認知篇：CQRS架構模式的本質

京東雲開發者發表於2023-01-30
架構模式

作者：京東科技 倪新明

CQRS只是一種非常簡單的模式（pattern），CQRS本身並不是一種架構風格，和最終一致性/訊息/讀寫分離/事件溯源/DDD等沒有必然的聯絡，它最大優勢是給我們帶來更多的架構屬性選擇

1 CQRS 本質

1.1 CQS：命令和查詢分離

命令和查詢分離，Command and Query Segregation，其核心思想是在任何一個物件的方法可以劃分為兩類

•查詢：獲取資料，返回查詢資料，但不改變資料狀態

•命令：改變資料狀態，不返回任何資料

基於CQS的思想，任何一個方法都可以拆分為命令和查詢兩部分：

private int origin = 0;
private int add(int value)
{
    origin += value;
    return origin;
}

上述方法既改變了資料，又返回了資料狀態，如果按照CQS的思想，則該方法可以拆成Command和Query兩部分，如下：

private void add(int value)
{
    origin += value;
}
private int queryValue()
{
    return origin;
}

是否嚴格遵循上述約定存在爭議，對於命令側是否返回資料實際業務訴求中並不一定能夠完全統一。比如：

•"出棧" 操作同時改變棧狀態和返回資料

•某些業務場景下可能會有返回業務主鍵的訴求，比如下單操作返回訂單號

1.2 CQRS：命令和查詢職責分離

Command and Query Responsibility Segregation，即命令查詢職責分離，由Greg Young提出 。CQRS在CQS基礎之上，將分離的級別從程式碼方法級別擴充套件到物件級別。CQRS 模式的應用非常簡單，如下圖所示

假設我們的服務為 OrderService，在非CQRS模式下同時包含了查詢和更新服務介面：

public class OrderService {
   //  根據id查詢訂單
    Order getOrder(OrderId)
    // 查詢已支付訂單
    List<Order> getPayedOrders()
    // 下單
    void placeOrder(Order)
    // 取消訂單
    void cancelOrder(OrderId) 
}

應用CQRS模式之後的OrderService被拆分成了兩個介面，分別承擔查詢和寫職責：

/**
命令側服務
*/
public class OrderService {
    void placeOrder(PlaceOrderCommand command)
    void cancelOrder(CancelOrderCommand command)
}
/**
 查詢服務
*/
public class OrderQueryService{
    Order GetOrder(OrderId)
    List<Order> getPayedOrders()
}

以上這種簡單的分離就是CQRS模式的全部了，是不是非常簡單？確實，單純的看，CQRS的確就是這麼簡單。

CQRS最大優勢就是基於這種職責分離能帶給我們更多的架構屬性選擇。

•“查詢” 和 “命令” 兩側進行獨立部署以獲取更好的伸縮性

•“查詢” 和 “命令” 兩側獨立架構設計

•“查詢” 和 “命令”兩側進行獨立資料模型設計

基於CQRS，我們可以衍生出更多的架構屬性，結合實際的業務場景，進行差異化的架構設計。

團隊引入CQRS模式之後，往往不僅僅是簡單的在類的職責層面對讀寫進行分離，一般會採用更為複雜的應用架構風格，如下是典型的CQRS架構風格：

•命令側：命令側引入命令匯流排以支援對不同命令的靈活路由；突出領域模型的應用

•查詢側：引入查詢匯流排對查詢請求進行路由；請求鏈路一般直接連線到儲存層，實現不同的定製化查詢需求

2 CQRS迷思

2.1 資料模型是否要分離

CQRS強調命令和查詢的職責分離，但在底層的資料模型層面，CQRS並沒有進行強制限定，即採用CQRS模式並沒有要求必須要進行資料模型的分離。是否要進行模型分離開發人員需要具體情況具體分析。

•分離模型：查詢側和寫側模型不互相干擾，各自在應用層的實現複雜度比較低。但由於模型的分離，命令側和查詢側的資料一致性需要納入考慮範圍

•不分離：不需要考慮資料一致性問題，但由於查詢側和寫側對模型的訴求可能不一致，模型的設計往往需要折衷考慮。

2.2 CQRS 和 訊息模式

CQRS和訊息模式沒有必然聯絡，落地CQRS 並不一定需要使用訊息模式。

如果我們採用了CQRS模式，但是命令和查詢兩側底層所依賴的資料模型並未分離，而是基於共享的資料儲存和資料模型，命令和查詢之間不需要額外的互動，命令側的資料更新對查詢側實時可見。在這種架構模式下，兩側基於共享的資料已經天然的整合在一起，不需要額外機制進行通訊，自然也無需引入訊息了。如果我們採用CQRS模式，並且命令和查詢兩側進行了資料模型的分離，二者各自依賴獨立的資料模型。同時，資料儲存也分開部署。命令側負責資料的更新，而查詢側只負責資料的查詢，如何將資料的更新及時同步到查詢側是需要解決的問題。在這種架構模式下，使用訊息模式作為兩側的通訊機制是個不錯的選擇，當然，這並不是唯一的選項。

2.3 CQRS 和 ES（Event Sourcing, 事件溯源)

ES 並不是一個新的概念，在最早的金融系統中就已經應用。要了解ES，我們需要先看看傳統的資料儲存。在傳統應用中，資料庫例如MySQL（假設儲存介質是資料庫，）中儲存的始終是資料的最新的狀態。例如我們對某條使用者的資訊進行了多次的修改或編輯，然後儲存將資料儲存到資料庫中。無論何時，資料庫中都會記錄最後的、最新的使用者狀態。我們只要根據id或其他資訊查詢資料庫中相應的記錄就能獲取該使用者的最新資訊。這是應用中典型的資料儲存特點。

當然，我們可以基於特定的資料模型設計以儲存資料的更改記錄。

這種資料儲存模式的特點是簡單，不需要額外的維護複雜的設計，我們能夠非常容易的獲取最新的使用者資訊。但是不幸的是，我們丟失了歷史資訊，包括使用者的意圖資訊。而這些資訊則有助於我們進行資料回滾、使用者行為分析以及開發過程中的除錯等等。

在ES模式下，資料庫中儲存的不在是資料最新狀態，而是資料的變更記錄，更官方的說法是 “事件（Event）”。資料庫中儲存的資料變化的事件流。我們基於事件流可以對最新狀態進行重建，同時也可以便捷的重現任何歷史節點資料。ES需要解決大量事件的儲存和高效的例項重建問題，後續單獨的文章再介紹ES。

2.4 CQRS 和 Eventual Consistency（最終一致性）

最終一致性也常常在服務之間引入，最終一致性的目的是為了提高擴充套件性和可用性。

CQRS和最終一致性同樣沒有必然的聯絡。往往採用CQRS後，查詢和命令兩側會採用獨立的資料模型，在這種架構模式下，命令側的資料變化後及時同步到查詢側，兩側資料並非實時，在一定的延時後兩側資料最終達成一致。

3 結語

CQRS的最大優勢在於透過將命令和查詢的職責分離，為架構師提供了更多的架構屬性選擇，我們可以在查詢側和命令側進行獨立的架構設計。物件級別的職責分離就是CQRS的全部了，但在實踐中湧現出了很多更為靈活也更為複雜的架構風格，比如匯流排的引入、資料模型的分離、一致性報這個策略、事件溯源等等。額外的元件或技術的引入必然導致複雜性和成本上升，這些選型的採納需要團隊的權衡。

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