Akka系列（八）：Akka persistence设计理念之CQRS

前言........

这一篇文章主要是讲解Akka persistence的核心设计理念，也是CQRS（Command Query Responsibility Segregation）架构设计的典型应用，就让我们来看看为什么Akka persistence会采用CQRS架构设计。

CQRS

很多时候我们在处理高并发的业务需求的时候，往往能把应用层的代码优化的很好，比如缓存，限流，均衡负载等，但是很难避免的一个问题就是数据的持久化，以致数据库的性能很可能就是系统性能的瓶颈，我前面的那篇文章也讲到，如果我们用数据库去保证记录的CRUD，在并发高的情况下，让数据库执行这么多的事务操作，会让很多数据库操作超时，连接池不够用的情况，导致大量请求失败，系统的错误率上升和负载性能下降。

既然这样，那我们可不可借鉴一下读写分离的思想呢？假使写操作和同操作分离，甚至是对不同数据表，数据库操作，那么我们就可以大大降低数据库的瓶颈，使整个系统的性能大大提升。那么CQRS到底是做了什么呢？

我们先来看看普通的方式：

我们可以看出，我们对数据的请求都是通过相应的接口直接对数据库进行操作，这在并发大的时候肯定会对数据库造成很大的压力，虽然架构简单，但在面对并发高的情况下力不从心。

那么CQRS的方式有什么不同呢？我们也来看看它的执行方式：

乍得一看，似乎跟普通的方式没什么不同啊，不就多了一个事件和存储DB么，其实不然，小小的改动便是核心理念的转换，首先我们可以看到在CQRS架构中会多出一个Event，那它到底代表着什么含义呢？其实看过上篇文章的同学很容易理解，Event是我们系统根据请求处理得出的一个领域模型，比如一个修改余额操作事件，当然这个Event中只会保存关键性的数据。

很多同学又有疑问了，这不跟普通的读写分离很像么，难道还隐藏着什么秘密？那我们就来比较一下几种方式的不同之处：

1.单数据库模式

写操作会产生互斥锁，导致性能降低；
即使使用乐观锁，但是在大量写操作的情况下也会大量失败；

2.读写分离

读写分离通过物理服务器增加，负荷增加；
读写分离更适用于读操作大于写操作的场景；
读写分离在面对大量写操作的情况下还是很吃力；

3.CQRS

普通数据的持久化和Event持久化可以使用同一台数据库；
利用架构设计可以使读和写操作尽可能的分离；
能支撑大量写的操作情况；
可以支持数据异步持久，确保数据最终一致性；

从三种方式各自的特点可以看出，单数据库模式的在大量读写的情况下有很大的性能瓶颈，但简单的读写分离在面对大量写操作的时候也还是力不从心，比如最常见的库存修改查询场景：

我们可以发现在这种模式下写数据库的压力还会很大，而且还有数据同步，数据延迟等问题。

那么我们用CQRS架构设计会是怎么样呢：

首先我们可以业务模型进行分离，对不同的查询进行分离，另外避免不了的同一区间数据段进行异步持久化，在保证数据一致性的情况下提升系统的吞吐量。这种设计我们很少会遇到事务竞争，另外还可以使用内存数据库（当然如果是内存操作那就最快）来提升数据的写入。（以上的数据库都可为分布式数据库，不担心单机宕机）

那么CRQS机制是怎么保证数据的一致性的呢？

从上图中我们可以看出，一个写操作我们会在系统进行初步处理后生成一个领域事件，比如a用户购买了xx商品1件，b用户购买了xx商品2件等，按照普通的方式我们肯定是直接将订单操作，库存修改操作一并放在一个事务内去操作数据库，性能可想而知，而用CQRS的方式后，首先系统在持久化相应的领域事件后和修改内存中的库存（这个处理非常迅速）后便可马上向用户做出反应，真正的具体信息持久可以异步进行，当然若是当在具体信息持久化的过程中出错了怎么办，系统能恢复正确的数据么，当然可以，因为我们的领域事件事件已经持久化成功了，在系统恢复的时候，我们可以根据领域事件来恢复真正的数据，当然为了防止恢复数据是造成数据丢失，数据重复等问题我们需要制定相应的原则，比如给领域事件分配相应id等。

使用CQRS会带来性能上的提升，当然它也有它的弊端：

使系统变得更复杂，做一些额外的设计；
CQRS保证的是最终一致性，有可能只适用于特定的业务场景；

Akka Persistence 中CQRS的应用

通过上面的讲解，相信大家对CQRS已经有了一定的了解，下面我们就来看看它在Akka Persistence中的具体应用，这里我就结合上一篇文章抽奖的例子，比如其中的LotteryCmd便是一个写操作命令，系统经过相应的处理后得到相应的领域事件，比如其中LuckyEvent，然后我们将LuckyEvent进行持久化，并修改内存中抽奖的余额，返回相应的结果，这里我们就可以同时将结果反馈给用户，并对结果进行异步持久化，流程如下：

可以看出，Akka Persistence的原理完全是基于CQRS的架构设计的，另外Persistence Actor还会保存一个内存状态，相当于一个in memory数据库，可以用来提供关键数据的存储和查询，比如前面说到的库存，余额等数据，这部分的设计取决于具体的业务场景。

阅读Akka Persistence相关源码，其的核心就在于PersistentActor接口中的几个持久方法，比如其中的

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

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

等方法，它们都有两个参数，一个是持久化的事件，一个是持久化后的后续处理逻辑，我们可以在后续handler中修改Actor内部状态，向外部发送消息等操作,这里的模式就是基于CQRS架构的，修改状态有事件驱动，另外Akka还可以在系统出错时，利用相应的事件恢复Actor的状态。

总结

总的来说，CQRS架构是一种不同于以往的CRUD的架构，所以你在享受它带来的高性能的同时可能会遇到一些奇怪的问题，当然这些都是可以解决的，重要的是思维上的改变，比如事件驱动，领域模型等概念，不过相信当你理解并掌握它之后，你便会爱上它的。