Construir sistemas distribuidos a gran escala es todo un reto, sobre todo cuando se trata de garantizar el rendimiento, la escalabilidad y la coherencia. Dos patrones arquitectónicos populares, Command Query Responsibility Segregation (CQRS) y Event Sourcing, ofrecen soluciones a estos retos desacoplando las operaciones de lectura y escritura y preservando el estado de las entidades de negocio como una serie de eventos.
CQRS es un patrón arquitectónico que separa las operaciones de comando (escritura) y consulta (lectura) en modelos independientes. Este enfoque permite un mejor rendimiento, escalabilidad y flexibilidad, ya que las operaciones de lectura y escritura pueden optimizarse por separado para evitar la contención y los cuellos de botella.
Por otro lado, el Event Sourcing es un patrón de diseño que guarda el estado de una entidad de negocio como un conjunto secuencial de eventos de cambio de estado. De este modo, se puede derivar el estado actual de un objeto a partir de su historial de eventos, lo que ayuda a proporcionar una pista de auditoría fiable, permitir consultas temporales y admitir arquitecturas basadas en eventos.
CQRS y Event Sourcing se utilizan a menudo juntos, ya que son complementarios y sinérgicos. La combinación de estos patrones puede aportar aún más beneficios, especialmente cuando se aplican a la arquitectura de microservicios, que exploraremos en las siguientes secciones.
Entendiendo la arquitectura de microservicios
La arquitectura de microservicios es un enfoque de desarrollo de software que estructura una aplicación como una colección de servicios independientes y poco acoplados. Cada servicio está diseñado para realizar una función específica, como la autenticación de usuarios o el procesamiento de pedidos. Los microservicios se comunican entre sí mediante API para colaborar y cumplir los requisitos empresariales.
Algunas características clave de la arquitectura de microservicios son:
- Servicios pequeños y centrados con una única responsabilidad
- Acoplamiento suelto y fuerte cohesión entre servicios
- Despliegue y escalado independientes de los servicios
- Comunicación entre servicios basada en API
- Soporte para persistencia políglota y varias soluciones de almacenamiento de datos
Cuando se diseña e implementa adecuadamente, la arquitectura de microservicios ofrece múltiples ventajas, como ciclos de desarrollo más rápidos, mejor aislamiento de fallos y mayor escalabilidad. Sin embargo, uno de los retos a los que se enfrenta la arquitectura de microservicios es la coherencia de los datos y la optimización del rendimiento, especialmente en sistemas distribuidos. CQRS y Event Sourcing ayudan a mejorar la estructura general y el rendimiento de los microservicios.
¿Por qué combinar CQRS y Event Sourcing con microservicios?
Al combinar CQRS y Event Sourcing con microservicios, los desarrolladores pueden hacer frente a muchos retos inherentes a los sistemas distribuidos, como la coherencia de los datos y la optimización del rendimiento. Esta combinación también permite una serie de características avanzadas, como la consulta temporal y la tolerancia a fallos. He aquí algunas razones por las que resulta ventajoso combinar CQRS y Event Sourcing con microservicios:
- Rendimiento optimizado del sistema: La separación de los modelos de comandos y consultas en CQRS permite una optimización detallada de las operaciones de lectura y escritura. Puede mejorar el rendimiento y el uso de recursos aplicando diferentes estrategias de escalado a los lados de comandos y consultas.
- Mejora de la coherencia de los datos: Event Sourcing ayuda a mantener la coherencia en los sistemas distribuidos mediante la captura de los cambios de estado de las entidades de negocio como una secuencia de eventos. Esto garantiza una pista de auditoría fiable y permite a los sistemas reconstruir el estado actual a partir del historial de eventos.
- Capacidades de prueba mejoradas: El desacoplamiento de comandos y consultas en CQRS simplifica las pruebas unitarias y de integración de microservicios. Además, Event Sourcing proporciona un registro basado en eventos de las operaciones del sistema, lo que permite realizar pruebas fiables de las interacciones entre servicios.
- Compatibilidad con funciones avanzadas: La combinación de CQRS y Event Sourcing abre posibilidades para funciones avanzadas como la consulta temporal, las arquitecturas basadas en eventos y la tolerancia a fallos. También facilita la implementación de capacidades de análisis y transmisión de eventos.
- Integración más sencilla con otros sistemas: Al modelar el estado de las entidades empresariales como una serie de eventos, puede admitir una variedad de patrones de integración y sincronizar los cambios de estado en varios sistemas de forma más eficaz.
La integración de CQRS y Event Sourcing en microservicios ofrece numerosas ventajas en términos de rendimiento, coherencia y compatibilidad con funciones avanzadas. Las siguientes secciones profundizarán en conceptos clave y estrategias prácticas de implementación para aplicar estos patrones en la arquitectura de microservicios.
Conceptos clave de CQRS y Event Sourcing
Entender los conceptos clave detrás de CQRS (Command Query Responsibility Segregation) y Event Sourcing es esencial para aplicar eficazmente estos patrones en una arquitectura de microservicios. Exploremos algunos de los elementos centrales de ambos patrones:
Comandos y consultas
En CQRS, los comandos representan operaciones que cambian el estado del sistema. Encapsulan la intención de alterar los datos. A diferencia de las operaciones CRUD tradicionales, los comandos se centran en la lógica de negocio detrás de una acción específica. Las consultas, sin embargo, representan operaciones de lectura que recuperan datos del sistema. Al segregar estas operaciones, puede optimizar el rendimiento, la escalabilidad y la capacidad de mantenimiento de cada tipo de operación de forma independiente.
Eventos
Los eventos son fundamentales para el Event Sourcing. Un evento representa un cambio significativo en el estado del sistema y actúa como fuente de verdad para las operaciones de lectura y escritura. Los eventos son inmutables y secuenciales, y capturan la historia de las entidades de negocio. Dado que los eventos almacenan la evolución completa del estado, permiten funciones de auditoría, depuración y consulta temporal.
Almacén de eventos
El almacén de eventos es un sistema especializado de almacenamiento de datos diseñado para persistir eventos secuencialmente. Su función principal es mantener el historial de eventos, lo que permite reconstruir el estado de las entidades de negocio siempre que sea necesario. Este mecanismo de persistencia difiere de los sistemas de almacenamiento tradicionales basados en CRUD, en los que los datos se actualizan continuamente y los estados anteriores se pierden.
Agregados
Los agregados son entidades de negocio que encapsulan y protegen su estado interno. Sirven como límites de consistencia, asegurando que las operaciones sobre ellos mantienen las reglas de negocio e invariantes del sistema. Los agregados constan de uno o varios objetos de dominio, con un único objeto raíz que sirve de punto de entrada para todas las interacciones externas.
Proyecciones
Las proyecciones son modelos de lectura construidos a partir del almacén de eventos con fines específicos de consulta. Procesan el flujo de eventos y transforman los datos en una estructura optimizada para la lectura, mejorando el rendimiento de la consulta. Las proyecciones pueden mantenerse sincronizadas con el almacén de eventos a través de manejadores de eventos, que escuchan eventos específicos y actualizan los modelos de lectura relacionados en consecuencia.
Controladores de eventos
Los manejadores de eventos son funciones o componentes que escuchan y reaccionan ante los eventos. Se encargan de gestionar los efectos secundarios de las operaciones de cambio de estado. En CQRS y Event Sourcing, los manejadores de eventos mantienen la consistencia entre las operaciones de escritura (comandos) y las operaciones de lectura (proyecciones).
Implementación de CQRS y Event Sourcing en Microservicios
La aplicación de los patrones CQRS y Event Sourcing en la arquitectura de microservicios puede optimizar el rendimiento del sistema, mejorar la coherencia de los datos y habilitar funciones avanzadas como la consulta temporal. Estos son algunos pasos para implementar CQRS y Event Sourcing en microservicios:
Modelar dominios utilizando agregados
Identifique los límites y las relaciones entre los objetos de dominio de su sistema y agrúpelos utilizando agregados. Establezca reglas de coherencia e invariantes claras para cada agregado con el fin de garantizar que la lógica empresarial se encapsula y se cumple. Seguir los principios del Diseño Orientado al Dominio (DDD) puede ayudar a definir los límites del contexto y los modelos de diseño para sus microservicios.
Diseñar controladores de comandos y eventos
Cree manejadores de comandos para aceptar y validar comandos, aplicar los cambios al agregado de destino y generar los eventos correspondientes. Los manejadores de eventos deben escuchar eventos específicos, reaccionar en consecuencia y actualizar los modelos de lectura relacionados (proyecciones) cuando sea necesario.
Decidir los modelos de coherencia
Elija los modelos de consistencia adecuados para sus microservicios. CQRS y Event Sourcing permiten varios niveles de consistencia, desde la consistencia fuerte hasta la consistencia eventual. Dependiendo de los requisitos de tu aplicación, puede que tengas que hacer concesiones entre consistencia, rendimiento y disponibilidad.
Implementar el almacén de eventos y proyecciones
Desarrolle el almacén de eventos para conservar el historial de eventos, lo que le permitirá reconstruir el estado de los agregados cuando sea necesario. Cree proyecciones optimizadas para consultar estructuras de datos específicas. Asegúrese de que los eventos se procesan y se mantienen sincronizados con el almacén de eventos mediante manejadores de eventos.
Integrarse con otros microservicios y sistemas
Implemente API y mecanismos de comunicación para permitir las interacciones entre microservicios, así como con sistemas externos. Considere el uso de intermediarios de mensajes y pasarelas de API para gestionar estas integraciones de forma eficiente y admitir arquitecturas basadas en eventos.
Superar retos y dificultades
La implementación de CQRS y Event Sourcing en microservicios puede presentar algunos desafíos. Abordar estos problemas desde el principio puede ayudar a garantizar un proceso de implementación sin problemas:
Gestión de la consistencia eventual
La consistencia eventual puede ser difícil de manejar para los desarrolladores acostumbrados a sistemas fuertemente consistentes, ya que requiere un cambio de mentalidad. Sin embargo, la consistencia eventual ofrece muchas ventajas en cuanto a rendimiento, escalabilidad y disponibilidad. Es esencial hacer frente a estos retos mediante la creación de mecanismos adecuados, como acciones compensatorias, procesamiento asíncrono y supervisión.
Gestión de la complejidad de los sistemas distribuidos
Trabajar con sistemas distribuidos, como los microservicios, añade complejidad, especialmente cuando se coordinan operaciones entre varios servicios. El uso de técnicas como comandos idempotentes, transacciones distribuidas o sagas puede ayudar a superar estas complejidades, garantizando la coherencia entre los servicios.
Versiones de datos y evolución de esquemas
El aprovisionamiento de eventos requiere tratar con diferentes versiones de eventos y cambios de esquema. Implementar estrategias de versionado adecuadas para eventos y proyecciones, combinándolas con patrones como snapshotting o upcasting, puede ayudar a gestionar estos retos de forma eficaz.
Formación y cambio de mentalidad de los desarrolladores
Los desarrolladores suelen estar acostumbrados a enfoques basados en CRUD, por lo que la transición a una arquitectura basada en eventos con CQRS y Event Sourcing puede suponer un cambio significativo. Proporcionar formación y apoyo suficientes, promover una cultura de experimentación y aprendizaje y facilitar el proceso de adopción con herramientas y marcos de trabajo puede ayudar a garantizar una transición satisfactoria.
La combinación de CQRS y Event Sourcing con la arquitectura de microservicios puede mejorar el rendimiento, la flexibilidad y la coherencia del sistema. Los equipos de desarrollo pueden crear aplicaciones potentes y escalables que satisfagan sus requisitos empresariales únicos mediante la comprensión de los conceptos clave y la superación de los retos asociados. La adopción de plataformas sin código como AppMaster puede agilizar aún más la implementación de CQRS y Event Sourcing, ofreciendo una forma eficiente y rentable de desarrollar y gestionar aplicaciones complejas.
AppMaster Plataforma e implantación de CQRS
La plataforma AppMaster es una potente solución no-code que permite a los usuarios crear aplicaciones backend, web y móviles de forma eficiente. Al ofrecer un entorno de desarrollo integrado (IDE) con un diseñador visual de BP, los desarrolladores pueden definir rápidamente modelos de datos, implementar la lógica empresarial, generar API endpoints, y redactar interfaces frontend. La naturaleza integral de la plataforma facilita una combinación perfecta de estrategias de desarrollo empresarial, como la implementación de CQRS y Event Sourcing dentro de la arquitectura de microservicios.
Cuando se trabaja con patrones CQRS y Event Sourcing, la plataforma AppMaster ayuda a los desarrolladores de varias maneras:
- Modelado de dominios con agregados: El diseñador visual de modelos de datos de la plataforma permite a los desarrolladores modelar entidades de dominio y agregados fácilmente, sirviendo como base para la arquitectura dirigida por eventos.
- Manejadores de comandos y manejadores de eventos: Con el diseñador de procesos de negocio, puede crear visualmente manejadores de comandos para procesar comandos y manejadores de eventos para producir y manejar eventos, agilizando la implementación de patrones dirigidos por eventos.
- Almacén de eventos: Aunque no proporciona un almacén de eventos integrado, la plataforma genera REST API y WSS Endpoints que facilitan la integración del almacén de eventos. Los desarrolladores pueden elegir un almacén de eventos que cumpla sus requisitos y comunicarse con él a través de estos endpoints.
- Proyecciones: Mediante el Diseñador Visual BP, se pueden diseñar e implementar proyecciones personalizadas para construir modelos de lectura desde el almacén de eventos. Otros componentes o microservicios pueden aprovechar estos modelos de lectura dentro del sistema.
- Escalabilidad: Dado que las aplicaciones de AppMaster se generan con Go (golang), no tienen estado, se compilan y pueden ofrecer una excelente escalabilidad para casos de uso empresariales y de alta carga. Esta escalabilidad es esencial cuando se implementan patrones como CQRS y Event Sourcing que se basan en modelos de lectura y escritura separados para optimizar el rendimiento del sistema.
- Generación y despliegue de código fuente: Cuando los clientes pulsan el botón "Publicar", la plataforma genera el código fuente de las aplicaciones, las compila, ejecuta pruebas y las despliega como contenedores Docker. Este proceso racionalizado reduce el tiempo necesario para el desarrollo, las pruebas y el despliegue, dando a los desarrolladores más tiempo para centrarse en la implementación de patrones arquitectónicos, como CQRS y Event Sourcing en microservicios.
Gracias a sus potentes funcionalidades para el desarrollo de aplicaciones backend, la plataforma AppMaster permite a los desarrolladores aprovechar las ventajas de CQRS y Event Sourcing dentro de la arquitectura de microservicios, lo que se traduce en un mayor rendimiento, escalabilidad y flexibilidad.
La implementación de CQRS y Event Sourcing en la arquitectura de microservicios puede mejorar significativamente el rendimiento general y la escalabilidad de su sistema, al tiempo que mantiene la coherencia de los datos y admite funciones avanzadas. Adoptar estos patrones requiere una comprensión profunda de sus conceptos clave y estrategias de implementación eficaces. El uso de soluciones de desarrollo potentes, completas e integradas como la plataforma AppMaster puede agilizar enormemente el proceso de implementación, permitiendo a los desarrolladores crear aplicaciones fiables, eficaces y rentables.
