Akka 系列（八）：Akka persistence 設計理念之 CQRS

這一篇文章主要是講解Akka persistence的核心設計理念，也是CQRS（Command Query Responsibility Segregation）架構設計的典型應用，就讓咱們來看看爲何Akka persistence會採用CQRS架構設計。

CQRS

不少時候咱們在處理高併發的業務需求的時候，每每能把應用層的代碼優化的很好，好比緩存，限流，均衡負載等，可是很難避免的一個問題就是數據的持久化，以至數據庫的性能極可能就是系統性能的瓶頸，我前面的那篇文章也講到，若是咱們用數據庫去保證記錄的CRUD，在併發高的狀況下，讓數據庫執行這麼多的事務操做，會讓不少數據庫操做超時，鏈接池不夠用的狀況，致使大量請求失敗，系統的錯誤率上升和負載性能降低。

既然這樣，那咱們可不可借鑑一下讀寫分離的思想呢？假使寫操做和同操做分離，甚至是對不一樣數據表，數據庫操做，那麼咱們就能夠大大下降數據庫的瓶頸，使整個系統的性能大大提高。那麼CQRS究竟是作了什麼呢？

咱們先來看看普通的方式：

acid

咱們能夠看出，咱們對數據的請求都是經過相應的接口直接對數據庫進行操做，這在併發大的時候確定會對數據庫形成很大的壓力，雖然架構簡單，但在面對併發高的狀況下力不從心。

那麼CQRS的方式有什麼不一樣呢？咱們也來看看它的執行方式：

acid

乍得一看，彷佛跟普通的方式沒什麼不一樣啊，不就多了一個事件和存儲DB麼，其實否則，小小的改動即是核心理念的轉換，首先咱們能夠看到在CQRS架構中會多出一個Event，那它到底表明着什麼含義呢？其實看過上篇文章的同窗很容易理解，Event是咱們系統根據請求處理得出的一個領域模型，好比一個修改餘額操做事件，固然這個Event中只會保存關鍵性的數據。

不少同窗又有疑問了，這不跟普通的讀寫分離很像麼，難道還隱藏着什麼祕密？那咱們就來比較一下幾種方式的不一樣之處：

1.單數據庫模式

• 寫操做會產生互斥鎖，致使性能下降；
• 即便使用樂觀鎖，可是在大量寫操做的狀況下也會大量失敗；

2.讀寫分離

• 讀寫分離經過物理服務器增長，負荷增長；
• 讀寫分離更適用於讀操做大於寫操做的場景；
• 讀寫分離在面對大量寫操做的狀況下仍是很吃力；

3.CQRS

• 普通數據的持久化和Event持久化可使用同一臺數據庫；
• 利用架構設計可使讀和寫操做盡量的分離；
• 能支撐大量寫的操做狀況；
• 能夠支持數據異步持久，確保數據最終一致性；

從三種方式各自的特色能夠看出，單數據庫模式的在大量讀寫的狀況下有很大的性能瓶頸，但簡單的讀寫分離在面對大量寫操做的時候也仍是力不從心，好比最多見的庫存修改查詢場景：

common-action

咱們能夠發如今這種模式下寫數據庫的壓力還會很大，並且還有數據同步，數據延遲等問題。

那麼咱們用CQRS架構設計會是怎麼樣呢：

cqrs-action

首先咱們能夠業務模型進行分離，對不一樣的查詢進行分離，另外避免不了的同一區間數據段進行異步持久化，在保證數據一致性的狀況下提高系統的吞吐量。這種設計咱們不多會遇到事務競爭，另外還可使用內存數據庫（固然若是是內存操做那就最快）來提高數據的寫入。（以上的數據庫均可爲分佈式數據庫，不擔憂單機宕機）

那麼CRQS機制是怎麼保證數據的一致性的呢？

從上圖中咱們能夠看出，一個寫操做咱們會在系統進行初步處理後生成一個領域事件，好比a用戶購買了xx商品1件，b用戶購買了xx商品2件等，按照普通的方式咱們確定是直接將訂單操做，庫存修改操做一併放在一個事務內去操做數據庫，性能可想而知，而用CQRS的方式後，首先系統在持久化相應的領域事件後和修改內存中的庫存（這個處理很是迅速）後即可立刻向用戶作出反應，真正的具體信息持久能夠異步進行，固然如果當在具體信息持久化的過程當中出錯了怎麼辦，系統能恢復正確的數據麼，固然能夠，由於咱們的領域事件事件已經持久化成功了，在系統恢復的時候，咱們能夠根據領域事件來恢復真正的數據，固然爲了防止恢復數據是形成數據丟失，數據重複等問題咱們須要制定相應的原則，好比給領域事件分配相應id等。

使用CQRS會帶來性能上的提高，固然它也有它的弊端：

• 使系統變得更復雜，作一些額外的設計；
• CQRS保證的是最終一致性，有可能只適用於特定的業務場景；

Akka Persistence 中CQRS的應用

經過上面的講解，相信你們對CQRS已經有了必定的瞭解，下面咱們就來看看它在Akka Persistence中的具體應用，這裏我就結合上一篇文章抽獎的例子，好比其中的LotteryCmd即是一個寫操做命令，系統通過相應的處理後獲得相應的領域事件，好比其中LuckyEvent，而後咱們將LuckyEvent進行持久化，並修改內存中抽獎的餘額，返回相應的結果，這裏咱們就能夠同時將結果反饋給用戶，並對結果進行異步持久化，流程以下：

cqrs-example

能夠看出，Akka Persistence的原理徹底是基於CQRS的架構設計的，另外Persistence Actor還會保存一個內存狀態，至關於一個in memory數據庫，能夠用來提供關鍵數據的存儲和查詢，好比前面說到的庫存，餘額等數據，這部分的設計取決於具體的業務場景。

閱讀Akka Persistence相關源碼，其的核心就在於PersistentActor接口中的幾個持久方法，好比其中的

def persist[A](event: A)(handler: A ⇒ Unit): Unit

def persistAll[A](events: immutable.Seq[A])(handler: A ⇒ Unit): Unit複製代碼

等方法，它們都有兩個參數，一個是持久化的事件，一個是持久化後的後續處理邏輯，咱們能夠在後續handler中修改Actor內部狀態，向外部發送消息等操做,這裏的模式就是基於CQRS架構的，修改狀態有事件驅動，另外Akka還能夠在系統出錯時，利用相應的事件恢復Actor的狀態。

總結

總的來講，CQRS架構是一種不一樣於以往的CRUD的架構，因此你在享受它帶來的高性能的同時可能會遇到一些奇怪的問題，固然這些都是能夠解決的，重要的是思惟上的改變，好比事件驅動，領域模型等概念，不過相信當你理解並掌握它以後，你便會愛上它的。