ASP.NET Core微服务架构中使用RabbitMQ实现CQRS模式

微服务架构代表了软件设计的范式转变，将大型单体应用程序分解为更小的、可管理的服务，这些服务独立运行并通过定义良好的 API 进行通信。

微服务架构概述

在 C# 中，微服务可以是更大系统的一部分：

using System;
using Microsoft.AspNetCore.Mvc;
[Route("api/[controller]")]
[ApiController]
public class UserController : ControllerBase
{
    [HttpGet]
    public ActionResult<string> GetUser()
    {
        // Logic to fetch user data from a database or external service
        return "User data";
    }
}

在此代码片段中，UserController 公开了一个 HTTP GET 终结点来检索用户数据，展示了此微服务的单一职责。

命令查询责任分离 （CQRS） 模式的说明

CQRS 从根本上将处理命令（更改系统状态）和查询（在不修改状态的情况下检索数据）的责任分开。这种隔离允许针对每种类型的操作进行优化。

// Example of Command and Query models in C#
public class Command
{
    public string Id { get; set; }
    public object Payload { get; set; }
}

public class Query
{
    public string Id { get; set; }
}
// Command Handler
public class CommandHandler
{
    public void HandleCommand(Command command)
    {
        // Logic to process and update the system state based on the command
    }
}
// Query Handler
public class QueryHandler
{
    public object HandleQuery(Query query)
    {
        // Logic to retrieve and return data without altering the system state
        return null;
    }
}

这种分为具有专用处理程序的命令和查询模型的过程简化了代码库，并实现了对写入和读取操作的定制优化。

消息代理（如 RabbitMQ）在微服务中的重要性

以 RabbitMQ 为例，消息代理在微服务架构中至关重要，为服务之间的异步通信提供了健壮的机制。它们在不同组件之间的通信中实现了解耦、可靠性和可扩展性。

// Example of using RabbitMQ with RabbitMQ.Client in C#
using RabbitMQ.Client;
class RabbitMQService
{
    public void SendMessageToQueue(string queueName, string message)
    {
        var factory = new ConnectionFactory() { HostName = "localhost" };
        using var connection = factory.CreateConnection();
        using var channel = connection.CreateModel();
        channel.QueueDeclare(queue: queueName, durable: false, exclusive: false, autoDelete: false, arguments: null);
        var body = Encoding.UTF8.GetBytes(message);
        channel.BasicPublish(exchange: "", routingKey: queueName, basicProperties: null, body: body);
        Console.WriteLine($"Message sent to {queueName}: {message}");
    }
}

在上述代码片段中，RabbitMQ 用于将消息发送到特定队列，从而确保微服务之间的可靠通信。

CQRS原理解释

CQRS（命令查询责任分离）是一种体系结构模式，它主张将应用程序中的读取和写入操作之间明确分离。它区分用于读取数据（查询）的模型和逻辑以及用于修改数据（命令）的模型和逻辑。

// Example of Command and Query models in C#
public class Command
{
    public string Id { get; set; }
    public object Payload { get; set; }
}
public class Query
{
    public string Id { get; set; }
}

在上述示例中，Command 和 Query 类分别表示用于处理写入和读取操作的不同模型。这种分离有助于隔离关注点并简化每种操作类型的逻辑。

分离读取和写入操作的优点

分离读取和写入操作具有以下几个优点：

优化：不同的模型可以针对其特定任务进行优化。例如，可以定制查询模型以实现快速读取。 可扩展性：系统可以独立扩展读取和写入，从而优化性能。 灵活性：修改写入逻辑不会影响读取操作，反之亦然，从而在设计和演进方面提供更大的灵活性。

// Command Handler
public class CommandHandler
{
    public void HandleCommand(Command command)
    {
        // Logic to process and update the system state based on the command
    }
}

// Query Handler
public class QueryHandler
{
    public object HandleQuery(Query query)
    {
        // Logic to retrieve and return data without altering the system state
        return null;
    }
}

将命令和查询的处理分开，可以根据每个操作的特定要求定制专用逻辑。

CQRS 大放异彩的用例和场景

CQRS 在以下情况下特别有用：

复杂域：处理复杂业务逻辑的系统受益于 CQRS 提供的关注点分离。 性能优化：需要针对高吞吐量读取和写入操作进行优化的应用程序。 事件溯源：CQRS 通过提供单独的模型来处理基于事件的命令和查询，从而补充事件溯源。 事件溯源：CQRS 通过提供单独的模型来处理基于事件的命令和查询，从而补充事件溯源。

// Example of using CQRS with Event Sourcing
public class EventSourcingHandler
{
    public void ApplyEvent(Event event)
    {
        // Logic to apply an event and update the system state
    }
    public object GetState()
    {
        // Logic to reconstruct the system state based on events for query purposes
        return null;
    }
}

通过将 CQRS 与事件溯源结合使用，应用程序可以在处理命令/事件和查询数据之间保持明确的分离。

RabbitMQ 作为消息代理的概述

RabbitMQ 是一个健壮的开源消息代理，可促进分布式应用程序之间的通信。它充当中介，使应用程序的各个组件能够无缝通信和传输数据。

// Example of using RabbitMQ with RabbitMQ.Client in C#
using RabbitMQ.Client;
class RabbitMQService
{
    public void SendMessageToQueue(string queueName, string message)
    {
        var factory = new ConnectionFactory() { HostName = "localhost" };
        using var connection = factory.CreateConnection();
        using var channel = connection.CreateModel();
        channel.QueueDeclare(queue: queueName, durable: false, exclusive: false, autoDelete: false, arguments: null);
        var body = Encoding.UTF8.GetBytes(message);
        channel.BasicPublish(exchange: "", routingKey: queueName, basicProperties: null, body: body);
        Console.WriteLine($"Message sent to {queueName}: {message}");
    }
}

在上面的代码中，描述了一个类，展示了如何使用 RabbitMQ 的客户端库将消息发送到特定队列。

微服务架构的主要特性和优势

RabbitMQ 提供了几个特性，使其非常适合微服务架构：

可靠性：它确保消息传递并支持消息确认机制。 灵活性：支持各种消息传递模式（发布/订阅、点对点）和协议（AMQP、MQTT）。 可扩展性：通过在多个节点或集群之间分发消息，允许水平扩展。

// Example of using RabbitMQ for Publish-Subscribe
public class Publisher
{
    public void Publish(string exchangeName, string message)
    {
        var factory = new ConnectionFactory() { HostName = "localhost" };
        using var connection = factory.CreateConnection();
        using var channel = connection.CreateModel();
        channel.ExchangeDeclare(exchange: exchangeName, type: ExchangeType.Fanout);
        var body = Encoding.UTF8.GetBytes(message);
        channel.BasicPublish(exchange: exchangeName, routingKey: "", basicProperties: null, body: body);
        Console.WriteLine($"Message published to {exchangeName}: {message}");
    }
}

该上述代码中通过向交易所发布消息来演示 RabbitMQ 的发布-订阅功能。

RabbitMQ 如何促进异步通信？

RabbitMQ 通过解耦发送方和接收方组件来促进异步通信，允许它们独立运行。它通过消息队列实现这一点，确保消息在应用程序的不同部分之间可靠地传递。

// Example of consuming messages from a RabbitMQ queue
class Consumer
{
    public void ConsumeFromQueue(string queueName)
    {
        var factory = new ConnectionFactory() { HostName = "localhost" };
        using var connection = factory.CreateConnection();
        using var channel = connection.CreateModel();
        channel.QueueDeclare(queue: queueName, durable: false, exclusive: false, autoDelete: false, arguments: null);
        var consumer = new EventingBasicConsumer(channel);
        consumer.Received += (model, ea) =>
        {
            var body = ea.Body.ToArray();
            var message = Encoding.UTF8.GetString(body);
            Console.WriteLine($"Message received from {queueName}: {message}");
        };
        channel.BasicConsume(queue: queueName, autoAck: true, consumer: consumer);
    }
}

该类演示如何使用来自特定队列的消息，从而允许组件异步处理收到的消息。

将 RabbitMQ 与 CQRS 集成

将 CQRS 与 RabbitMQ 结合使用时的设计注意事项

将 CQRS 与 RabbitMQ 集成时，应考虑以下几个设计注意事项：

消息结构：以清晰、一致的格式设计命令和事件的消息。 错误处理：实施用于处理消息处理中的错误和重试的策略。 消息持久性： 配置队列以确保消息持久性，以避免数据丢失。 可扩展性：通过考虑 RabbitMQ 集群和负载均衡来规划可伸缩性。

使用 RabbitMQ 作为消息传递主干的命令处理

使用 RabbitMQ 作为命令处理的消息传递主干涉及将命令发送到队列，这些命令将由处理程序使用进行处理。

如在一个在线订购系统的场景中，将 RabbitMQ 与 C# 中的 CQRS 集成以异步处理订单：

场景：

在在线订购系统中，当下达新订单时，需要异步处理。我们将使用 RabbitMQ 来处理命令（下订单）和事件（订单处理）。系统将按照 CQRS 原则使用队列分离命令和事件。

设计注意事项：

订单命令：表示用于下订单的命令。 订单事件：表示已处理订单的事件。 错误处理：对失败的订单实施重试机制。

命令处理：

public class OrderCommandHandler
{
    private readonly string commandQueueName = "order_commands";

    public void SendOrderCommand(OrderCommand command)
    {
        var factory = new ConnectionFactory() { HostName = "localhost" };
        using var connection = factory.CreateConnection();
        using var channel = connection.CreateModel();
        channel.QueueDeclare(queue: commandQueueName, durable: false, exclusive: false, autoDelete: false, arguments: null);
        var body = Encoding.UTF8.GetBytes(JsonConvert.SerializeObject(command));
        channel.BasicPublish(exchange: "", routingKey: commandQueueName, basicProperties: null, body: body);
        Console.WriteLine($"Order command sent: {JsonConvert.SerializeObject(command)}");
    }
    public void ConsumeOrderCommands()
    {
        var factory = new ConnectionFactory() { HostName = "localhost" };
        using var connection = factory.CreateConnection();
        using var channel = connection.CreateModel();
        channel.QueueDeclare(queue: commandQueueName, durable: false, exclusive: false, autoDelete: false, arguments: null);
        var consumer = new EventingBasicConsumer(channel);
        consumer.Received += (model, ea) =>
        {
            var body = ea.Body.ToArray();
            var commandMessage = Encoding.UTF8.GetString(body);
            var orderCommand = JsonConvert.DeserializeObject<OrderCommand>(commandMessage);

            // Process the order command
            Task.Run(() => ProcessOrderCommand(orderCommand));

            // Acknowledge the message
            channel.BasicAck(deliveryTag: ea.DeliveryTag, multiple: false);
        };
        channel.BasicConsume(queue: commandQueueName, autoAck: false, consumer: consumer);
    }
    private void ProcessOrderCommand(OrderCommand orderCommand)
    {
        // Logic to process the order command asynchronously
        Console.WriteLine($"Processing order command: {JsonConvert.SerializeObject(orderCommand)}");
        
        // Place order, perform validation, etc.
        // If successful, publish an order processed event
        var orderEvent = new OrderEvent { OrderId = orderCommand.OrderId, Status = "Processed" };
        SendOrderProcessedEvent(orderEvent);
    }
    private void SendOrderProcessedEvent(OrderEvent orderEvent)
    {
        var eventQueueName = "order_events";
        var factory = new ConnectionFactory() { HostName = "localhost" };
        using var connection = factory.CreateConnection();
        using var channel = connection.CreateModel();
        channel.QueueDeclare(queue: eventQueueName, durable: false, exclusive: false, autoDelete: false, arguments: null);
        var body = Encoding.UTF8.GetBytes(JsonConvert.SerializeObject(orderEvent));
        channel.BasicPublish(exchange: "", routingKey: eventQueueName, basicProperties: null, body: body);
        Console.WriteLine($"Order processed event sent: {JsonConvert.SerializeObject(orderEvent)}");
    }
}

实现命令和事件的消息队列

在集成了 RabbitMQ 的基于 CQRS 的系统中，为命令和事件建立了单独的队列，以实现组件之间的异步通信。

public class OrderEventConsumer
{
    private readonly string eventQueueName = "order_events";

    public void ConsumeOrderEvents()
    {
        var factory = new ConnectionFactory() { HostName = "localhost" };
        using var connection = factory.CreateConnection();
        using var channel = connection.CreateModel();
        channel.QueueDeclare(queue: eventQueueName, durable: false, exclusive: false, autoDelete: false, arguments: null);
        var consumer = new EventingBasicConsumer(channel);
        consumer.Received += (model, ea) =>
        {
            var body = ea.Body.ToArray();
            var eventMessage = Encoding.UTF8.GetString(body);
            var orderEvent = JsonConvert.DeserializeObject<OrderEvent>(eventMessage);
            Console.WriteLine($"Received order processed event: {JsonConvert.SerializeObject(orderEvent)}");
            // Logic to handle the processed order event
        };
        channel.BasicConsume(queue: eventQueueName, autoAck: true, consumer: consumer);
    }
}

异步通信和事件驱动架构

RabbitMQ 允许组件以非阻塞方式对事件和消息做出反应，从而促进事件驱动架构中的异步通信。

public class Program
{
    public static void Main(string[] args)
    {
        var orderCommandHandler = new OrderCommandHandler();
        var orderEventConsumer = new OrderEventConsumer();

        // Example: Sending an order command
        var orderCommand = new OrderCommand { OrderId = Guid.NewGuid(), Product = "Product A", Quantity = 2 };
        orderCommandHandler.SendOrderCommand(orderCommand);

        // Consume order commands and events asynchronously
        Task.Run(() => orderCommandHandler.ConsumeOrderCommands());
        Task.Run(() => orderEventConsumer.ConsumeOrderEvents());
        Console.ReadLine(); // Keep the application running
    }
}

在微服务中使用 RabbitMQ 实现 CQRS

设置微服务基础架构

为简单起见，我们创建两个微服务：一个用于处理命令 （OrderCommandService），另一个用于处理查询 （OrderQueryService）。每个服务都将处理 CQRS 模式的特定方面。

订单命令服务

// OrderCommandService: Handles commands (placing orders)
public class OrderCommandService
{
    private readonly string commandQueueName = "order_commands";
    public void SendOrderCommand(OrderCommand command)
    {
        // Code to send order command to RabbitMQ queue (similar to previously shown CommandSender)
    }
    public void ConsumeOrderCommands()
    {
        // Code to consume order commands from RabbitMQ queue (similar to previously shown CommandConsumer)
        // Process received commands asynchronously and trigger events accordingly
    }
}

订单查询服务

// OrderQueryService: Handles queries (fetching orders)
public class OrderQueryService
{
    private readonly string queryQueueName = "order_queries";
    public void SendOrderQuery(Query query)
    {
        // Code to send order query to RabbitMQ queue (similar to previously shown CommandSender)
    }
    public void ConsumeOrderQueries()
    {
        // Code to consume order queries from RabbitMQ queue (similar to previously shown CommandConsumer)
        // Process received queries and retrieve orders data asynchronously
    }
}

在微服务中定义命令和查询模型

命令和查询模型

// Command model
public class OrderCommand
{
    public string OrderId { get; set; }
    // Other order-related properties...
}
// Query model
public class OrderQuery
{
    public string QueryId { get; set; }
    // Other query-related properties...
}

使用 RabbitMQ 编写命令、处理事件和查询

订单命令服务

// Sending order commands
OrderCommandService orderCommandService = new OrderCommandService();
OrderCommand orderCommand = new OrderCommand { OrderId = "123", /* Other order properties */ };
orderCommandService.SendOrderCommand(orderCommand);
// Consuming order commands
orderCommandService.ConsumeOrderCommands();

订单查询服务

// Sending order queries
OrderQueryService orderQueryService = new OrderQueryService();
OrderQuery orderQuery = new OrderQuery { QueryId = "456", /* Other query properties */ };
orderQueryService.SendOrderQuery(orderQuery);
// Consuming order queries
orderQueryService.ConsumeOrderQueries();

确保数据一致性和最终一致性

实现数据一致性和最终一致性将涉及其他步骤，例如使用事件溯源、使用一致的读取模型进行查询，以及确保正确处理微服务中的事件。

在此只是演示了如何使用 CQRS 和 RabbitMQ 的在线订购系统微服务的基本设置，概述了用于处理命令和查询的服务之间的结构和交互。在实际应用场景中，还要实现完全数据一致性和最终一致性，通常需要对事件、数据存储机制和错误恢复策略进行更复杂的处理。

在微服务架构中使用 RabbitMQ 实现 CQRS 提供了一种强大的方法来构建可扩展的解耦系统，从而高效处理复杂的操作。