如何在 .NET Core 中实现 CQRS（命令查询职责分离）模式：全面讲解与实战代码

合集 - net core(6)
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5.如何在 .NET Core 中实现 CQRS（命令查询职责分离）模式：全面讲解与实战代码
6.在 .NET Core 中实现缓存端模式：使用 Redis 提升性能
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命令查询职责分离（CQRS，Command Query Responsibility Segregation）是一种架构模式，它将系统中的写操作（即修改数据的命令操作）与读操作（即查询数据的操作）分离开来。CQRS 模式能够提升系统的可伸缩性、性能和可维护性，尤其适用于复杂的业务场景和高并发的系统。在传统的 CRUD（增、删、改、查）架构中，读写操作通常共享同一数据模型，而 CQRS 将这两者彻底分开，让它们有独立的模型、接口和存储方式。

本文将深入探讨 CQRS 的概念、优缺点，并通过一个基于 .NET Core 的代码示例，详细讲解如何实现 CQRS。

一、CQRS 概述

CQRS 的核心思想是将 命令（修改数据）和 查询（读取数据）的职责进行分离，从而实现更加高效的性能优化和可扩展性。在传统架构中，写操作和读操作往往是通过同一个数据模型和存储进行处理的，但在 CQRS 中，写和读的模型和接口是独立的，这样可以针对读操作和写操作分别进行优化，达到更高的性能和灵活性。

1.1 CQRS 的基本原理

  • 命令（Command）：表示对系统状态进行改变的请求（如创建、更新、删除）。它不应该返回任何数据，而是通过影响系统的状态来改变数据。命令一般通过命令处理器（Command Handler）进行处理。

  • 查询（Query）：表示请求从系统中读取数据。查询操作不会改变系统的状态，它只会从数据库或缓存中获取数据。查询处理器（Query Handler）负责执行查询操作。

1.2 CQRS 的工作方式

CQRS 将应用的读和写操作分离成不同的模型，这意味着：

  • 命令模型：专注于处理“写”操作（如新增、更新、删除数据），并确保数据的一致性和有效性。
  • 查询模型：专注于处理“读”操作，优化数据查询的性能，可能会采用不同的存储结构或缓存策略。

1.3 典型应用场景

CQRS 适用于以下几种场景：

  • 高并发系统：读请求远多于写请求，如电商网站、社交网络等。
  • 复杂业务规则：当写操作的业务逻辑非常复杂时，可以将写操作独立出来，确保维护性和灵活性。
  • 性能优化：CQRS 可以针对读取操作进行优化，例如使用缓存、NoSQL 数据库等来提升查询性能。

二、CQRS 的优势与挑战

2.1 优势

  1. 提高可伸缩性：

    • 由于读写操作分开，可以单独对查询和命令进行扩展。如果查询请求量比写请求量大，可以单独扩展查询服务，提高系统的响应能力。

  2. 查询优化：

    • 查询模型可以专门针对读取操作进行优化。例如，可以使用不同的数据存储方案（如 NoSQL 数据库、全文搜索引擎等）来提高查询效率。
    • 还可以使用缓存来减少对数据库的频繁访问，从而提高性能。

  3. 解耦与清晰的职责：

    • 读写操作被分开，每个模型和服务都有单一的职责。这使得代码的维护性更强，理解和扩展变得更加容易。

  4. 灵活的数据库选择：

    • 写操作和读操作可以分别使用不同的存储技术。例如，写操作可以使用关系型数据库（如 SQL Server），而查询操作则可以使用 NoSQL 数据库（如 MongoDB、Cassandra）或搜索引擎（如 Elasticsearch）。

  5. 支持最终一致性：

    • CQRS 模式特别适合与事件溯源（Event Sourcing）一起使用，可以通过事件追溯系统的状态变化，确保数据的一致性。

2.2 挑战

  1. 系统复杂度增加：

    • CQRS 使得系统设计和实现的复杂度提高。读写模型的分离、数据同步、事件处理等都需要额外的开发和维护工作。

  2. 数据一致性问题：

    • 由于读写操作使用不同的模型和存储，可能会出现短期内的数据不一致性。通常需要通过异步机制（如消息队列、事件溯源）来保证最终一致性。

  3. 开发和维护成本：

    • 实现 CQRS 需要更细粒度的控制和更多的代码，包括命令处理器、查询处理器、多个数据存储的管理等，导致开发和维护成本增加。

三、如何在 .NET Core 中实现 CQRS

在本节中，我们将通过一个简单的博客系统的例子，演示如何使用 .NET Core 实现 CQRS。

3.1 项目结构

假设我们的博客系统需要支持以下功能：

  • 创建博客文章（命令操作）。
  • 获取单篇博客文章（查询操作）。
  • 获取所有博客文章（查询操作）。

项目结构如下：

CQRSExample/
├── Application/
│   ├── Commands/
│   │   ├── CreatePostCommand.cs
│   │   └── CreatePostCommandHandler.cs
│   ├── Queries/
│   │   ├── GetPostQuery.cs
│   │   ├── GetAllPostsQuery.cs
│   │   └── GetPostQueryHandler.cs
│   │   └── GetAllPostsQueryHandler.cs
├── Domain/
│   └── Post.cs
├── Infrastructure/
│   └── PostRepository.cs
├── Web/
│   └── Controllers/
│       └── PostsController.cs
└── CQRSExample.sln

3.2 代码实现

3.2.1 命令部分（Command）

我们首先定义一个命令 CreatePostCommand，它封装了创建博客文章所需的数据：

namespace CQRSExample.Application.Commands
{
    public class CreatePostCommand
    {
        public string Title { get; }
        public string Content { get; }

        public CreatePostCommand(string title, string content)
        {
            Title = title;
            Content = content;
        }
    }
}

命令处理器 CreatePostCommandHandler 负责处理这个命令，并将其持久化到数据库：

using System.Threading.Tasks;
using CQRSExample.Application.Interfaces;
using CQRSExample.Domain;

namespace CQRSExample.Application.Commands
{
    public class CreatePostCommandHandler
    {
        private readonly IPostRepository _postRepository;

        public CreatePostCommandHandler(IPostRepository postRepository)
        {
            _postRepository = postRepository;
        }

        public async Task Handle(CreatePostCommand command)
        {
            var post = new Post(command.Title, command.Content);
            await _postRepository.AddAsync(post);
        }
    }
}
3.2.2 查询部分（Query）

查询模型 GetPostQuery 和 GetAllPostsQuery 分别表示查询单个文章和所有文章的请求：

namespace CQRSExample.Application.Queries
{
    public class GetPostQuery
    {
        public int Id { get; }

        public GetPostQuery(int id)
        {
            Id = id;
        }
    }

    public class GetAllPostsQuery { }
}

查询处理器分别处理获取单个文章和所有文章的请求：

using System.Threading.Tasks;
using CQRSExample.Application.Interfaces;
using CQRSExample.Domain;

namespace CQRSExample.Application.Queries
{
    public class GetPostQueryHandler
    {
        private readonly IPostRepository _postRepository;

        public GetPostQueryHandler(IPostRepository postRepository)
        {
            _postRepository = postRepository;
        }

        public async Task<Post> Handle(GetPostQuery query)
        {
            return await _postRepository.GetByIdAsync(query.Id);
        }
    }

    public class GetAllPostsQueryHandler
    {
        private readonly IPostRepository _postRepository;

        public GetAllPostsQueryHandler(IPostRepository postRepository)
        {
            _postRepository = postRepository;
        }

        public async Task<List<Post>> Handle(GetAllPostsQuery query)
        {
            return await _postRepository.GetAllAsync();
        }
    }
}
3.2.3 基础设施层（Infrastructure）

PostRepository 类实现了 IPostRepository 接口，负责从数据源（在本例中是内存）获取数据：

using System.Collections.Generic;
using System.Threading.Tasks;
using CQRSExample.Application.Interfaces;
using CQRSExample.Domain;

namespace CQRSExample.Infrastructure
{
    public class PostRepository : IPostRepository
    {
        private static readonly List<Post> Posts = new List<Post>();

        public async Task AddAsync(Post post)
        {
            Posts.Add(post);
            await Task.CompletedTask;
        }

        public async Task<Post> GetByIdAsync(int id)

{ return await Task.FromResult(Posts.Find(p => p.Id == id)); }

    public async Task<List<Post>> GetAllAsync()
    {
        return await Task.FromResult(Posts);
    }
}

}


##### 3.2.4 **Web 层（Controller）**

`PostsController` 处理 HTTP 请求，并将请求分派到相应的命令和查询处理器：

```csharp
using Microsoft.AspNetCore.Mvc;
using CQRSExample.Application.Commands;
using CQRSExample.Application.Queries;

namespace CQRSExample.Web.Controllers
{
    [ApiController]
    [Route("api/[controller]")]
    public class PostsController : ControllerBase
    {
        private readonly CreatePostCommandHandler _createPostHandler;
        private readonly GetPostQueryHandler _getPostHandler;
        private readonly GetAllPostsQueryHandler _getAllPostsHandler;

        public PostsController(
            CreatePostCommandHandler createPostHandler,
            GetPostQueryHandler getPostHandler,
            GetAllPostsQueryHandler getAllPostsHandler)
        {
            _createPostHandler = createPostHandler;
            _getPostHandler = getPostHandler;
            _getAllPostsHandler = getAllPostsHandler;
        }

        [HttpPost]
        public async Task<IActionResult> Create([FromBody] CreatePostCommand command)
        {
            await _createPostHandler.Handle(command);
            return Ok();
        }

        [HttpGet("{id}")]
        public async Task<IActionResult> Get(int id)
        {
            var post = await _getPostHandler.Handle(new GetPostQuery(id));
            return Ok(post);
        }

        [HttpGet]
        public async Task<IActionResult> GetAll()
        {
            var posts = await _getAllPostsHandler.Handle(new GetAllPostsQuery());
            return Ok(posts);
        }
    }
}

四、总结

通过以上代码实现，我们展示了如何在 .NET Core 中使用 命令查询职责分离（CQRS）模式来优化系统的读写操作。通过将命令（写操作）和查询（读操作）分离，我们实现了：

  1. 独立的命令和查询模型，提升了灵活性和扩展性。
  2. 清晰的职责分离，确保代码更易于维护和测试。
  3. 性能优化，为读和写分别使用独立的处理方式，可以根据需求进行不同的优化。

CQRS 是一种强大的架构模式，特别适用于高并发、大规模系统和复杂的业务场景。

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