团队开发框架实战—CQRS架构

CQRS架构图

261851438603372.jpg CQRS架构图.png

什么是CQRS?

这里只通过Udi Dahan的《Clarified CQRS》文章中的一张图片简要介绍一下：

2012032222580035.png

UI上有两种类型的操作：命令和查询，例如显示销量最好的5个产品就属于查询，而提交一个订单、修改密码等则属于命令。因为大部分系统都是读多写少，而且业务逻辑基本都出现在写入的一端，所以查询和命令的分离可以让我们独立的去优化查询。

查询 (Query)

上图中，可以看到Query不是通过DB来查询，而是通过一个专门用于查询的Read DB（上图中的Cache，它不一定是数据库，但为方便起见，下面统称Read DB），Read DB中的表（方便起见，暂且认为这个Read DB是一个RDBMS）是专门针对UI优化过的，例如里面可能会有LatestProductListModel(ProductId, ProductName, Price, BrandName, AddedTime)、BestSoldProductListModel(ProductId, ProductName, TotalSold)这样的表，分别表示最新的产品列表，销量最好的产品列表（它们其实就相当于是View Model）。LatestProductListModel中有一个BrandName的字段，注意，不是BrandId，因此，对于界面中的查询，几乎全都可以通过SELECT * FROM [TABLE]这样的SQL语句来实现，可能有少数Where，但基本没有Join，这对于界面的加载速度绝对是有利无弊的（其实也是在用空间换时间）。

命令 (Command)

业务逻辑大部分都发生在写入的时候，例如用户购买商品提交订单时，我们要验证库存，用户信息订单数据是否有效等。如果从传统DDD的角度看，Command类似于Application Service，用户的命令（如提交订单）会以Command的形式得到执行，而Command中也不会带有业务逻辑，Command中做的事情基本上是：通过Repository得到相关的领域对象，调用某些领域服务（Domain Service）执行一些操作（业务逻辑都将保留在领域模型中），然后执行Commit或SaveChanges之类的方法提交改动，之后，相关的数据就会写入到Write DB中（图的DB，下文统称Write DB）。需要注意的是，UI上的查询都是查Read DB，而不是Write DB。

领域模型 (Domain Model)

这和Evans的DDD中说的领域模型没有太多区别，是“the heart of software”。

领域事件 (Domain Event)

领域事件占据的地位非常重要，不仅限于CQRS。相信会有一部分人曾和我一样碰到过这样的问题：
Account实体（表示帐户）有个Balance属性（表示帐户余额），我们一般不会公开这个属性的setter，而是通过写一些IncreaseBalance(decimal amount)之类的方法来实现帐户余额的变动。
这时问题就来了，我们想在帐户变动时添加一条AccountLog记录，但Log记录成千上万，我们不能直接通过ORM的一对多映射把AccountLog集合实现成Account的一个集合属性，那我们就需要在IncreaseBalance()中得到AccountLogRepository，这样才有办法插入AccountLog（从DDD的角度，AccountLog不是聚合根，所以不能有AccountLogRepository，但在性能影响严重的时候，也只好做些取舍了）。
不管用了依赖注入还是什么的，总之，Account已经依赖上Repository了，这就让领域对象变得很不纯净，并且，假如我们以后不仅要记录log，还要短信通知用户呢？那要修改源代码吗？这也很不OCP。
而领域事件正好可以解决这种问题：只要在IncreaseBalance()方法的末尾，触发一个领域事件，然后我们独立写一个EventHandler的类去实现log的添加（框架可以保证EventHandler可以和领域事件绑定到一起）。
回到CQRS，因为Command将数据写到了Write DB中，而UI查询的是Read DB，那我们就需要用某种方式实现这两个数据库的同步，解决办法已经很明显了，写一堆的EventHandler类去监听领域事件。例如我们有一个更改产品价格的命令ChangePriceCommand，它执行后，一个叫做PriceChangedEvent会被触发，那我们只要写一个PirceChangedEventHandler的类，在这里面将Read DB中相关的价格信息更改到最新值即可实现同步（这里会涉及到Read DB中表结构改变的问题，后面再说）。

Command的实现

概述

UI中的写入操作都将被封装为一个命令中，发送给Domain Model来处理。
我们遵循Domain Driven Design的设计思想，因此所有的业务逻辑都只在Domain Model中处理，Command中将不会带有业务逻辑。Command中的代码无非是通过Repository获取某些个聚合根(Aggregate Root)，然后将操作委托给相应的领域对象或领域服务来处理，仅此而已。

实现

实现上，我们会涉及三个东西：

• Command对象

Command对象的作用是用来封装命令数据，所以这类对象以属性为主，少量简单方法，但注意这些方法中不能包含业务逻辑。
举个用户注册的例子，用户注册是一个命令，所以我们需要一个RegisterCommand类，这个类定义如下：

using Tdf.CQRS.Commanding;

namespace Tdf.CQRSSample.Commands
{
    public class RegisterCommand : ICommand
    {
        public string Email { get; set; }
        public string NickName { get; set; }
        public string Password { get; set; }
        public string ConfirmPassword { get; set; }

        public RegisterCommand()
        {
        }
    }
}

这个类的每个属性基本上都对应着注册表单中的一个输入（为了方便起见，上面的每个属性都是public set，但若属性不多不影响编码，最好把属性都改成private set，然后将属性的值通过构造函数传入）。当用户点击“注册”按钮时，Controller（假设使用MVC作为表现层模式）中会创建一个RegisterCommand的实例，设置相应的值，然后调用CommandBus.Send(registerCommand)，然后根据执行的情况显示相应的信息给用户。（CommandBus后面会讲到）

• CommandExecutor

CommandExecutor的作用是执行一个命令，对于注册的例子，我们会有一个RegisterCommandExecutor的类，它只有一个Execute方法，接受RegisterCommand参数：

using System;
using Tdf.CQRS.Commanding;
using Tdf.CQRS.Data;
using Tdf.CQRSSample.Domain.Entities;
using Tdf.CQRSSample.Domain.Services;

namespace Tdf.CQRSSample.Commands
{
    class RegisterCommandExecutor : ICommandExecutor<RegisterCommand>
    {
        public IRepository<User> _repository;

        public RegisterCommandExecutor(IRepository<User> repository)
        {
            _repository = repository;
        }

        public void Execute(RegisterCommand cmd)
        {
            if (String.IsNullOrEmpty(cmd.Email))
                throw new ArgumentException("Email is required.");

            if (cmd.Password != cmd.ConfirmPassword)
                throw new ArgumentException("Password not match.");

            // other command validation logics

            var service = new RegistrationService(_repository);
            service.Register(cmd.Email, cmd.NickName, cmd.Password);
        }
    }
}

在Execute方法中，我们需要先验证Command的正确性，但需要注意的是，这里的验证只是验证RegisterCommand中的数据是否合法，并非验证业务逻辑。例如，这里会验证邮箱是否为空且格式是否正确，但邮箱格式正确并不意味着就可以注册，因为系统可能要求18岁以上的成年人才能注册，而这属于业务逻辑，RegistrationService将会负责确保所有的业务规则不被破坏，RegistrationService属于Domain Service，存在于Domain Model中。

可以看到，CommandExecutor中主要有两部分工作，一是验证传入的Command对象是否合法，二是调用领域模型完成操作。上一篇文章中提到的Command是一个概念层次的Command，它不单指(1)中的Command，而是包含了(1)和(2)等。

• Command Bus

用于执行Command的是CommandExecutor，但CommandExecutor却并不用来在UI层调用，UI层中只会用到Command对象和即将提到的Command Bus。Command Bus的作用是将一个Command派发给相应的CommandExecutor去执行。在开发UI层时，我们不需要关心Command会被哪个Executor执行了，而只要知道，上帝赐予了我们一个CommandBus，我们只要创建好Command对象，扔给它，神奇的CommandBus就会帮我们把它执行完。这样一来，对于UI层的开发来说，所涉及的概念很简单，涉及的类也少，大部分的工作都是得到表单中的输入，封装成Command对象，扔给CommandBus。

CommandBus的实现也很简单。首先，我们需要让CommandExecutor都实现一个泛型接口：

namespace Tdf.CQRS.Commanding
{
    public interface ICommandExecutor<TCommand>
        where TCommand : ICommand
    {
        void Execute(TCommand cmd);
    }
}

其中ICommand是一个空接口，没有任何方法（即Marker Interface），它的作用是实现编译时约束，这样我们可以限制传入CommandExecutor的都是Command对象，而不是不小心传错的User对象（所有的Command对象都必须实现ICommand接口）。

然后，把CommandBus写成这样：
通过IoC框架来简化这个过程，另外也可以做一些改进，例如将CommandBus设计为扩展点之一。另外我们还可以将UnitOfWork（相当于平常的EntityFramework中的IDbContext，Linq 2 SQL中的DataContext）的生命周期在CommandBus中进行控制。
比较完整的CommandBus代码如下

namespace Tdf.CQRS.Commanding
{
    public interface ICommandBus
    {
        void Send<TCommand>(TCommand cmd) where TCommand : ICommand;
    }
}

using Tdf.CQRS.Data;

namespace Tdf.CQRS.Commanding
{
    public class CommandBus : ICommandBus
    {
        public void Send<TCommand>(TCommand cmd) where TCommand : ICommand
        {
            try
            {
                var unitOfWork = UnitOfWork.StartUnitOfWork();
                var executor = ObjectContainer.Resolve<ICommandExecutor<TCommand>>();
                executor.Execute(cmd);
                UnitOfWork.Commit();
            }
            finally
            {
                UnitOfWork.Close();
            }
        }
    }
}

一些注意点

• Command表示想要执行的命令，所以Command类的类名应当是动词的形式。例如RegisterCommand, ChangePasswordCommand等。不过Command后缀则是可选的，只要能保持一致即可。
• Command和CommandExecutor是一一对应的。也就是说，一个Command只会对应一个CommandExecutor，这和后面的事件有区别，事件是一对多的，一个Event可以对应多个EventHandler。
• Command对象也起到了DTO(Data Transfer Object，在这个例子中感觉称作View Model也无妨)的作用，这也是把Command和Executor相分离，不把Execute方法直接写在Command类中的原因之一。
• 注意Command的类名的重要作用，每个Command类的名称都清晰地表达了一个意图，例如ChangePasswordCommand清晰的表达了这个命令是要修改密码，所以千万不要随意"复用"Command，这里的“复用”指的是，看到某两个Command中有完全一样的属性，就觉得没有必要使用两个Command，而把它们合并成一个Command，这样的"复用"会让系统变得越来越难以理解，虽然它可能的确减少了几行代码。
• 命令通常是用“发送”来描述，而事件则是用“发布”来描述，所以CommandBus中的方法名称个人认为应该用Send比较合适，而不用Publish之类的。

Command执行结果的返回

面对UI中的各种命令，Controller会创建相应的Command对象，然后将其交给CommandBus，由CommandBus统一派发到相应的CommandExecutor中去执行，我们的ICommandBus的接口声明如下:

namespace Tdf.CQRS.Commanding
{
    public interface ICommandBus
    {
        void Send<TCommand>(TCommand cmd) where TCommand : ICommand;
    }
}

当在实际项目中应用CQRS时，我们会发现上面的做法存在一个问题：有时候我们希望Command在执行完后返回一些结果，但上面的Send方法返回void，也就意味着我们没有办法得到执行结果。我们以一个用户注册的例子来说明。
在Command对象中添加一个ExecutionResult的属性（这个属性要放在具体的Command类中，不要放于ICommand接口中）。如上面的用户注册的例子，我们可以添加一个RegisterCommandResult的类，然后将RegisterCommand改成如下所示：

using Tdf.CQRS.Commanding;

namespace Tdf.CQRSSample.Commands
{
    public class RegisterCommand : ICommand
    {
        public string Email { get; set; }
        public string NickName { get; set; }
        public string Password { get; set; }
        public string ConfirmPassword { get; set; }

        // 亮点在这里
        public RegisterCommandResult ExecutionResult { get; set; }

        public RegisterCommand()
        {
        }
    }

    // 亮点在这里
    public class RegisterCommandResult
    {
        public string GeneratedUserId { get; set; }
    }
}

在调用CommandBus.Send()之前，我们完全不用理会这个ExecutionResult属性，对于Controller的开发人员来说，他只要知道在Command执行完后，ExecutionResult的值就会被赋上，如果没有，那就是CommandExecutor的bug。

而我们的RegisterCommandExecutor就可以改成（User类的构造函数会调用Id = Guid.NewGuid().ToString()对自己的Id进行赋值）：

using System;
using Tdf.CQRS.Commanding;
using Tdf.CQRS.Data;
using Tdf.CQRSSample.Domain.Entities;
using Tdf.CQRSSample.Domain.Services;

namespace Tdf.CQRSSample.Commands
{
    class RegisterCommandExecutor : ICommandExecutor<RegisterCommand>
    {
        public IRepository<User> _repository;

        public RegisterCommandExecutor(IRepository<User> repository)
        {
            _repository = repository;
        }

        public void Execute(RegisterCommand cmd)
        {
            if (String.IsNullOrEmpty(cmd.Email))
                throw new ArgumentException("Email is required.");

            if (cmd.Password != cmd.ConfirmPassword)
                throw new ArgumentException("Password not match.");

            // other command validation logics

            var service = new RegistrationService(_repository);
            var user = service.Register(cmd.Email, cmd.NickName, cmd.Password);

            // 亮点在这里
            cmd.ExecutionResult = new RegisterCommandResult
            {
                GeneratedUserId = user.Id
            };
        }
    }
}

RegisterCommand中定义的ExecutionResult属性可以让开发人员清楚的知道这个属性会在Command执行完后被赋上合适的值。对于一个Command，如果开发人员在其中找到类似ExecutionResult这样的属性，他就知道这个Command执行完后会返回执行结果，并且结果是以赋值的形式赋给Command中的ExecutionResult属性，若Command中没有发现ExecutionResult这样的属性，那开发人员便知道这个Command执行完不会返回执行结果。
到目前为止，我们所讨论的Command都是同步执行的，如果Command被设计为异步执行，那本文所讨论的内容便可以直接忽略。
如果系统的性能可以满足需求，同步Command无疑是最好的。

CQRS架构的优点

• CQ两端架构分离、相互不受束缚，各自独立设计、扩展
• C端通常结合DDD，解决复杂的业务逻辑；Q端轻量级查询，多种不同的查询视图通过订阅事件来更新
• C端通过分布式消息队列水平扩展，天然支持削峰
• EDA架构，整个系统各个部分松耦合，可扩展性好
• 架构层面做到无并发，实现Command的高吞吐
• 技术架构和业务代码完全分离，程序员不用关心技术问题
• 更方便的分工合作

CQRS架构的缺点

• 不是强一致性，而是面向最终一致性
• 强依赖高性能可靠的分布式消息队列
• 必须有强大可靠的CQRS框架，从头做起成本高、风险大
• 必须结合Event Sourcing模式，否则CQ分离意义不大
• Event Sourcing模式的缺点
• 一些CQRS的最佳原则提高了开发人员的门槛