Spring 微服务项目引入 CQRS 模型，优势在我！

1介绍

微服务的兴起以及现代软件架构对可扩展性、灵活性和可维护性的需求导致开发人员接受各种设计模式。

近年来备受关注的一种模式是命令查询职责分离 (CQRS) 模式。CQRS 特别适合命令（改变状态）和查询（读取状态）之间有明显区别的系统。在本文中，我们将深入研究 CQRS 并了解如何使用 Spring 微服务来实现它。

2了解 CQRS

什么是 CQRS？

命令查询职责分离（CQRS）是一种架构模式，建议将数据修改操作（命令）与数据检索操作（查询）分离。这种分离允许开发专门的模型来查询和更新数据，从而增强应用程序的清晰度和可扩展性。

CQRS 的核心目标是通过确保每个任务负责单个操作（命令或查询，但绝不会同时负责两者）来简化任务。

起源与演变

CQRS 并不是一个全新的概念。它的根源可以追溯到 CQS（命令查询分离），这是 Eiffel 编程语言的创建者 Bertrand Meyer 推广的一项原则。虽然 CQS 主要是关于方法——声明方法应该执行命令或回答查询，但 CQRS 将这一原则扩展到应用程序的架构级别，建议不同的架构组件处理命令和查询。

为什么使用 CQRS？

可扩展性： CQRS 允许水平可扩展性，因为您可以根据需求部署命令或查询服务的多个实例。读取密集型和写入密集型操作可以独立扩展，从而优化资源利用率。
灵活性： 命令和查询之间的明确区别意味着开发人员可以为每个命令和查询使用最合适的持久性机制、策略和优化。例如，虽然关系数据库可能用于事务命令操作，但非规范化视图存储甚至全文搜索引擎都可以提供查询服务。
可维护性： 实施良好的 CQRS 模式简化了代码库。通过读取和写入操作的单独模型，开发人员可以专注于每个操作的细节，而不会分散不相关问题的注意力。这种隔离通常会产生更清晰的代码，更容易维护和扩展。
增强的安全性： CQRS 本质上促进了更好的安全实践。通过分离命令和查询操作，可以更轻松地对写入操作实施严格的验证和授权检查，同时优化读取操作的性能。

微服务中的 CQRS

微服务架构的兴起放大了 CQRS 的必要性。在分布式系统中，服务通常需要自治和高度解耦，CQRS 提供了一条清晰的路径。每个微服务都可以采用 CQRS 模式，确保其处理命令和查询的内部机制从其他服务中抽象出来。这也与领域驱动设计（DDD）非常吻合，其中领域事件可以触发不同微服务中的命令。

潜在的陷阱

虽然 CQRS 提供了许多好处，但它也面临着挑战：

复杂性增加： 引入 CQRS 会增加开销，尤其是在读取和写入之间的区别不明显的系统中。可能并不总是需要将每个读取和写入操作分开，这样做可能会导致不必要的复杂性增加。
一致性： 鉴于写入存储和读取存储可能不同，确保它们之间的数据一致性可能具有挑战性，尤其是在分布式系统中。

3CQRS 与 Spring 微服务

Spring 生态系统拥有丰富的工具和框架，非常适合在微服务环境中实现 CQRS 模式。

设置 Spring 引导

第一步是建立一个基本的 Spring Boot 项目。如果您是 Spring Boot 新手，您可以使用Spring Initializr轻松初始化您的项目。基本依赖项包括 Spring Web、Spring Data JPA 以及您喜欢的任何数据库连接器。

命令、命令处理程序和聚合

在基于 Spring 的 CQRS 系统中，命令表示更改某些状态的意图，命令处理程序处理这些命令。

示例命令：

public class CreateUserCommand {
    private final String userId;
    private final String username;

    // Constructor, getters, and other methods...
}

对于每个命令，都定义了相应的命令处理程序。该处理程序包含处理命令的实际逻辑：

@Service
public 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);
    }
}

在领域驱动设计（DDD）的背景下，状态突变通常发生在聚合上。这些聚合可确保在保留任何更改之前遵守所有域规则。

查询和查询处理程序

类似地，查询表示读取某些状态的请求，查询处理程序处理这些请求。

查询示例：

public class GetUserByIdQuery {
    private final String userId;

    // Constructor, getters, and other methods...
}

对应的查询处理程序：

@Service
public class GetUserByIdQueryHandler implements QueryHandler<GetUserByIdQuery, User> {
    
    @Autowired
    private UserRepository userRepository;

    @Override
    public User handle(GetUserByIdQuery query) {
        return userRepository.findById(query.getUserId()).orElse(null);
    }
}

将事件溯源与 Axon 框架集成

虽然 CQRS 提供了隔离机制，但可以使用事件源来简化命令和查询之间状态的维护。Axon 框架是一种有助于使用 Spring 实现 CQRS 和事件溯源的流行框架。

对于 Axon，事件在命令处理后发布。这些事件可以被持久化，然后用于重新创建聚合的状态。它还有助于保持查询端与命令端同步。

与 Apache Kafka 的异步通信

鉴于微服务的分布式特性，在服务之间实现异步通信通常是有益的。Apache Kafka 可以集成到 Spring 生态系统中，以实现强大的事件驱动架构，这在 CQRS 设置中特别有用。

命令端产生的事件可以推送到Kafka主题中，查询端可以使用这些事件来更新自己的数据存储。这确保了命令端和查询端之间的解耦，使系统更具弹性和可扩展性。

4事件溯源和 CQRS

虽然 CQRS 专注于分离命令和查询职责，但事件溯源可确保应用程序状态的每次更改都被捕获在事件对象中，并按照它们应用于同一聚合的顺序存储。这种方法允许您重建过去的状态，并且与 CQRS 结合使用时特别有利。

事件溯源的本质

事件溯源是关于持久化域事件而不是状态本身。这些事件捕获状态转换。通过重放它们，可以重建聚合的当前状态。

例如，您将存储所有交易（例如存款和取款等事件），而不是存储银行帐户的当前余额。通过重播这些事件可以得出当前余额。

事件溯源的好处

审计跟踪： 事件溯源提供了自然的变更审计日志。这对于可追溯性和历史记录至关重要的领域至关重要。
临时查询： 您可以确定系统在任何时间点的状态。这对于调试和理解过去的状态非常有价值。
事件重播： 通过重播事件，您可以重新生成读取优化的视图。当您想要创建新的投影或重建损坏的投影时，这尤其有用。

将事件溯源与 CQRS 集成

CQRS 和事件溯源通过以下方式相互补充：

解耦： 正如命令和查询在 CQRS 中解耦一样，通过事件源，事件（表示状态更改）与实际状态解耦。这促进了松散耦合的架构。
可扩展性： CQRS 中读取和写入的隔离性质非常适合事件驱动系统。命令模型处理命令并生成事件，而查询模型处理查询并可以通过侦听这些事件来更新。
弹性： 通过重放事件的能力，可以在发生故障时重建系统状态，甚至可以迁移到全新的系统。

使用 Spring 和 Axon 框架实现

如前所述，Axon 框架提供了一种在 Spring 应用程序中实现 CQRS 和事件源的无缝方法：

聚合和事件处理： 在 Axon 中，聚合负责命令处理和事件生成。处理命令后，它们应用导致状态更改的事件。

@Aggregate
public 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();
    }
}