如何在基础设施微服务中使用 Redis

早在 2019 年，我写了一篇关于如何在 Redis 中创建事件存储的文章。我解释说，Redis Streams 非常适合作为事件存储，因为它们允许您以不可变的仅追加机制（如事务日志）存储事件。现在，随着该博客中介绍的示例 OrderShop 应用程序的更新，我将演示如何使用 Redis 作为消息队列，进一步展示了 Redis Enterprise 超越缓存的众多用例。

快速了解微服务、基础设施服务和分布式系统

Redis 是创建消息队列和事件存储等基础设施服务的出色解决方案，但在使用微服务架构创建分布式系统时，需要考虑一些事项。关系型数据库通常适用于单体应用，但只有像 Redis 这样的 NoSQL 数据库才能满足微服务架构所需的扩展性和可用性要求。

分布式系统意味着分布式状态。根据CAP 定理，一个软件实现只能提供这三个属性中的两个：一致性、可用性和分区容错性（因此得名 CAP）。因此，为了使您的实现具有容错性，您必须在可用性和一致性之间做出选择。如果您选择可用性，最终将实现最终一致性，这意味着数据将保持一致，但仅在经过一段时间后。选择一致性会影响性能，因为需要在整个分布式系统中同步和隔离写入操作。

事件溯源，它将业务实体（如订单或客户）的状态作为一系列状态变更事件持久化，优先选择可用性而不是一致性。它使得写入操作变得简单，但读取操作成本更高，因为如果它们跨越多个服务，可能需要额外的机制，例如读模型。

分布式系统中的通信可以是中介式或无中介式。无中介式风格广为人知，HTTP 是其最著名的例子。中介式方法顾名思义，在消息的发送者和接收者之间有一个中介。它解耦了发送者和接收者，实现了同步和异步通信。这使得行为更具弹性，因为消息消费者不必在消息发送时可用。中介式通信还允许发送者和接收者独立扩展。

（更多信息，请参阅我们关于如何选择您的同步和异步通信需求——Redis Streams、Redis Pub/Sub、Kafka 等的文章）

OrderShop：一个示例电子商务实现

微服务架构的“Hello World”是OrderShop，这是一个使用事件驱动方法实现的简单电子商务系统。这个示例应用使用了简单的领域模型，但它达到了应用程序的目的。

OrderShop 使用Docker Compose进行编排。所有网络通信都通过gRPC完成。核心组件是事件存储和消息队列：每个服务都仅通过 gRPC 连接到它们。OrderShop 是一个 Python 示例实现。您可以在 GitHub 上查看 OrderShop 源代码。

（注意：此代码不是生产就绪的，仅用于演示目的！）

运行与体验

克隆 GitHub 仓库：https://github.com/redislabs-demos/ordershop-v2
通过简单的五步流程运行 OrderShop v2

使用 docker-compose up 启动应用
打开浏览器，访问 https://:5000/
1. 查看事件并浏览状态
使用 python -m unittest tests/unit.py 运行客户端
在浏览器中打开新标签页，访问 https://:8001/
1. 使用 redis:6379 连接到测试数据库
使用 docker-compose down 停止应用

OrderShop v2 架构

在这种情况下，服务器架构由多个服务组成。状态分布在多个领域服务中，但存储在一个事件存储中。读模型组件集中了读取和缓存状态的逻辑，如下图所示

命令和查询通过消息队列组件通信，而事件通过事件存储组件通信，事件存储组件也充当事件总线。

基础设施服务

在 OrderShop v2 中，所有单播通信都通过消息队列组件进行。为此，我将使用Redis Lists，特别是将两个列表组合成一个所谓的“可靠队列”。它同步处理简单命令（例如，单个实体操作），但异步处理长时间运行的命令（例如，批量、邮件），并原生支持对同步消息的响应。

事件存储基于Redis Streams。领域服务（只是演示 OrderShop 功能的模拟服务）订阅了以事件主题（即实体名称）命名的事件流，并将事件发布到这些流中。每个事件都是一个流条目，事件时间戳充当 ID。流中已发布事件的总和构成了整个系统的状态。

应用服务

读模型使用领域模型将从事件存储中推导出的实体缓存在 Redis 中。如果不考虑缓存，它是无状态的。

API 网关也是无状态的，并在 5000 端口提供 REST-API 服务。它终止 HTTP 连接，并将它们路由到读模型用于读取状态（查询），或路由到专门的领域服务用于写入状态（命令）。读写操作之间的这种概念分离是一种模式，称为命令查询职责分离 (CQRS)。

领域服务

领域服务通过消息队列从API 网关接收写操作。成功执行后，它们将每个事件发布到事件存储。相反，所有读操作都由从事件存储获取状态的读模型处理。

CRM 服务（客户关系管理服务）是无状态的——它订阅了来自事件存储的领域事件，并使用邮件服务向客户发送电子邮件。

核心领域实体是订单。它有一个名为“status”的字段，其状态转换使用状态机执行，如下图所示。

这些转换在几个事件处理器中完成，这些处理器订阅了领域事件（SAGA 模式），例如

def order_created(self, _item):
        if _item.event_action != 'entity_created':
            return

        order = json.loads(_item.event_data)
        rsp = send_message('read-model', 'get_entity', {'name': 'cart', 'id': order['cart_id']})
        cart = rsp['result']
        result = self._decr_from_cart(cart)
        order['status'] = 'IN_STOCK' if result else 'OUT_OF_STOCK'
        self.event_store.publish('order', create_event('entity_updated', order))

def billing_created(self, _item):
        if _item.event_action != 'entity_created':
            return

        billing = json.loads(_item.event_data)
        rsp = send_message('read-model', 'get_entity', {'name': 'order', 'id': billing['order_id']})
        order = rsp['result']
        if order['status'] != 'IN_STOCK':
            return

        order['status'] = 'CLEARED'
        self.event_store.publish('order', create_event('entity_updated', order))

客户端

客户端是使用 Python 的单元测试框架模拟的。目前实现了 10 个单元测试。请查看 tests/unit.py 以获取更多详情。

一个简单的 UI 在 5000 端口提供服务，用于查看事件和浏览状态（使用WebSockets）。

还提供了 RedisInsight 容器，用于检查 Redis 实例。打开网页浏览器，访问 https://:8001/，并使用 redis:6379 连接到测试数据库。

*上方的动画展示了 RedisInsight，这是功能非常强大的 Redis GUI。*

结论

Redis 不仅是领域层（例如，目录搜索）和应用层（例如，HTTP 会话存储）中的强大工具，而且也是基础设施层（例如，事件存储或消息队列）中的强大工具。在这些层中全面使用 Redis 可以减少运维开销，并让开发者重用他们已经熟悉的技术。

您可以看看代码并尝试实现它。我希望这能帮助您了解 Redis 在领域和基础设施服务中的多功能性和灵活性，并证明它可以用于缓存之外的更多用途。

请在 Twitter 上告诉我进展：@m a rtinez099。