微服務的興起以及現代軟件架構對可擴展性、靈活性和可維護性的需求導致開發人員接受各種設計模式。
近年來備受關注的一種模式是命令查詢職責分離 (CQRS) 模式。CQRS 特別適合命令(改變狀態)和查詢(讀取狀態)之間有明顯區別的系統。在本文中,我們將深入研究 CQRS 并了解如何使用 Spring 微服務來實現它。
命令查詢職責分離(CQRS)是一種架構模式,建議將數據修改操作(命令)與數據檢索操作(查詢)分離。這種分離允許開發專門的模型來查詢和更新數據,從而增強應用程序的清晰度和可擴展性。
CQRS 的核心目標是通過確保每個任務負責單個操作(命令或查詢,但絕不會同時負責兩者)來簡化任務。
CQRS 并不是一個全新的概念。它的根源可以追溯到 CQS(命令查詢分離),這是 Eiffel 編程語言的創建者 Bertrand Meyer 推廣的一項原則。雖然 CQS 主要是關于方法——聲明方法應該執行命令或回答查詢,但 CQRS 將這一原則擴展到應用程序的架構級別,建議不同的架構組件處理命令和查詢。
微服務架構的興起放大了 CQRS 的必要性。在分布式系統中,服務通常需要自治和高度解耦,CQRS 提供了一條清晰的路徑。每個微服務都可以采用 CQRS 模式,確保其處理命令和查詢的內部機制從其他服務中抽象出來。這也與領域驅動設計(DDD)非常吻合,其中領域事件可以觸發不同微服務中的命令。
雖然 CQRS 提供了許多好處,但它也面臨著挑戰:
Spring 生態系統擁有豐富的工具和框架,非常適合在微服務環境中實現 CQRS 模式。
第一步是建立一個基本的 Spring Boot 項目。如果您是 Spring Boot 新手,您可以使用Spring Initializr輕松初始化您的項目?;疽蕾図棸?Spring Web、Spring Data JPA 以及您喜歡的任何數據庫連接器。
在基于 Spring 的 CQRS 系統中,命令表示更改某些狀態的意圖,命令處理程序處理這些命令。
示例命令:
public class CreateUserCommand { private final String userId; private final String username; // Constructor, getters, and other methods...}
對于每個命令,都定義了相應的命令處理程序。該處理程序包含處理命令的實際邏輯:
@Servicepublic class CreateUserCommandHandler implements CommandHandler<CreateUserCommand> { @Autowired private UserRepository userRepository; @Override public void handle(CreateUserCommand command) { User user = new User(command.getUserId(), command.getUsername()); userRepository.save(user); }}
在領域驅動設計(DDD)的背景下,狀態突變通常發生在聚合上。這些聚合可確保在保留任何更改之前遵守所有域規則。
類似地,查詢表示讀取某些狀態的請求,查詢處理程序處理這些請求。
查詢示例:
public class GetUserByIdQuery { private final String userId; // Constructor, getters, and other methods...}
對應的查詢處理程序:
@Servicepublic class GetUserByIdQueryHandler implements QueryHandler<GetUserByIdQuery, User> { @Autowired private UserRepository userRepository; @Override public User handle(GetUserByIdQuery query) { return userRepository.findById(query.getUserId()).orElse(null); }}
雖然 CQRS 提供了隔離機制,但可以使用事件源來簡化命令和查詢之間狀態的維護。Axon 框架是一種有助于使用 Spring 實現 CQRS 和事件溯源的流行框架。
對于 Axon,事件在命令處理后發布。這些事件可以被持久化,然后用于重新創建聚合的狀態。它還有助于保持查詢端與命令端同步。
鑒于微服務的分布式特性,在服務之間實現異步通信通常是有益的。Apache Kafka 可以集成到 Spring 生態系統中,以實現強大的事件驅動架構,這在 CQRS 設置中特別有用。
命令端產生的事件可以推送到Kafka主題中,查詢端可以使用這些事件來更新自己的數據存儲。這確保了命令端和查詢端之間的解耦,使系統更具彈性和可擴展性。
雖然 CQRS 專注于分離命令和查詢職責,但事件溯源可確保應用程序狀態的每次更改都被捕獲在事件對象中,并按照它們應用于同一聚合的順序存儲。這種方法允許您重建過去的狀態,并且與 CQRS 結合使用時特別有利。
事件溯源是關于持久化域事件而不是狀態本身。這些事件捕獲狀態轉換。通過重放它們,可以重建聚合的當前狀態。
例如,您將存儲所有交易(例如存款和取款等事件),而不是存儲銀行帳戶的當前余額。通過重播這些事件可以得出當前余額。
CQRS 和事件溯源通過以下方式相互補充:
如前所述,Axon 框架提供了一種在 Spring 應用程序中實現 CQRS 和事件源的無縫方法:
聚合和事件處理: 在 Axon 中,聚合負責命令處理和事件生成。處理命令后,它們應用導致狀態更改的事件。
@Aggregatepublic class Account { @AggregateIdentifier private String accountId; private int balance; @CommandHandler public void handle(WithdrawMoneyCommand cmd) { if (cmd.getAmount() > balance) { throw new InsufficientFundsException(); } apply(new MoneyWithdrawnEvent(cmd.getAccountId(), cmd.getAmount())); } @EventSourcingHandler public void on(MoneyWithdrawnEvent evt) { this.balance -= evt.getAmount(); }}
事件存儲: Axon 提供了一種存儲和檢索事件的機制??梢灾夭ミ@些事件以重建聚合的狀態。
投影: Axon 中的投影提供了 CQRS 的查詢端。他們監聽事件并更新讀取優化視圖。這樣,您的查詢模型始終會根據最新更改保持更新。
雖然 CQRS 和事件溯源可以提供巨大的好處,但它們也具有復雜性。意識到這些挑戰將確保更明智、更順利的實施。
架構復雜性: CQRS 和事件源向系統引入了額外的層和組件,例如事件存儲、命令和事件總線以及同步機制。
學習曲線: 對于剛接觸這些模式的團隊,將有一個學習階段。從傳統的基于 CRUD 的系統的概念轉變可能具有挑戰性。
最終一致性: 鑒于命令和查詢模型的隔離性質,通常會為了最終一致性而犧牲即時一致性。這意味著在命令端所做的更改反映在查詢端之前可能會有延遲。
事件排序: 確保事件按照生成的順序進行處理,尤其是在分布式系統中,可能很棘手,但對于保持一致的狀態至關重要。
隨著時間的推移,事件的結構或語義可能會發生變化,從而導致以下挑戰:
存儲注意事項: 由于存儲所有事件,事件存儲可能會快速增長,從而導致存儲成本增加和潛在的性能問題。
重播持續時間: 通過重播長期歷史事件來重建系統狀態可能非常耗時,會影響系統恢復和初始化時間。
將使用 CQRS 和事件源的系統與不遵循這些模式的外部系統集成可能具有挑戰性,特別是在數據同步和事務管理方面。
粒度決策: 決定應用 CQRS 和事件溯源的粒度至關重要。在微觀層面上實施它們可能會導致過于復雜化,而過于廣泛地實施可能會削弱好處。
域復雜性: 這些模式對于簡單域來說可能有點過分了。它們更適合復雜的領域,其好處超過了實施和維護成本。
雖然有像 Axon 和框架這樣的工具支持 CQRS 和事件溯源,但它們可能并不總是適合所有場景。可能需要自定義實現,這會增加項目的復雜性和持續時間。
CQRS 提供了一種獨特的方式來擴展和組織微服務。當與 Spring 的生態系統結合時,它可以提供強大的工具包來構建健壯、可擴展和可維護的系統。然而,與所有架構決策一樣,必須權衡利弊并確保它適合您的特定用例。
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