs，Masa.Contrib.Development.DaprStarter.AspNetCore

dotnet new web -o Assignment.CqrsDemo
cd Assignment.CqrsDemo

dotnet add package Masa.Contrib.Dispatcher.Events --version 0.7.0-preview.9 //使用进程内事件总线
dotnet add package Masa.Contrib.Dispatcher.IntegrationEvents --version 0.7.0-preview.9 //使用跨进程事件总线
dotnet add package Masa.Contrib.Dispatcher.IntegrationEvents.Dapr --version 0.7.0-preview.9 //使用Dapr提供pubsub能力
dotnet add package Masa.Contrib.ReadWriteSplitting.Cqrs --version 0.7.0-preview.9 //使用CQRS

dotnet add package Masa.Contrib.Development.DaprStarter.AspNetCore --version 0.7.0-preview.9  //开发环境下协助 Dapr Sidecar, 用于通过Dapr发布集成事件

2. 注册跨进程事件总线、进程内事件总线, 修改类Program.cs

示例中未真实使用DB, 不再使用发件箱模式, 只需要使用集成事件提供的PubSub能力即可

builder.Services.AddIntegrationEventBus(dispatcherOptions =>
{
    dispatcherOptions.UseDapr();//使用 Dapr 提供的PubSub能力
    dispatcherOptions.UseEventBus();//使用进程内事件总线
});

3. 注册 协助管理Dapr Sidecar (开发环境使用)

if (builder.Environment.IsDevelopment())
    builder.Services.AddDaprStarter();

4. 新增加添加商品方法, 修改类Program.cs

app.MapPost("/goods/add", async (AddGoodsCommand command, IEventBus eventBus) =>
{
    await eventBus.PublishAsync(command);
});

/// 

/// 添加商品参数, 用于接受商品参数
/// 
public record AddGoodsCommand : Command
{
    public string Name { get; set; }

    public string Cover { get; set; }

    public decimal Price { get; set; }

    public int Count { get; set; }
}

5. 新增加查询商品的方法, 修改类Program.cs

app.MapGet("/goods/{id}", async (Guid id, IEventBus eventBus) =>
{
    var query = new GoodsItemQuery(id);
    await eventBus.PublishAsync(query);
    return query.Result;
});

/// 

/// 用于接收查询商品信息参数
/// 
public record GoodsItemQuery : Query
{
    public Guid Id { get; set; } = default!;

    public override GoodsItemDto Result { get; set; }

    public GoodsItemQuery(Guid id)
    {
        Id = id;
    }
}

/// 

/// 用于返回商品信息
/// 
public class GoodsItemDto
{
    public Guid Id { get; set; }

    public string Name { get; set; }

    public string Cover { get; set; }

    public decimal Price { get; set; }

    public int Count { get; set; }

    public DateTime DateTime { get; set; }
}

6. 新增Command处理程序, 添加类CommandHandler.cs

public class CommandHandler
{
    /// 

    /// 将商品添加到Db，并发送跨进程事件
    /// 
    /// 
    /// 
    [EventHandler]
    public async Task AddGoods(AddGoodsCommand command, IIntegrationEventBus integrationEventBus)
    {
        //todo: 模拟添加商品到db并发送添加商品集成事件

        var goodsId = Guid.NewGuid(); //模拟添加到db后并获取商品id
        await integrationEventBus.PublishAsync(new AddGoodsIntegrationEvent(goodsId, command.Name, command.Cover, command.Price,
            command.Count));
    }
}

/// 

/// 跨进程事件, 发送添加商品事件
/// 
/// 
/// 
/// 
/// 
/// 
public record AddGoodsIntegrationEvent(Guid Id, string Name, string Cover, decimal Price, int Count) : IntegrationEvent
{
    public Guid Id { get; set; } = Id;

    public string Name { get; set; } = Name;

    public string Cover { get; set; } = Cover;

    public decimal Price { get; set; } = Price;

    public int Count { get; set; } = Count;

    public override string Topic { get; set; } = nameof(AddGoodsIntegrationEvent);
}

7. 新增Query处理程序, 添加类QueryHandler.cs

public class QueryHandler
{
    /// 

    /// 从缓存查询商品信息
    /// 
    /// 
    /// 
    [EventHandler]
    public Task GetGoods(GoodsItemQuery query)
    {
        //todo: 模拟从cache获取商品
        var goods = new GoodsItemDto();

        query.Result = goods;
        return Task.CompletedTask;
    }
}

8. 新增添加商品的跨进程事件的处理服务, 修改Program.cs

app.MapPost(
    "/integration/goods/add",
    [Topic("pubsub", nameof(AddGoodsIntegrationEvent))]
    (AddGoodsIntegrationEvent @event, ILogger logger) =>
    {
        //todo: 模拟添加商品到缓存
        logger.LogInformation("添加商品到缓存, {Event}", @event);
    });

// 使用 dapr 来订阅跨进程事件
app.UseRouting();
app.UseCloudEvents();
app.UseEndpoints(endpoint =>
{
    endpoint.MapSubscribeHandler();
});

流水账式的服务会使得Program.cs变得十分臃肿, 可以通过Masa Framework提供的MinimalAPIs来简化Program.cs 。

总结

我们上面的例子是通过事件总线来完成解耦以及数据模型的同步, 使用的双数据库模式, 但读库使用的是 缓存数据库, 在Command端做商品的添加操作, 在Query端只做查询, 且两端分别使用各自的数据源, 两者业务互不影响, 并且由于缓存数据库性能更强, 它将最大限度的提升性能, 使得我们有更好的使用体验。

在Masa Framework中仅仅是通过ICommand、IQuery将读写分开, 但这并没有硬性要求, 事实上你使用IEvent也是可以的, CQRS只是一种设计模式, 这点我们要清楚, 它只是告诉我们要按照一个什么样的标准去做, 但具体怎么来做, 取决于业务的决策者, 除此之外, 后续Masa Framework还会增加对Event Sourcing（事件溯源）的支持, 通过事件重放, 允许我们随时重建到对象的任何状态

本章源码

Assignment15

https://github.com/zhenlei520/MasaFramework.Practice

CQRS架构项目：https://github.com/masalabs/MASA.EShop/tree/main/src/Services/Masa.EShop.Services.Catalog

参考

• CQRS 模式
• 在微服务中应用简化后的 CQRS 和 DDD 模式
• .NET现代化应用开发 - CQRS&类目管理代码剖析

开源地址

MASA.Framework：https://github.com/masastack/MASA.Framework

MASA.EShop：https://github.com/masalabs/MASA.EShop

MASA.Blazor：https://github.com/BlazorComponent/MASA.Blazor

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