背景問題

簡單的需求

當我們系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)模型層級較少時，數(shù)據(jù)模型足夠簡單時，模型與數(shù)據(jù)庫可以直接進行映射。這種簡單數(shù)據(jù)模型使我們不需要針對其相互關(guān)系進行復雜的建模設(shè)計，直接在工程中使用經(jīng)典的三層模型就足以支撐項目需求。

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對于這種簡單系統(tǒng)，過度設(shè)計會增加后續(xù)維護、重構(gòu)的成本(并不能保證預設(shè)計能完美符合后續(xù)需求)。同時，對于簡單系統(tǒng)，我們大部分的需求都只涉及其中的少量數(shù)據(jù)模型邏輯處理。

而我們直接對數(shù)據(jù)模型進行CURD就能滿足需求，進而的結(jié)論就是：

針對簡單需求，我們不需要特別區(qū)別查詢和增刪改的程序結(jié)構(gòu)。

復雜的需求

如果我們的系統(tǒng)具有一定復雜性，這種復雜性可能是源于訪問頻次、數(shù)據(jù)量或者是數(shù)據(jù)模型數(shù)量。這時候我們遇到的問題是數(shù)據(jù)在查詢和更新的需求差距逐漸變大。

• 頻次：數(shù)據(jù)的查詢頻次會遠高于新增、更新、刪除頻次。
• 數(shù)據(jù)量：數(shù)據(jù)量變大后會增加對數(shù)據(jù)進行分庫分表的設(shè)計訴求，從而導致數(shù)據(jù)查詢變得的復雜性(涉及分表關(guān)鍵字)。
• 數(shù)據(jù)模型數(shù)量：數(shù)據(jù)模型數(shù)量的增大，會導致在進行新增、更新與刪除操作時同時影響的數(shù)據(jù)模型變多，而在查詢時同時跨多模型的查詢條件會讓查詢的性能具有極大的挑戰(zhàn)性。

根據(jù)以上舉例我們可以發(fā)現(xiàn)，當我們的需求具有一定的復雜性后，根據(jù)引入復雜性的不同，會導致系統(tǒng)功能上需要用更加復雜的設(shè)計來對需求的復雜性進行支撐。同時我們也可以發(fā)現(xiàn)，引入的不同復雜性在增刪改和查詢方面的帶來的功能需求差別很大。

所以：

需求的復雜性會放大程序中查詢和增刪改的設(shè)計差異。

DDD的需求

如果我們對系統(tǒng)整體的構(gòu)建與設(shè)計有了更高的可維護性與可擴展性要求，以至于我們需要使用DDD來設(shè)計整個系統(tǒng)。

在這種情況下往往模型中具有相對復雜的模型關(guān)系，在增刪改時我們需要將所有請求封裝為領(lǐng)域?qū)ο螅员愠绦蚩梢曰陬I(lǐng)域模型完成大量復雜的校驗、業(yè)務(wù)邏輯。而在查詢需求時，我們常常需要組織跨領(lǐng)域數(shù)據(jù)來完成一個列表中數(shù)據(jù)內(nèi)容的展示。所以：

在DDD設(shè)計中，增刪改操作便于應(yīng)用領(lǐng)域模型執(zhí)行，而查詢操作往往無法直接通過領(lǐng)域模型執(zhí)行。

CQRS模式

問題的抽象

根據(jù)第一節(jié)中的內(nèi)容我們可以發(fā)現(xiàn)，在進行系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計時，當系統(tǒng)出現(xiàn)復雜性后存在一個核心問題：

增刪改類型的功能與查詢類型的功能，在功能需求上具有較大的差異。

這種差異帶來的直接結(jié)果就是在系統(tǒng)開發(fā)的過程中，針對增刪改和查詢操作的業(yè)務(wù)設(shè)計上差異會比較大。如果舉幾個例子來說的話，比如：

• 針對增刪改系統(tǒng)我們需要事務(wù)來保證多領(lǐng)域模型的更新原子性;針對查詢我們需要增加緩存來提高熱點數(shù)據(jù)的查詢性能。
• 數(shù)據(jù)讀取和寫入的模型通常是不匹配的，他們維護和查詢的列或者屬性坑沒有交集。
• 在更新的時候查詢數(shù)據(jù)可能會產(chǎn)生沖突。
• 使用統(tǒng)一模型進行存儲可能會導致復雜查詢時的性能降低。

CQRS本質(zhì)

由于存在增刪改與查詢邏輯有差異的這個問題，為了更好的針對差異進行抽象，我們可以將它們分開進行設(shè)計。也就是我們的CQRS模式，即命令查詢的責任分離Command Query Responsibility Segregation模式。其中我們稱增刪改為命令型操作。

CQRS本質(zhì)上是一種讀寫分離設(shè)計思想，這種框架設(shè)計模式將命令型業(yè)務(wù)和查詢型業(yè)務(wù)分開單獨處理。通過這種方式，CQRS可以針對命令和查詢單獨進行業(yè)務(wù)模型上的設(shè)計，從而用更加適合各自場景的方案與組件來提供能力。

查詢

查詢操作并不會修改數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容，所以查詢本身是一種冪等操作，以同一個查詢條件在系統(tǒng)不改變的情況下反復執(zhí)行會返回相同的結(jié)果，我們可以針對這種特性提供數(shù)據(jù)緩存來提高系統(tǒng)性能;同時因為不影響數(shù)據(jù)庫，查詢邏輯是不會產(chǎn)生數(shù)據(jù)一致性問題。查詢往往會存在較高的使用頻率。

命令操作會直接修改數(shù)據(jù)庫，并針對多個領(lǐng)域模型的情況下我們需要增加來保證操作的原子性。而對于一個命令操作，我們往往是不直接依賴命令的返回值的，所以通?？梢援惒綀?zhí)行命令操作。對于一般系統(tǒng)來說，往往命令操作的使用頻次會較低。

簡單實用

由于CQRS的本質(zhì)是對于讀寫操作的分離，所以比較簡單的CQRS的做法是：

CQ兩端數(shù)據(jù)庫表共享，CQ兩端只是在上層代碼上分離。

這種做法在不對數(shù)據(jù)庫進行分離設(shè)計的情況下，CQ兩端在上層代碼進行分離個字單獨維護，例如命令型的都用xxxManagerController、xxxManagerService來定義，而查詢則直接用xxxController、xxxService定義。

因為使用同一個數(shù)據(jù)庫，所以沒有CQ兩端的數(shù)據(jù)一致性問題。但因為已經(jīng)對上層代碼進行了抽離，所以可以滿足一些設(shè)計特性如：

• 命令應(yīng)基于任務(wù)，而不是以數(shù)據(jù)為中心。
• 命令可以放置在隊列上進行異步處理，而不是同步處理。
• 查詢從不修改數(shù)據(jù)庫。 查詢返回的 DTO 不封裝任何域知識。

這種方案可以滿足代碼邏輯上的分離維護，但由于是使用同一數(shù)據(jù)庫表，所以無法根據(jù)CQ兩種業(yè)務(wù)的特點單獨進行模型設(shè)計。

關(guān)注性能

在代碼分離的基礎(chǔ)上，我們可以再將數(shù)據(jù)存儲的模型進行物理分離，讀取存儲可以是寫入存儲的只讀副本，使用多個只讀副本可以提高查詢性能;也可能為讀取模型單獨設(shè)計庫表。單獨對查詢和更新進行模型設(shè)計可以減小設(shè)計和實現(xiàn)的難度。并且此時讀取數(shù)據(jù)庫可使用自己的已針對查詢進行優(yōu)化的數(shù)據(jù)架構(gòu)。比如讀數(shù)據(jù)庫可以直接存儲查詢數(shù)據(jù)寬表從而避免進行join操作或者復雜的查詢映射。甚至可以針對讀取操作使用mongo或者es等nosql數(shù)據(jù)庫對查詢邏輯進行增強。

分離后的數(shù)據(jù)將存在在不同的數(shù)據(jù)庫中，Q的數(shù)據(jù)由C端同步過來。通常，這是通過在每次更新數(shù)據(jù)庫時使寫入模型發(fā)布事件來實現(xiàn)的。 而說到數(shù)據(jù)同步則就有同步執(zhí)行和異步執(zhí)行兩種方案：

• 同步：導致性能降低，但是可以保證數(shù)據(jù)的強一致性。
• 異步：擁有較高的性能，但需要系統(tǒng)接受最終一致性的。

同樣的，這種同步也可以解釋為對緩存進行的更新，即：查詢數(shù)據(jù)庫是使用緩存，而寫入數(shù)據(jù)庫使用普通MySQL，兩者之間數(shù)據(jù)同步通過領(lǐng)域事件實現(xiàn)最終一致性。

進一步強化

進一步的，由于命令操作實際上是對“操作”進行的記錄，而只有查詢才需要將所有的操作進行匯總展示。基于這種思想，可以使用事件溯源EventSourcing模式來進行命令操作的記錄。在這種方案下，保存記錄時更新的不是當前的記錄，而是會導致狀態(tài)變化的事件日志，每個事件表示對數(shù)據(jù)所作的一系列更改，而我們可以通過重播事件構(gòu)造數(shù)據(jù)當前的狀態(tài)(可以參考Mysql的Binlog設(shè)計)。這種記錄的優(yōu)點是可以根據(jù)回放，重現(xiàn)每一次狀態(tài)變更的時間點以及變更軌跡。而查詢則可以根據(jù)當前狀態(tài)的快照來為查詢提速。來自于網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)圖：

這種設(shè)計模式聽起來就比較復雜，但是卻有很多好處，例如：實現(xiàn)透明的分布式處理，當使用事件作為狀態(tài)改變的引擎時，你可以通過實現(xiàn)多任務(wù)并發(fā)處理，比如通過JVM并行計算或事件消息總線機制，事件能夠很容易序列化，并在多個服務(wù)器之間傳送。同時因為是保留的操作記錄，可以在回放的時候?qū)τ诋惓２僮鲾?shù)據(jù)進行過濾，從而增加了數(shù)據(jù)的魯棒性。

使用挑戰(zhàn)

如果希望使用CQRS，根據(jù)你希望實現(xiàn)的系統(tǒng)性能，你需要評估當前系統(tǒng)架構(gòu)以及個人經(jīng)驗是否有以下能力：

• 復雜性設(shè)計：盡管CQRS基礎(chǔ)理念較為容易理解，但是這種模式會導致系統(tǒng)的構(gòu)建復雜度上升，尤其是進一步使用事件溯源模式時。
• 消息隊列處理：在進行高性能設(shè)計的時候，通常會使用消息處理命令和發(fā)布更新事件。在此情況下，應(yīng)用程序必須處理消息失敗或重復的消息。
• 最終一致性：如果分離讀取和寫入數(shù)據(jù)庫，讀取數(shù)據(jù)可能會過時。 必須更新讀取模型存儲，以反映對寫入模型存儲區(qū)所做的更改，并且在用戶根據(jù)過時的讀取數(shù)據(jù)發(fā)出請求時，可能很難檢測到這種情況。

選型建議

對于以下場景不建議引入CQRS：

• 領(lǐng)域或者業(yè)務(wù)十分簡單。
• 基本的CRUD就可以支撐完整的系統(tǒng)數(shù)據(jù)訪問需求。

如果系統(tǒng)存在一定的復雜性，并且有以下的特點，則可以根據(jù)特點，選擇適合的CQRS實現(xiàn)方式。

• 在用戶操作中，需要在用戶界面中進行一系列的復雜操作來最終定義、組裝、修改領(lǐng)域模型。寫模型需要有完成的命令處理堆棧，包括：輸入驗證、業(yè)務(wù)處理、業(yè)務(wù)驗證。而讀模型只需要返回視圖中所用到的DTO數(shù)據(jù)。讀模型與寫模型只需要最終一致性關(guān)系。
• 對于用戶的操作訪問，需要以較小的粒度定義命令，并通過合并命令的方式避免命令沖突。
• 數(shù)據(jù)寫入和數(shù)據(jù)讀取之前存在比較大的性能區(qū)別，需要分開進行數(shù)據(jù)優(yōu)化。尤其是讀取次數(shù)遠大于寫入次數(shù)的場景，可以對讀模型進行水平擴展。
• 當團隊人員可以分拆分，組成專門針對復雜業(yè)務(wù)寫場景的組，以及專門針對高頻查詢和用戶界面的組。
• 當系統(tǒng)隨時間不斷演進，不斷包含多個版本的模型，或者業(yè)務(wù)規(guī)則會定期修改?？梢栽趯懩Ｊ街邪鄠€版本的模型，而讀模式中使用統(tǒng)一的視圖模型。
• 與其他系統(tǒng)集成時，希望不會受到其他系統(tǒng)故障的影響(讀寫庫表分離)。

最后

總的來說，CQRS是處理復雜問題的一種具體實現(xiàn)方案，常用于配合DDD使用。

總結(jié)CQRS 的主要優(yōu)點包括：

• 獨立縮放：CQRS 允許讀取和寫入工作負載獨立縮放，這可能會減少鎖爭用。
• 優(yōu)化的數(shù)據(jù)架構(gòu)： 讀取端可使用針對查詢優(yōu)化的架構(gòu)，寫入端可使用針對更新優(yōu)化的架構(gòu)。
• 安全性：更輕松地確保僅正確的域?qū)嶓w對數(shù)據(jù)執(zhí)行寫入操作。
• 關(guān)注點分離：分離讀取和寫入端可使模型更易維護且更靈活。 大多數(shù)復雜的業(yè)務(wù)邏輯被分到寫模型。 讀模型會變得相對簡單。
• 查詢更簡單：通過將具體化視圖存儲在讀取數(shù)據(jù)庫中，應(yīng)用程序可在查詢時避免復雜聯(lián)接。

名稱欄目：一篇帶你了解一下CQRS模式
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