Der Aufbau großer verteilter Systeme ist eine Herausforderung, insbesondere wenn es darum geht, Leistung, Skalierbarkeit und Konsistenz zu gewährleisten. Zwei beliebte Architekturmuster, Command Query Responsibility Segregation (CQRS) und Event Sourcing, bieten Lösungen für diese Herausforderungen, indem sie die Lese- und Schreiboperationen entkoppeln und den Zustand von Geschäftseinheiten als eine Reihe von Ereignissen aufrechterhalten.
CQRS ist ein Architekturmuster, das die Befehls- (Schreib-) und Abfrageoperationen (Lesen) in getrennte Modelle aufteilt. Dieser Ansatz ermöglicht eine bessere Leistung, Skalierbarkeit und Flexibilität, da Lese- und Schreibvorgänge separat optimiert werden können, um Konflikte und Engpässe zu vermeiden.
Event Sourcing hingegen ist ein Entwurfsmuster, das den Zustand einer Geschäftseinheit als sequenziellen Satz von zustandsändernden Ereignissen speichert. Auf diese Weise können Sie den aktuellen Zustand eines Objekts aus seiner Ereignishistorie ableiten, was dazu beiträgt, einen zuverlässigen Prüfpfad zu erstellen, zeitliche Abfragen zu ermöglichen und ereignisgesteuerte Architekturen zu unterstützen.
CQRS und Event Sourcing werden häufig zusammen verwendet, da sie sich gegenseitig ergänzen und Synergieeffekte aufweisen. Die Kombination dieser Muster kann zu noch mehr Vorteilen führen, insbesondere bei der Anwendung auf Microservices-Architekturen, die wir in den nächsten Abschnitten untersuchen werden.
Verständnis der Microservices-Architektur
Bei der Microservices-Architektur handelt es sich um einen Softwareentwicklungsansatz, bei dem eine Anwendung als eine Sammlung lose gekoppelter, unabhängig einsetzbarer Dienste strukturiert wird. Jeder Dienst ist für eine bestimmte Funktion vorgesehen, z. B. für die Benutzerauthentifizierung oder die Auftragsabwicklung. Microservices kommunizieren miteinander über APIs, um zusammenzuarbeiten und Geschäftsanforderungen zu erfüllen.
Zu den wichtigsten Merkmalen der Microservices-Architektur gehören:
- Kleine, fokussierte Dienste mit einer einzigen Zuständigkeit
- Lose Kopplung und starke Kohäsion zwischen den Diensten
- Unabhängige Bereitstellung und Skalierung von Diensten
- API-basierte Kommunikation zwischen Diensten
- Unterstützung für polyglotte Persistenz und verschiedene Datenspeicherlösungen
Wenn sie richtig konzipiert und implementiert wird, bietet die Microservices-Architektur zahlreiche Vorteile, wie z. B. schnellere Entwicklungszyklen, verbesserte Fehlerisolierung und bessere Skalierbarkeit. Eine der Herausforderungen der Microservices-Architektur ist jedoch der Umgang mit der Datenkonsistenz und der Leistungsoptimierung, insbesondere in verteilten Systemen. CQRS und Event Sourcing helfen dabei, die Gesamtstruktur und Leistung von Microservices zu verbessern.
Warum sollten CQRS und Event Sourcing mit Microservices kombiniert werden?
Durch die Kombination von CQRS und Event Sourcing mit Microservices können Entwickler viele Herausforderungen bewältigen, die mit verteilten Systemen verbunden sind, wie z. B. Datenkonsistenz und Leistungsoptimierung. Diese Kombination ermöglicht auch eine Reihe fortschrittlicher Funktionen, wie z. B. zeitliche Abfragen und Fehlertoleranz. Hier sind einige Gründe, warum die Kombination von CQRS und Event Sourcing mit Microservices von Vorteil ist:
- Optimierte Systemleistung: Die Trennung von Befehls- und Abfragemodellen in CQRS ermöglicht eine feinkörnige Optimierung von Lese- und Schreibvorgängen. Sie können die Leistung und Ressourcennutzung verbessern, indem Sie unterschiedliche Skalierungsstrategien auf Befehls- und Abfrageseite anwenden.
- Verbesserte Datenkonsistenz: Event Sourcing hilft bei der Wahrung der Konsistenz über verteilte Systeme hinweg, indem es die Zustandsänderungen von Geschäftseinheiten als eine Folge von Ereignissen erfasst. Dies gewährleistet einen zuverlässigen Prüfpfad und ermöglicht es Systemen, den aktuellen Zustand aus dem Ereignisverlauf zu rekonstruieren.
- Verbesserte Testmöglichkeiten: Die Entkopplung von Befehlen und Abfragen in CQRS vereinfacht Unit- und Integrationstests von Microservices. Darüber hinaus bietet Event Sourcing eine ereignisbasierte Aufzeichnung von Systemoperationen, die ein zuverlässiges Testen von Interaktionen zwischen Services ermöglicht.
- Unterstützung für erweiterte Funktionen: Die Kombination von CQRS und Event Sourcing eröffnet Möglichkeiten für erweiterte Funktionen wie temporale Abfragen, ereignisgesteuerte Architekturen und Fehlertoleranz. Auch die Implementierung von Event-Streaming und Analysefunktionen wird dadurch erleichtert.
- Leichtere Integration mit anderen Systemen: Durch die Modellierung des Zustands von Geschäftseinheiten als eine Reihe von Ereignissen können Sie eine Vielzahl von Integrationsmustern unterstützen und Zustandsänderungen über mehrere Systeme hinweg effektiver synchronisieren.
Die Integration von CQRS und Event Sourcing in Microservices bietet zahlreiche Vorteile in Bezug auf Leistung, Konsistenz und erweiterte Funktionsunterstützung. In den folgenden Abschnitten werden die wichtigsten Konzepte und praktischen Implementierungsstrategien für die Anwendung dieser Muster in der Microservices-Architektur erläutert.
Schlüsselkonzepte in CQRS und Event Sourcing
Das Verständnis der Schlüsselkonzepte hinter CQRS (Command Query Responsibility Segregation) und Event Sourcing ist für die effektive Anwendung dieser Muster in einer Microservices-Architektur unerlässlich. Lassen Sie uns einige der Kernelemente der beiden Muster untersuchen:
Befehle und Abfragen
In CQRS stellen Befehle Operationen dar, die den Zustand des Systems verändern. Sie kapseln die Absicht, Daten zu ändern. Im Gegensatz zu traditionellen CRUD-Operationen konzentrieren sich Befehle auf die Geschäftslogik hinter einer bestimmten Aktion. Abfragen hingegen stellen Leseoperationen dar, mit denen Daten aus dem System abgerufen werden. Durch die Trennung dieser Operationen können Sie die Leistung, Skalierbarkeit und Wartungsfreundlichkeit jeder Art von Operation unabhängig voneinander optimieren.
Ereignisse
Ereignisse sind die Grundlage für Event Sourcing. Ein Ereignis stellt eine signifikante Änderung des Systemzustands dar und dient als Quelle der Wahrheit für Lese- und Schreibvorgänge. Ereignisse sind unveränderlich und sequenziell und erfassen die Historie von Geschäftseinheiten. Da Ereignisse die gesamte Zustandsentwicklung speichern, ermöglichen sie Auditing, Debugging und zeitliche Abfragefunktionen.
Ereignisspeicher
Der Ereignisspeicher ist ein spezielles Datenspeichersystem, das für die sequentielle Speicherung von Ereignissen konzipiert ist. Seine Hauptaufgabe besteht darin, die Ereignishistorie aufrechtzuerhalten, damit der Zustand von Geschäftseinheiten bei Bedarf wiederhergestellt werden kann. Dieser Persistenzmechanismus unterscheidet sich von herkömmlichen CRUD-basierten Speichersystemen, bei denen die Daten ständig aktualisiert werden und frühere Zustände verloren gehen.
Aggregate
Aggregate sind Geschäftseinheiten, die ihren internen Zustand kapseln und schützen. Sie dienen als Konsistenzgrenzen und stellen sicher, dass Operationen auf ihnen die Geschäftsregeln und Invarianten des Systems einhalten. Aggregate bestehen aus einem oder mehreren Domänenobjekten, wobei ein einziges Stammobjekt als Einstiegspunkt für alle externen Interaktionen dient.
Projektionen
Projektionen sind Lesemodelle, die aus dem Ereignisspeicher für abfragespezifische Zwecke erstellt werden. Sie verarbeiten den Strom von Ereignissen und wandeln die Daten in eine Struktur um, die für das Lesen optimiert ist, um die Abfrageleistung zu verbessern. Projektionen können mit dem Ereignisspeicher über Event-Handler synchronisiert werden, die auf bestimmte Ereignisse warten und die entsprechenden Lesemodelle entsprechend aktualisieren.
Ereignis-Handler
Event-Handler sind Funktionen oder Komponenten, die auf Ereignisse warten und darauf reagieren. Sie sind für die Verwaltung der Nebeneffekte von zustandsändernden Operationen verantwortlich. In CQRS und Event Sourcing sorgen Event-Handler für die Konsistenz zwischen den Schreiboperationen (Befehle) und den Leseoperationen (Projektionen).
Implementierung von CQRS und Event Sourcing in Microservices
Die Anwendung von CQRS- und Event-Sourcing-Mustern in einer Microservices-Architektur kann die Systemleistung optimieren, die Datenkonsistenz verbessern und erweiterte Funktionen wie zeitliche Abfragen ermöglichen. Hier sind einige Schritte zur Implementierung von CQRS und Event Sourcing in Microservices:
Domänen mit Aggregaten modellieren
Identifizieren Sie die Grenzen und Beziehungen zwischen den Domänenobjekten Ihres Systems und gruppieren Sie sie mithilfe von Aggregaten. Legen Sie klare Konsistenzregeln und Invarianten für jedes Aggregat fest, um sicherzustellen, dass die Geschäftslogik gekapselt ist und eingehalten wird. Die Befolgung der Prinzipien des Domain-Driven Design (DDD) kann Ihnen helfen, die Kontextgrenzen und Designmodelle für Ihre Microservices zu definieren.
Entwurf von Befehls- und Ereignishandlern
Erstellen Sie Befehlshandler, um Befehle zu akzeptieren und zu validieren, die Änderungen auf das Zielaggregat anzuwenden und entsprechende Ereignisse zu erzeugen. Event-Handler sollten auf bestimmte Ereignisse warten, entsprechend reagieren und die zugehörigen Lesemodelle (Projektionen) bei Bedarf aktualisieren.
Entscheiden Sie sich für Konsistenzmodelle
Wählen Sie geeignete Konsistenzmodelle für Ihre Microservices. CQRS und Event Sourcing ermöglichen verschiedene Konsistenzstufen, von starker Konsistenz bis hin zu eventueller Konsistenz. Je nach den Anforderungen Ihrer Anwendung müssen Sie unter Umständen Kompromisse zwischen Konsistenz, Leistung und Verfügbarkeit eingehen.
Implementierung des Ereignisspeichers und der Projektionen
Entwickeln Sie den Ereignisspeicher, um die Ereignishistorie aufzubewahren, so dass Sie den Zustand der Aggregate bei Bedarf rekonstruieren können. Erstellen Sie Projektionen, die für die Abfrage bestimmter Datenstrukturen optimiert sind. Stellen Sie sicher, dass die Ereignisse verarbeitet und mit dem Ereignisspeicher synchronisiert werden, indem Sie Event-Handler verwenden.
Integration mit anderen Microservices und Systemen
Implementieren Sie APIs und Kommunikationsmechanismen, um Interaktionen zwischen Microservices sowie mit externen Systemen zu ermöglichen. Erwägen Sie den Einsatz von Message Brokern und API-Gateways, um diese Integrationen effizient zu verwalten und ereignisgesteuerte Architekturen zu unterstützen.
Überwindung von Herausforderungen und Fallstricken
Die Implementierung von CQRS und Event Sourcing in Microservices kann einige Herausforderungen mit sich bringen. Wenn Sie diese Probleme frühzeitig angehen, können Sie einen reibungslosen Implementierungsprozess sicherstellen:
Verwaltung möglicher Konsistenz
Eventuelle Konsistenz kann für Entwickler, die an stark konsistente Systeme gewöhnt sind, eine Herausforderung darstellen, da sie eine Änderung der Denkweise erfordert. Eventuelle Konsistenz bietet jedoch viele Vorteile in Bezug auf Leistung, Skalierbarkeit und Verfügbarkeit. Es ist wichtig, diese Herausforderungen zu meistern, indem man geeignete Mechanismen entwickelt, wie z. B. kompensierende Aktionen, asynchrone Verarbeitung und Überwachung.
Umgang mit der Komplexität verteilter Systeme
Die Arbeit mit verteilten Systemen, wie z. B. Microservices, erhöht die Komplexität, insbesondere bei der Koordinierung von Vorgängen über mehrere Dienste hinweg. Der Einsatz von Techniken wie idempotenten Befehlen, verteilten Transaktionen oder Sagas kann dazu beitragen, diese Komplexität zu überwinden und die Konsistenz zwischen Ihren Diensten zu gewährleisten.
Datenversionierung und Schemaentwicklung
Event Sourcing erfordert den Umgang mit verschiedenen Versionen von Ereignissen und Schemaänderungen. Die Implementierung geeigneter Versionsstrategien für Ereignisse und Projektionen, kombiniert mit Mustern wie Snapshotting oder Upcasting, kann helfen, diese Herausforderungen effektiv zu bewältigen.
Schulung und Änderung der Denkweise von Entwicklern
Entwickler sind häufig an CRUD-basierte Ansätze gewöhnt, so dass der Übergang zu einer ereignisgesteuerten Architektur mit CQRS und Event Sourcing eine erhebliche Umstellung darstellen kann. Ausreichende Schulungen und Unterstützung, die Förderung einer Kultur des Experimentierens und Lernens sowie die Erleichterung des Einführungsprozesses durch Tools und Frameworks können zu einem erfolgreichen Übergang beitragen.
Die Kombination von CQRS und Event Sourcing mit einer Microservices-Architektur kann die Systemleistung, Flexibilität und Konsistenz verbessern. Entwicklungsteams können leistungsstarke und skalierbare Anwendungen erstellen, die ihren individuellen Geschäftsanforderungen entsprechen, wenn sie die Schlüsselkonzepte verstehen und die damit verbundenen Herausforderungen meistern. Der Einsatz von No-Code-Plattformen wie AppMaster kann die Implementierung von CQRS und Event Sourcing weiter rationalisieren und bietet eine effiziente und kostengünstige Möglichkeit, komplexe Anwendungen zu entwickeln und zu verwalten.
AppMaster Plattform und CQRS-Implementierung
Die AppMaster Plattform ist eine leistungsstarke Lösung ( no-code), mit der Benutzer Backend-, Web- und mobile Anwendungen effizient erstellen können. Mit einer integrierten Entwicklungsumgebung (IDE) und einem visuellen BP-Designer können Entwickler schnell Datenmodelle definieren, Geschäftslogik implementieren, API endpoints generieren und Frontend-Schnittstellen entwerfen. Der umfassende Charakter der Plattform ermöglicht eine nahtlose Kombination von Unternehmensentwicklungsstrategien, wie die Implementierung von CQRS und Event Sourcing innerhalb einer Microservices-Architektur.
Bei der Arbeit mit CQRS- und Event-Sourcing-Mustern unterstützt die AppMaster Plattform die Entwickler auf verschiedene Weise:
- Domänenmodellierung mit Aggregaten: Der visuelle Datenmodell-Designer der Plattform ermöglicht es Entwicklern, Domänenentitäten und Aggregate einfach zu modellieren und dient als Grundlage für eine ereignisgesteuerte Architektur.
- Befehlshandler und Ereignishandler: Mit dem Business Process Designer können Sie visuell Befehlshandler für die Verarbeitung von Befehlen und Ereignishandler für die Erzeugung und Verarbeitung von Ereignissen erstellen und so die Implementierung von ereignisgesteuerten Mustern rationalisieren.
- Ereignisspeicher: Obwohl kein integrierter Ereignisspeicher vorhanden ist, generiert die Plattform REST API und WSS Endpunkte, die die Integration von Ereignisspeichern erleichtern. Entwickler können einen Ereignisspeicher auswählen, der ihren Anforderungen entspricht, und über diese endpoints mit ihm kommunizieren.
- Projektionen: Mit dem Visual BP Designer können Sie benutzerdefinierte Projektionen entwerfen und implementieren, um Lesemodelle aus dem Ereignisspeicher zu erstellen. Andere Komponenten oder Microservices können diese Lesemodelle innerhalb des Systems nutzen.
- Skalierbarkeit: Da AppMaster Anwendungen mit Go (golang) generiert werden, sind sie zustandslos, kompiliert und bieten eine hervorragende Skalierbarkeit für Unternehmens- und Hochlastanwendungen. Diese Skalierbarkeit ist wichtig, wenn Muster wie CQRS und Event Sourcing implementiert werden, die auf getrennten Lese- und Schreibmodellen basieren, um die Systemleistung zu optimieren.
- Quellcodegenerierung und -bereitstellung: Wenn Kunden auf die Schaltfläche "Veröffentlichen" klicken, generiert die Plattform den Quellcode für die Anwendungen, kompiliert sie, führt Tests durch und stellt sie als Docker-Container bereit. Dieser gestraffte Prozess reduziert den Zeitaufwand für Entwicklung, Tests und Bereitstellung und gibt Entwicklern mehr Zeit, sich auf die Implementierung von Architekturmustern wie CQRS und Event Sourcing in Microservices zu konzentrieren.
Dank ihrer leistungsstarken Funktionen für die Entwicklung von Backend-Anwendungen ermöglicht die AppMaster Plattform Entwicklern, die Vorteile von CQRS und Event Sourcing innerhalb der Microservices-Architektur zu nutzen, was zu einer verbesserten Leistung, Skalierbarkeit und Flexibilität führt.
Die Implementierung von CQRS und Event Sourcing in einer Microservices-Architektur kann die Gesamtleistung und Skalierbarkeit Ihres Systems erheblich verbessern und gleichzeitig die Datenkonsistenz aufrechterhalten und erweiterte Funktionen unterstützen. Die Umsetzung dieser Muster erfordert ein tiefes Verständnis ihrer Schlüsselkonzepte und effektive Implementierungsstrategien. Die Verwendung leistungsstarker, umfassender und integrierter Entwicklungslösungen wie der AppMaster Plattform kann den Implementierungsprozess erheblich rationalisieren und Entwickler in die Lage versetzen, zuverlässige, leistungsfähige und kostengünstige Anwendungen zu erstellen.
