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分布式事务 | 使用 dotnetcore/CAP 的本地消息表模式

 

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本地消息表模式

本地消息表模式，其作为柔性事务的一种，核心是将一个分布式事务拆分为多个本地事务，事务之间通过事件消息衔接，事件消息和上个事务共用一个本地事务存储到本地消息表，再通过定时任务轮询本地消息表进行消息投递，下游业务订阅消息进行消费，本质上是依靠消息的重试机制达到最终一致性。其示意图如下所示，主要分为以下三步：

1. 本地业务数据和发布的事件消息共享同一个本地事务，进行数据落库，其中事件消息持久化到单独的事件发件箱表中。
2. 单独的进程或线程不断查询发件箱表中未发布的事件消息。
3. 将未发布的事件消息发布到消息代理，然后将消息的状态更新为已发布。

dotnetcore/CAP 简介

在《.NET 微服务：适用于容器化 .NET 应用程序的体系结构》电子书中，提及了如何设计兼具原子性和弹性的事件总线，其中提出了三种思路：使用完整的事件溯源模式，使用事务日志挖掘，使用发件箱模式（The outbox pattern）。其中事件溯源模式实现相对复杂，事务日志挖掘局限于特定类型数据库，而发件箱模式则是一种相对平衡的实现方式，其基于事务数据库表和简化的事件溯源模式。发件箱模式的示意图如下所示：

从上图可以看出，其实现原理与上面提及的本地消息表模式十分相似，我们可以理解其也是本地消息表模式的一种实现。作者Savorboard也正是受该电子书启发，实现了.NET版本的本地消息表模式，并命名为dotnetcore/CAP，其架构如下图所示。其同时也兼具EventBus的功能，其支持主流消息代理，如RabbitMQ、Redis、Kafka和Pulsar，同时支持多种持久化存储方式进行消息存储，包括MySQL、PostgreSQL、SQL Server和MongoDB。因此基于dotnetcore/CAP，.NET 开发者也可以快速实现微服务间的异步通信和解决分布式事务问题。

基于dotnetcore/CAP 实现分布式事务

那具体如何使用dotnetcore/CAP来解决分布式事务问题呢，基于本地消息表加补偿模式实现。dotnetcore/CAP的补偿模式比较巧妙，其基于发布事件的方法签名中提供了一个回调参数。发布方法的事件签名为：PublishAsync<T>(string name, T? contentObj, string? callbackName=null)，第一个参数是事件名称，第二个参数为事件数据包，第三个参数用来指定于接收事件消费结果的回调地址（事件），但是否触发回调，取决于事件订阅方是否定义返回参数，若有则触发。如果基于CAP实现下单流程，则其流程如下所示：

接下来就来创建解决方案来实现以上下单流程示例。依次创建以下项目，订单服务、库存服务和支付服务均依赖共享类库项目，其中共享类库添加DotNetCore.Cap、DotNetCore.Cap.MySql和DotNetCore.Cap.RabbitMQNuGet包。

项目	项目名	项目类型
订单服务	CapDemo.OrderService	ASP.NET Core Web API
库存服务	CapDemo.InventoryService	Worker Service
支付服务	CapDemo.PaymentService	Worker Service
共享类库	CapDemo.Shared	Class Library

订单服务

订单服务首先需要暴露WebApi用于订单的创建，为了方便数据的持久化，首先添加Pomelo.EntityFrameworkCore.MySqlNuget包，然后创建OrderDbContext：

	using System;
	using System.Collections.Generic;
	using System.Linq;
	using System.Threading.Tasks;
	using Microsoft.EntityFrameworkCore;
	using CapDemo.OrderService.Domains;
	namespace CapDemo.OrderService.Data
	{
	public class OrderDbContext : DbContext
	{
	public OrderDbContext (DbContextOptions<OrderDbContext> options)
	: base(options) {}
	public DbSet<CapDemo.OrderService.Domains.Order> Order { get; set; } = default!;
	}
	}

然后创建OrdersController并添加PostOrder方法如下所示：

	using System;
	using System.Collections.Generic;
	using System.Linq;
	using System.Threading.Tasks;
	using Microsoft.AspNetCore.Http;
	using Microsoft.AspNetCore.Mvc;
	using Microsoft.EntityFrameworkCore;
	using CapDemo.OrderService.Data;
	using CapDemo.OrderService.Domains;
	using DotNetCore.CAP;
	using CapDemo.Shared;
	using CapDemo.Shared.Models;
	namespace CapDemo.OrderService.Controllers
	{
	[Route("api/[controller]")]
	[ApiController]
	public class OrdersController : ControllerBase
	{
	private readonly OrderDbContext _context;
	private readonly ICapPublisher _capPublisher;
	private readonly ILogger<OrdersController> _logger;
	public OrdersController(OrderDbContext context, ICapPublisher capPublisher,ILogger<OrdersController> logger)
	{
	_context = context;
	_capPublisher = capPublisher;
	_logger = logger;
	}
	[HttpPost]
	public async Task<ActionResult<Order>> PostOrder(CreateOrderDto orderDto)
	{
	var shoppingItems =
	orderDto.ShoppingCartItems.Select(item => new ShoppingCartItem(item.SkuId, item.Price, item.Qty));
	var order = new Order(orderDto.CustomerId).NewOrder(shoppingItems.ToArray());
	using (var trans = _context.Database.BeginTransaction(_capPublisher, autoCommit: false))
	{
	_context.Order.Add(order);
	var deduceDto = new DeduceInventoryDto()
	{
	OrderId = order.OrderId,
	DeduceStockItems = order.OrderItems.Select(
	item => new DeduceStockItem(item.SkuId, item.Qty, item.Price)).ToList()
	};
	await _capPublisher.PublishAsync(TopicConsts.DeduceInventoryCommand,deduceDto,
	callbackName: TopicConsts.CancelOrderCommand);
	await _context.SaveChangesAsync();
	await trans.CommitAsync();
	}
	_logger.LogInformation($"Order [{order.OrderId}] created successfully!");
	return CreatedAtAction("GetOrder", new { id = order.OrderId }, order);
	}
	}
	}

从代码中可以看出，在订单持久化和事件发布之前先行使用事务包裹：using (var trans = _context.Database.BeginTransaction(_capPublisher, autoCommit: false)) {}，以确保订单和事件的持久化共享同一个事务，这一步是使用CAP的重中之重。订单服务通过注入了ICapPublisher服务，并通过PublishAsync方法发布扣减库存事件，并指定了callbackName: TopicConsts.CancelOrderCommand。
订单服务还需要订阅取消订单和订单支付结果的事件，进行订单状态的更新，添加OrderConsumers如下所示，其中通过实现ICapSubscribe接口来显式标记为消费者，然后定义方法并在方法体上通过[CapSubscribe]特性指定订阅的事件名称来完成事件的消费。

	using CapDemo.OrderService.Data;
	using CapDemo.Shared;
	using DotNetCore.CAP;
	namespace CapDemo.OrderService.Consumers;
	public class OrderConsumers:ICapSubscribe
	{
	private readonly OrderDbContext _orderDbContext;
	private readonly ILogger<OrderConsumers> _logger;
	public OrderConsumers(OrderDbContext orderDbContext,ILogger<OrderConsumers> logger)
	{
	_orderDbContext = orderDbContext;
	_logger = logger;
	}
	[CapSubscribe(TopicConsts.CancelOrderCommand)]
	public async Task CancelOrder(string orderId)
	{
	if(string.IsNullOrEmpty(orderId)) return;
	var order = await _orderDbContext.Order.FindAsync(orderId);
	order?.CancelOrder();
	_logger.LogWarning($"Order [{orderId}] has been canceled!");
	await _orderDbContext.SaveChangesAsync();
	}
	[CapSubscribe(TopicConsts.PayOrderSucceedTopic)]
	public async Task MarkToPaid(string orderId)
	{
	var order = await _orderDbContext.Order.FindAsync(orderId);
	order?.UpdateToPaid();
	await _orderDbContext.SaveChangesAsync();
	}
	}

最后修改Program.cs添加CAP服务和消费者的注册。

	using CapDemo.OrderService.Consumers;
	using CapDemo.OrderService.Data;
	using Microsoft.EntityFrameworkCore;
	using DotNetCore.CAP;
	var builder = WebApplication.CreateBuilder(args);
	// 注册 DbContext
	var connectionStr = builder.Configuration.GetConnectionString("Default");
	builder.Services.AddDbContext<OrderDbContext>(options =>
	options.UseMySql(connectionStr ?? throw new InvalidOperationException("Connection string 'OrderDbContext' not found."), ServerVersion.AutoDetect(connectionStr)));
	// 注册CAP
	builder.Services.AddCap(x =>
	{
	x.UseEntityFramework<OrderDbContext>();
	x.UseRabbitMQ("localhost");
	});
	// 注册消费者
	builder.Services.AddTransient<OrderConsumers>();

库存服务

库存服务在整个下单流程的职责主要是库存的扣减和返还，添加InventoryConsumer来消费库存扣减和返还事件即可。

	using System;
	using System.Collections.Generic;
	using System.Linq;
	using System.Text;
	using System.Text.Json;
	using System.Threading.Tasks;
	using CapDemo.Shared;
	using CapDemo.Shared.Models;
	using DotNetCore.CAP;
	namespace CapDemo.InventoryService.Consumers
	{
	public class InventoryConsumer : ICapSubscribe
	{
	private readonly ILogger<InventoryConsumer> _logger;
	private readonly ICapPublisher _capPublisher;
	public InventoryConsumer(ILogger<InventoryConsumer> logger, ICapPublisher capPublisher)
	{
	_logger = logger;
	_capPublisher = capPublisher;
	}
	[CapSubscribe(TopicConsts.DeduceInventoryCommand)]
	public async Task DeduceInventory(DeduceInventoryDto deduceStockDto)
	{
	// 省略扣减库存逻辑，直接成功
	_logger.LogInformation($"Inventory has been deducted for order [{deduceStockDto.OrderId}]!");
	var amount = deduceStockDto.DeduceStockItems.Sum(t => t.Price * t.Qty);
	await _capPublisher.PublishAsync(TopicConsts.PayOrderCommand, new PayDto(deduceStockDto.OrderId, amount),
	callbackName: TopicConsts.ReturnInventoryTopic);
	}
	[CapSubscribe(TopicConsts.ReturnInventoryTopic)]
	public void ReturnInventory(PayResult payResult)
	{
	// 若支付失败，则执行库存返还并发布取消订单命令
	if (!payResult.IsSucceed)
	{
	// 省略返还库存逻辑
	_logger.LogWarning($"Inventory has been returned for order [{payResult.OrderId}]");
	_capPublisher.PublishAsync(TopicConsts.CancelOrderCommand, payResult.OrderId);
	}
	}
	}
	}

以上的库存扣减实现中省略了扣减库存逻辑，直接模拟成功扣减，也就无需触发回调，那就可以通过将方法签名定义为public async Task DeduceInventory(DeduceInventoryDto deduceStockDto)，这样就不会触发订单服务发布扣减库存事件时指定的回调。库存扣减成功随即发布支付订单的命令，由于不涉及其他数据持久化，因此无需手动开启事务。发布支付订单命令时指定了callbackName: TopicConsts.ReturnInventoryTopic，其将根据订单支付结果也就是ReturnInventory(PayResult payResult)中指定的入参决定是否返还库存。
最后同样需要在Program.cs中注入CAP服务和消费者：

	using CapDemo.InventoryService;
	using CapDemo.InventoryService.Consumers;
	IHost host = Host.CreateDefaultBuilder(args)
	.ConfigureServices((context, services) =>
	{
	var connStr = context.Configuration.GetConnectionString("Default");
	services.AddCap(x =>
	{
	x.UseMySql(connStr);
	x.UseRabbitMQ("localhost");
	});
	services.AddTransient<InventoryConsumer>();
	})
	.Build();
	await host.RunAsync();

支付服务

对于下单流程的支付用例来说，要么成功要么失败，并不需要像以上两个服务一样定义补偿逻辑，因此仅需要订阅支付订单命令即可，定义PaymentConsumers如下所示，因为库存服务发布支付订单命令时指定的回调依赖支付结果，因此该方法必须指定与回调匹配的返回参数类型，也就是PayResult。

	using CapDemo.Shared;
	using CapDemo.Shared.Models;
	using DotNetCore.CAP;
	namespace CapDemo.PaymentService.Consumers;
	public class PaymentConsumers:ICapSubscribe
	{
	private readonly ICapPublisher _capPublisher;
	private readonly ILogger<PaymentConsumers> _logger;
	public PaymentConsumers(ICapPublisher capPublisher,ILogger<PaymentConsumers> logger)
	{
	_capPublisher = capPublisher;
	_logger = logger;
	}
	[CapSubscribe(TopicConsts.PayOrderCommand)]
	public async Task<PayResult> Pay(PayDto payDto)
	{
	bool isSucceed = false;
	if (payDto.Amount % 2 == 0)
	{
	isSucceed = true;
	_logger.LogInformation($"Order [{payDto.OrderId}] paid successfully!");
	await _capPublisher.PublishAsync(TopicConsts.PayOrderSucceedTopic, payDto.OrderId);
	}
	else
	{
	isSucceed = false;
	_logger.LogWarning($"Order [{payDto.OrderId}] payment failed!");
	}
	return new PayResult(payDto.OrderId, isSucceed);
	}
	}

最后同样需要在Program.cs中注入CAP服务和消费者：

	using CapDemo.PaymentService;
	using CapDemo.PaymentService.Consumers;
	IHost host = Host.CreateDefaultBuilder(args)
	.ConfigureServices((context, services) =>
	{
	var connStr = context.Configuration.GetConnectionString("Default");
	services.AddCap(x =>
	{
	x.UseMySql(connStr);
	x.UseRabbitMQ("localhost");
	});
	services.AddTransient<PaymentConsumers>();
	})
	.Build();
	await host.RunAsync();

运行结果

使用docker启动MySQL和RabbitMQ，然后再启动三个服务，并在订单服务的Swagger中发起订单创建请求，如下图所示：

最终执行结果如下图所示：

打开RabbitMQ后台，可以看见CAP为每个服务创建了一个唯一队列接收消息，并通过创建的名为cap.default.router的Exchange根据事件名称作为RoutingKey进行消息路由。

其中通过dotnetcore/CAP发布的消息结构如下图所示，该图是订单服务发布的扣减库存的消息。

打开MySQL，可以发现dotnetcore/CAP 根据配置的连接字符串，分别为各个服务创建了cap.published和cap.received消息表，如下图所示：

小结

通过以上示例，可以发现dotnetcore/CAP无疑是一个出色的事件总线，简单易用且能确保事件的有效送达。同时基于dotnetcore/CAP的本地消息表模式和补偿模式，也可以有效的实现分布式事务。但相较而言，补偿仅限于直接上下游服务之间，不能链式反向补偿，控制逻辑比较分散，属于协同式事务，各个服务需要订阅自己关注的事件并实现，适用于小中型项目，对于大型项目而言尤其需要注意事件的流转，以避免陷入事件漩涡。

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标签：CAP,模式,CapDemo,消息,本地,using,logger,capPublisher,public
From： https://www.cnblogs.com/Leo_wl/p/17375391.html