在ASP.NET Core微服务架构下使用数据库切分和扩展

Posted 2021-07-04 dotNET跨平台

原文链接：https://itnext.io/how-to-use-database-sharding-and-scale-an-asp-net-core-microservice-architecture-22c24916590f

微服务的一大优点是，它们可以独立扩展。本文展示了扩展一个微服务及其数据库的好处和挑战。

您将创建一个示例应用程序并手动实现应用程序层分片。它展示了如何根据用例和数据模型选择分片Key。这有助于将相同的原理应用到具有集成扩展（如MongoDB等）的DBMS上。

1.用例和数据模型

示例应用程序由一个User和Post微服务组成。它们通过消息交流： 

User微服务处理添加和修改用户。Post微服务处理查看和添加帖子。因为与Post微服务的交互要多得多，所以，当应用程序的负载增加时，Post微服务将成为第一个需要扩展的微服务。

作者的名字是PostService绑定上下文的一部分，因此也是Post微服务的一部分。在User微服务中添加和修改作者。User微服务在添加新用户或更改用户名时发送事件。

PostService的逻辑数据模型

用户可以分类写文章。他们还可以按类别阅读帖子，包括作者姓名。最新的帖子在上面。分类是固定的，很少改变。

基于这些用例，我决定按类别划分数据库分片：

2.实现微服务

创建解决方案并添加名为“PostService”的ASP.NET Core 5 Web API项目。禁用HTTPS并激活OpenAPI支持。

安装以下NuGet软件包：

• Microsoft.EntityFrameworkCore.Tools

• mysql.EntityFrameworkCore

• Newtonsoft.Json

创建实体

Post实体的索引可以加快检索某个类别中最新的帖子：

using Microsoft.EntityFrameworkCore;
using System.ComponentModel.DataAnnotations;

namespace PostService.Entities
{
    [Index(nameof(PostId), nameof(CategoryId))]
    public class Post
    {
        public int PostId { get; set; }
        public string Title { get; set; }
        public string Content { get; set; }

        public int UserId { get; set; }
        public User User { get; set; }

        [Required]
        public string CategoryId { get; set; }
        public Category Category { get; set; }
    }
}

User实体中的版本稍后将帮助处理无序消息：

namespace PostService.Entities
{
    public class User
    {
        public int ID { get; set; }
        public string Name { get; set; }
        public int Version { get; set; }
    }
}

namespace PostService.Entities
{
    public class Category
    {
        public string CategoryId { get; set; }
    }
}

创建PostServiceContext

using Microsoft.EntityFrameworkCore;

namespace PostService.Data
{
    public class PostServiceContext : DbContext
    {
        private readonly string _connectionString;

        public PostServiceContext(string connectionString)
        {
            _connectionString = connectionString;
        }

        protected override void OnConfiguring(DbContextOptionsBuilder optionsBuilder)
        {
            optionsBuilder.UseMySQL(_connectionString);
        }

        public DbSet<PostService.Entities.Post> Post { get; set; }
        public DbSet<PostService.Entities.User> User { get; set; }
        public DbSet<PostService.Entities.Category> Category { get; set; }
    }
}

在appsettings.Development.json中添加连接字符串（在调试期间将使用两个分片）

{
  "Logging": {
    "LogLevel": {
      "Default": "Information",
      "Microsoft": "Warning",
      "Microsoft.Hosting.Lifetime": "Information"
    }
  },
  "PostDbConnectionStrings": {
    "Shard0": "server=localhost; port=3310; database=post; user=root; password=pw; Persist Security Info=False; Connect Timeout=300",
    "Shard1": "server=localhost; port=3311; database=post; user=root; password=pw; Persist Security Info=False; Connect Timeout=300"    
  }
}

添加DataAccess代码

GetConnectionString(string category)计算CategoryId的哈希值。哈希的第一部分将配置的分片数（连接字符串）取模，从而确定给定类别的分片。

InitDatabase删除并重新创建所有分片中的所有表，并插入虚拟用户和类别。

其他方法用于创建和加载帖子。

using Microsoft.AspNetCore.Mvc;
using Microsoft.EntityFrameworkCore;
using Microsoft.Extensions.Configuration;
using PostService.Entities;
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Security.Cryptography;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

namespace PostService.Data
{
    public class DataAccess
    {
        private readonly List<string> _connectionStrings = new List<string>();

        public DataAccess(IConfiguration configuration)
        {
            var connectionStrings = configuration.GetSection("PostDbConnectionStrings");
            foreach(var connectionString in connectionStrings.GetChildren())
            {
                Console.WriteLine("ConnectionString: " + connectionString.Value);
                _connectionStrings.Add(connectionString.Value);
            }
        }

        public async Task<ActionResult<IEnumerable<Post>>> ReadLatestPosts(string category, int count)
        {
            using var dbContext = new PostServiceContext(GetConnectionString(category));
            return await dbContext.Post.OrderByDescending(p => p.PostId).Take(count).Include(x => x.User).Where(p => p.CategoryId == category).ToListAsync();
        }

        public async Task<int> CreatePost(Post post)
        {
            using var dbContext = new PostServiceContext(GetConnectionString(post.CategoryId));
            dbContext.Post.Add(post);
            return await dbContext.SaveChangesAsync();
        }

        public void InitDatabase(int countUsers, int countCategories)
        {
            foreach (var connectionString in _connectionStrings)
            {
                using var dbContext = new PostServiceContext(connectionString);
                dbContext.Database.EnsureDeleted();
                dbContext.Database.EnsureCreated();
                for (int i = 1; i <= countUsers; i++)
                {
                    dbContext.User.Add(new User { Name = "User" + i, Version = 1 });
                    dbContext.SaveChanges();
                }
                for (int i = 1; i <= countCategories; i++)
                {
                    dbContext.Category.Add(new Category { CategoryId = "Category" + i });
                    dbContext.SaveChanges();
                }
            }
        }

        private string GetConnectionString(string category)
        {
            using var md5 = MD5.Create();
            var hash = md5.ComputeHash(Encoding.ASCII.GetBytes(category));
            var x = BitConverter.ToUInt16(hash, 0) % _connectionStrings.Count;
            return  _connectionStrings[x];
        }
    }
}

在Startup.cs中将DataAccess注册为单例

public class Startup
{
    ...

    public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
    {

        services.AddControllers();
        services.AddSwaggerGen(c =>
        {
            c.SwaggerDoc("v1", new OpenApiInfo { Title = "PostService", Version = "v1" });
        });

        services.AddSingleton<DataAccess>();
    }

    ---

创建PostController

它使用DataAccess类

using Microsoft.AspNetCore.Mvc;
using PostService.Data;
using PostService.Entities;
using System.Collections.Generic;
using System.Threading.Tasks;

namespace PostService.Controllers
{
    [Route("api/[controller]")]
    [ApiController]
    public class PostsController : ControllerBase
    {
        private readonly DataAccess _dataAccess;

        public PostsController(DataAccess dataAccess)
        {
            _dataAccess = dataAccess;
        }

        [HttpGet]
        public async Task<ActionResult<IEnumerable<Post>>> GetLatestPosts(string category, int count)
        {
            return await _dataAccess.ReadLatestPosts(category, count);
        }

        [HttpPost]
        public async Task<ActionResult<Post>> PostPost(Post post)
        {
            await _dataAccess.CreatePost(post);
            return NoContent();
        }

        [HttpGet("InitDatabase")]
        public void InitDatabase([FromQuery] int countUsers, [FromQuery] int countCategories)
        {
            _dataAccess.InitDatabase(countUsers, countCategories);
        }
    }
}

3. 用PostService访问数据库

安装Docker Desktop。

创建两个MySql容器

C:\\dev>docker run -p 3310:3306 --name=mysql1 -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=pw -d mysql:5.6
C:\\dev>docker run -p 3311:3306 --name=mysql2 -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=pw -d mysql:5.6

在Visual Studio中启动Post服务。浏览器在打开http://localhost:5001/swagger/index.html

使用swagger UI与服务交互：

初始化包含100个用户和10个类别的数据库： 

在“Category1”下增加一个帖子:

{
  "title": "MyTitle",
  "content": "MyContent",
  "userId": 1,
  "categoryId": "Category1"
}

阅读“Category1”中排名前10位的帖子：

连接到数据库容器并验证哪个数据库包含新的帖子。

C:\\dev>docker container exec -it mysql1 /bin/sh

使用密码“pw”登录MySql并读取帖子： 

第二个实例不包含任何帖子：

C:\\dev>docker container exec -it mysql2 /bin/sh

4.最后的想法和展望

您创建了一个可工作的应用程序，实现了应用程序层分片，并使用了分片Key的概念。

这只是一个示例应用程序。您必须调整代码才能在生产环境中使用它。

在第二部分中，您将缩放并运行微服务和数据库的多个容器实例。您将使用docker compose和负载平衡器。然后，您将运行JMeter负载测试，以查看应用程序在使用不同数量的实例时是如何伸缩的。最后，您将通过RabbitMQ模拟来自用户微服务的用户事件。

欢迎关注我的个人公众号”My IO“