认知篇：CQRS架构模式的本质

Posted 2023-01-30

作者：京东科技 倪新明

CQRS只是一种非常简单的模式（pattern），CQRS本身并不是一种架构风格，和最终一致性/消息/读写分离/事件溯源/DDD等没有必然的联系，它最大优势是给我们带来更多的架构属性选择

1 CQRS 本质

1.1 CQS：命令和查询分离

命令和查询分离，Command and Query Segregation，其核心思想是在任何一个对象的方法可以划分为两类

•查询：获取数据，返回查询数据，但不改变数据状态

•命令：改变数据状态，不返回任何数据

基于CQS的思想，任何一个方法都可以拆分为命令和查询两部分：

private int origin = 0;
private int add(int value)

    origin += value;
    return origin;

上述方法既改变了数据，又返回了数据状态，如果按照CQS的思想，则该方法可以拆成Command和Query两部分，如下：

private void add(int value)

    origin += value;

private int queryValue()

    return origin;

是否严格遵循上述约定存在争议，对于命令侧是否返回数据实际业务诉求中并不一定能够完全统一。比如：

•"出栈" 操作同时改变栈状态和返回数据

•某些业务场景下可能会有返回业务主键的诉求，比如下单操作返回订单号

1.2 CQRS：命令和查询职责分离

Command and Query Responsibility Segregation，即命令查询职责分离，由Greg Young提出 。CQRS在CQS基础之上，将分离的级别从代码方法级别扩展到对象级别。CQRS 模式的应用非常简单，如下图所示





假设我们的服务为 OrderService，在非CQRS模式下同时包含了查询和更新服务接口：

public class OrderService 
   //  根据id查询订单
    Order getOrder(OrderId)
    // 查询已支付订单
    List<Order> getPayedOrders()
    // 下单
    void placeOrder(Order)
    // 取消订单
    void cancelOrder(OrderId) 

应用CQRS模式之后的OrderService被拆分成了两个接口，分别承担查询和写职责：

/**
命令侧服务
*/
public class OrderService 
    void placeOrder(PlaceOrderCommand command)
    void cancelOrder(CancelOrderCommand command)

/**
 查询服务
*/
public class OrderQueryService
    Order GetOrder(OrderId)
    List<Order> getPayedOrders()

以上这种简单的分离就是CQRS模式的全部了，是不是非常简单？确实，单纯的看，CQRS的确就是这么简单。

CQRS最大优势就是基于这种职责分离能带给我们更多的架构属性选择。

•“查询” 和 “命令” 两侧进行独立部署以获取更好的伸缩性

•“查询” 和 “命令” 两侧独立架构设计

•“查询” 和 “命令”两侧进行独立数据模型设计

基于CQRS，我们可以衍生出更多的架构属性，结合实际的业务场景，进行差异化的架构设计。

团队引入CQRS模式之后，往往不仅仅是简单的在类的职责层面对读写进行分离，一般会采用更为复杂的应用架构风格，如下是典型的CQRS架构风格：





•命令侧：命令侧引入命令总线以支持对不同命令的灵活路由；突出领域模型的应用

•查询侧：引入查询总线对查询请求进行路由；请求链路一般直接连接到存储层，实现不同的定制化查询需求

2 CQRS迷思

2.1 数据模型是否要分离

CQRS强调命令和查询的职责分离，但在底层的数据模型层面，CQRS并没有进行强制限定，即采用CQRS模式并没有要求必须要进行数据模型的分离。是否要进行模型分离开发人员需要具体情况具体分析。

•分离模型：查询侧和写侧模型不互相干扰，各自在应用层的实现复杂度比较低。但由于模型的分离，命令侧和查询侧的数据一致性需要纳入考虑范围

•不分离：不需要考虑数据一致性问题，但由于查询侧和写侧对模型的诉求可能不一致，模型的设计往往需要折衷考虑。

2.2 CQRS 和 消息模式

CQRS和消息模式没有必然联系，落地CQRS 并不一定需要使用消息模式。





如果我们采用了CQRS模式，但是命令和查询两侧底层所依赖的数据模型并未分离，而是基于共享的数据存储和数据模型，命令和查询之间不需要额外的交互，命令侧的数据更新对查询侧实时可见。在这种架构模式下，两侧基于共享的数据已经天然的集成在一起，不需要额外机制进行通信，自然也无需引入消息了。如果我们采用CQRS模式，并且命令和查询两侧进行了数据模型的分离，二者各自依赖独立的数据模型。同时，数据存储也分开部署。命令侧负责数据的更新，而查询侧只负责数据的查询，如何将数据的更新及时同步到查询侧是需要解决的问题。在这种架构模式下，使用消息模式作为两侧的通信机制是个不错的选择，当然，这并不是唯一的选项。

2.3 CQRS 和 ES（Event Sourcing, 事件溯源)

ES 并不是一个新的概念，在最早的金融系统中就已经应用。要了解ES，我们需要先看看传统的数据存储。在传统应用中，数据库例如mysql（假设存储介质是数据库，）中存储的始终是数据的最新的状态。例如我们对某条用户的信息进行了多次的修改或编辑，然后保存将数据存储到数据库中。无论何时，数据库中都会记录最后的、最新的用户状态。我们只要根据id或其他信息查询数据库中相应的记录就能获取该用户的最新信息。这是应用中典型的数据存储特点。

当然，我们可以基于特定的数据模型设计以保存数据的更改记录。​​​​

这种数据存储模式的特点是简单，不需要额外的维护复杂的设计，我们能够非常容易的获取最新的用户信息。但是不幸的是，我们丢失了历史信息，包括用户的意图信息。而这些信息则有助于我们进行数据回滚、用户行为分析以及开发过程中的调试等等。





在ES模式下，数据库中存储的不在是数据最新状态，而是数据的变更记录，更官方的说法是 “事件（Event）”。数据库中存储的数据变化的事件流。我们基于事件流可以对最新状态进行重建，同时也可以便捷的重现任何历史节点数据。ES需要解决大量事件的存储和高效的实例重建问题，后续单独的文章再介绍ES。

2.4 CQRS 和 Eventual Consistency（最终一致性）

最终一致性也常常在服务之间引入，最终一致性的目的是为了提高扩展性和可用性。

CQRS和最终一致性同样没有必然的联系。往往采用CQRS后，查询和命令两侧会采用独立的数据模型，在这种架构模式下，命令侧的数据变化后及时同步到查询侧，两侧数据并非实时，在一定的延时后两侧数据最终达成一致。

3 结语

CQRS的最大优势在于通过将命令和查询的职责分离，为架构师提供了更多的架构属性选择，我们可以在查询侧和命令侧进行独立的架构设计。对象级别的职责分离就是CQRS的全部了，但在实践中涌现出了很多更为灵活也更为复杂的架构风格，比如总线的引入、数据模型的分离、一致性报这个策略、事件溯源等等。额外的组件或技术的引入必然导致复杂性和成本上升，这些选型的采纳需要团队的权衡。