在微服务中使用领域事件

稍微回想一下计算机硬件的工作原理我们便不难发现，整个计算机的工作过程其实就是一个对事件的处理过程。当你点击鼠标、敲击键盘或者插上U盘时，计算机便以中断的形式处理各种外部事件。在软件开发领域，事件驱动架构（Event Driven Architecture，EDA）早已被开发者用于各种实践，典型的应用场景比如浏览器对用户输入的处理、消息机制以及SOA。最近几年重新进入开发者视野的响应式编程（Reactive Programming）更是将事件作为该编程模型中的一等公民。可见，“事件”这个概念一直在计算机科学领域中扮演着重要的角色。 
 

 
认识领域事件 
领域事件（Domain Events）是领域驱动设计（Domain Driven Design，DDD）中的一个概念，用于捕获我们所建模的领域中所发生过的事情。领域事件本身也作为通用语言（Ubiquitous Language）的一部分成为包括领域专家在内的所有项目成员的交流用语。比如，在用户注册过程中，我们可能会说“当用户注册成功之后，发送一封欢迎邮件给客户。”，此时的“用户已经注册”便是一个领域事件。 
 
当然，并不是所有发生过的事情都可以成为领域事件。一个领域事件必须对业务有价值，有助于形成完整的业务闭环，也即一个领域事件将导致进一步的业务操作。举个咖啡厅建模的例子，当客户来到前台时将产生“客户已到达”的事件，如果你关注的是客户接待，比如需要为客户预留位置等，那么此时的“客户已到达”便是一个典型的领域事件，因为它将用于触发下一步——“预留位置”操作；但是如果你建模的是咖啡结账系统，那么此时的“客户已到达”便没有多大存在的必要——你不可能在用户到达时就立即向客户要钱对吧，而”客户已下单“才是对结账系统有用的事件。 
 
在微服务（Microservices）架构实践中，人们大量地借用了DDD中的概念和技术，比如一个微服务应该对应DDD中的一个限界上下文（Bounded Context）；在微服务设计中应该首先识别出DDD中的聚合根（Aggregate Root）；还有在微服务之间集成时采用DDD中的防腐层（Anti-Corruption Layer, ACL）；我们甚至可以说DDD和微服务有着天生的默契。更多有关DDD的内容，请参考笔者的另一篇文章或参考《领域驱动设计》及《实现领域驱动设计》。 
 
在DDD中有一条原则：一个业务用例对应一个事务，一个事务对应一个聚合根，也即在一次事务中，只能对一个聚合根进行操作。但是在实际应用中，我们经常发现一个用例需要修改多个聚合根的情况，并且不同的聚合根还处于不同的限界上下文中。比如，当你在电商网站上买了东西之后，你的积分会相应增加。这里的购买行为可能被建模为一个订单（Order）对象，而积分可以建模成账户（Account）对象的某个属性，订单和账户均为聚合根，并且分别属于订单系统和账户系统。显然，我们需要在订单和积分之间维护数据一致性，然而在同一个事务中同时更新两者又违背了DDD设计原则，并且此时需要在两个不同的系统之间采用重量级的分布式事务（Distributed Transactioin，也叫XA事务或者全局事务）。另外，这种方式还在订单系统和账户系统之间产生了强耦合。通过引入领域事件，我们可以很好地解决上述问题。 
 
总的来说，领域事件给我们带来以下好处： 

1. 解耦微服务（限界上下文）

1. 帮助我们深入理解领域模型

1. 提供审计和报告的数据来源

1. 迈向事件溯源（Event Sourcing）和CQRS等

 
还是以上面的电商网站为例，当用户下单之后，订单系统将发出一个“用户已下单”的领域事件，并发布到消息系统中，此时下单便完成了。账户系统订阅了消息系统中的“用户已下单”事件，当事件到达时进行处理，提取事件中的订单信息，再调用自身的积分引擎（也有可能是另一个微服务）计算积分，最后更新用户积分。可以看到，此时的订单系统在发送了事件之后，整个用例操作便结束了，根本不用关心是谁收到了事件或者对事件做了什么处理。事件的消费方可以是账户系统，也可以是任何一个对事件感兴趣的第三方，比如物流系统。由此，各个微服务之间的耦合关系便解开了。值得注意的一点是，此时各个微服务之间不再是强一致性，而是基于事件的最终一致性。 
 

 
 
事件风暴（Event Storming） 
事件风暴是一项团队活动，旨在通过领域事件识别出聚合根，进而划分微服务的限界上下文。在活动中，团队先通过头脑风暴的形式罗列出领域中所有的领域事件，整合之后形成最终的领域事件集合，然后对于每一个事件，标注出导致该事件的命令（Command），再然后为每个事件标注出命令发起方的角色，命令可以是用户发起，也可以是第三方系统调用或者是定时器触发等。最后对事件进行分类整理出聚合根以及限界上下文。事件风暴还有一个额外的好处是可以加深参与人员对领域的认识。需要注意的是，在事件风暴活动中，领域专家是必须在场的。更多有关事件风暴的内容，请参考这里。 
 

 
 
 
 
创建领域事件 
领域事件应该回答“什么人什么时候做了什么事情”这样的问题，在实际编码中，可以考虑采用层超类型(Layer Supertype)来包含事件的某些共有属性： 
 

public abstract class Event {
private final UUID id;
private final DateTime createdTime;

public Event() {
this.id = UUID.randomUUID();
this.createdTime = new DateTime();
}
}

可以看到，领域事件还包含了ID，但是该ID并不是实体（Entity）层面的ID概念，而是主要用于事件追溯和日志。另外，由于领域事件描述的是过去发生的事情，我们应该将领域事件建模成不可变的（Immutable）。从DDD概念上讲，领域事件更像一种特殊的值对象（Value Object）。对于上文中提到的咖啡厅例子，创建“客户已到达”事件如下： 
 

public final class CustomerArrivedEvent extends Event {
private final int customerNumber;

public CustomerArrivedEvent(int customerNumber) {
super();
this.customerNumber = customerNumber;
}
}

 
在这个CustomerArrivedEvent事件中，除了继承自Event的属性外，还自定义了一个与该事件密切关联的业务属性——客户人数（customerNumber）——这样后续操作便可预留相应数目的座位了。另外，我们将所有属性以及CustomerArrivedEvent本身都声明成了final，并且不向外暴露任何可能修改这些属性的方法，这样便保证了事件的不变性。
 
 
发布领域事件 
在使用领域事件时，我们通常采用“发布-订阅”的方式来集成不同的模块或系统。在单个微服务内部，我们可以使用领域事件来集成不同的功能组件，比如在上文中提到的“用户注册之后向用户发送欢迎邮件”的例子中，注册组件发出一个事件，邮件发送组件接收到该事件后向用户发送邮件。 
 

 
 
在微服务内部使用领域事件时，我们不一定非得引入消息中间件（比如ActiveMQ等）。还是以上面的“注册后发送欢迎邮件”为例，注册行为和发送邮件行为虽然通过领域事件集成，但是他们依然发生在同一个线程中，并且是同步的。另外需要注意的是，在限界上下文之内使用领域事件时，我们依然需要遵循“一个事务只更新一个聚合根”的原则，违反之往往意味着我们对聚合根的拆分是错的。即便确实存在这样的情况，也应该通过异步的方式（此时需要引入消息中间件）对不同的聚合根采用不同的事务，此时可以考虑使用后台任务。
 
除了用于微服务的内部，领域事件更多的是被用于集成不同的微服务，如上文中的“电商订单”例子。 
 

 
 
通常，领域事件产生于领域对象中，或者更准确的说是产生于聚合根中。在具体编码实现时，有多种方式可用于发布领域事件。 
 
一种直接的方式是在聚合根中直接调用发布事件的Service对象。以上文中的“电商订单”为例，当创建订单时，发布“订单已创建”领域事件。此时可以考虑在订单对象的构造函数中发布事件： 
 

public class Order {
public Order(EventPublisher eventPublisher) {
//create order
//…
eventPublisher.publish(new OrderPlacedEvent());
}
}

 
 
注：为了把焦点集中在事件发布上，我们对Order对象做了简化，Order对象本身在实际编码中不具备参考性。 
 
可以看到，为了发布OrderPlacedEvent事件，我们需要将Service对象EventPublisher传入，这显然是一种API污染，即Order作为一个领域对象只需要关注和业务相关的数据，而不是诸如EventPublisher这样的基础设施对象。 另一种方法是由NServiceBus的创始人Udi Dahan提出来的，即在领域对象中通过调用EventPublisher上的静态方法发布领域事件：
 

public class Order {
public Order() {
//create order
//…
EventPublisher.publish(new OrderPlacedEvent());
}
}

 
这种方法虽然避免了API污染，但是这里的publish()静态方法将产生副作用，对Order对象的测试带来了难处。此时，我们可以采用“在聚合根中临时保存领域事件”的方式予以改进：
 

public class Order {

private List<Event> events;

public Order() {
//create order
//…
events.add(new OrderPlacedEvent());
}

public List<Event> getEvents() {
return events;
}

public void clearEvents() {
events.clear();

}
}

 
在测试Order对象时，我们便你可以通过验证events集合保证Order对象在创建时的确发布了OrderPlacedEvent事件：
 

@Test
public void shouldPublishEventWhenCreateOrder() {
Order order = new Order();
List<Event> events = order.getEvents();
assertEquals(1, events.size());
Event event = events.get(0);
assertTrue(event instanceof OrderPlacedEvent);
}

 
在这种方式中，聚合根对领域事件的保存只能是临时的，在对该聚合根操作完成之后，我们应该将领域事件发布出去并及时清空events集合。可以考虑在持久化聚合根时进行这样的操作，在DDD中即为资源库（Repository）：
 

public class OrderRepository {
private EventPublisher eventPublisher;

public void save(Order order) {
//save the order
//…
List<Event> events = order.getEvents();
events.forEach(event -> eventPublisher.publish(event));
order.clearEvents();
}
}

 
除此之外，还有一种与“临时保存领域事件”相似的做法是“在聚合根方法中直接返回领域事件”，然后在Repository中进行发布。这种方式依然有很好的可测性，并且开发人员不用手动清空先前的事件集合，不过还是得记住在Repository中将事件发布出去。另外，这种方式不适合创建聚合根的场景，因为此时的创建过程既要返回聚合根本身，又要返回领域事件。
 
 这种方式也有不好的地方，比如它要求开发人员在每次更新聚合根时都必须记得清空events集合，忘记这么做将为程序带来严重的bug。不过虽然如此，这依然是笔者比较推荐的方式。 
 
业务操作和事件发布的原子性 
虽然在不同聚合根之间我们采用了基于领域事件的最终一致性，但是在业务操作和事件发布之间我们依然需要采用强一致性，也即这两者的发生应该是原子的，要么全部成功，要么全部失败，否则最终一致性根本无从谈起。以上文中“订单积分”为例，如果客户下单成功，但是事件发送失败，下游的账户系统便拿不到事件，导致最终客户的积分并不增加。 
 
要保证业务操作和事件发布之间的原子性，最直接的方法便是采用XA事务，比如Java中的JTA，这种方式由于其重量级并不被人们所看好。但是，对于一些对性能要求不那么高的系统，这种方式未尝不是一个选择。一些开发框架已经能够支持独立于应用服务器的XA事务管理器（如Atomikos 和Bitronix），比如Spring Boot作为一个微服务框架便提供了对Atomikos和Bitronix的支持。 
 
如果JTA不是你的选项，那么可以考虑采用事件表的方式。这种方式首先将事件保存到聚合根所在的数据库中，由于事件表和聚合根表同属一个数据库，整个过程只需要一个本地事务就能完成。然后，在一个单独的后台任务中读取事件表中未发布的事件，再将事件发布到消息中间件中。 
 

 
 
这种方式需要注意两个问题，第一个是由于发布了事件之后需要将表中的事件标记成“已发布”状态，即依然涉及到对数据库的操作，因此发布事件和标记“已发布”之间需要原子性。当然，此时依旧可以采用XA事务，但是这违背了采用事件表的初衷。一种解决方法是将事件的消费方创建成幂等的，即消费方可以多次消费同一个事件。这个过程大致为：整个过程中事件发送和数据库更新采用各自的事务管理，此时有可能发生的情况是事件发送成功而数据库更新失败，这样在下一次事件发布操作中，由于先前发布过的事件在数据库中依然是“未发布”状态，该事件将被重新发布到消息系统中，导致事件重复，但由于事件的消费方是幂等的，因此事件重复不会存在问题。 
 
另外一个需要注意的问题是持久化机制的选择。其实对于DDD中的聚合根来说，NoSQL是相比于关系型数据库更合适的选择，比如用MongoDB的Document保存聚合根便是种很自然的方式。但是多数NoSQL是不支持ACID的，也就是说不能保证聚合更新和事件发布之间的原子性。还好，关系型数据库也在向NoSQL方向发展，比如新版本的PostgreSQL(版本9.4)和MySQL（版本5.7）已经能够提供具备NoSQL特征的JSON存储和基于JSON的查询。此时，我们可以考虑将聚合根序列化成JSON格式的数据进行保存，从而避免了使用重量级的ORM工具，又可以在多个数据之间保证ACID，何乐而不为？ 
 
总结
领域事件主要用于解耦微服务，此时各个微服务之间将形成最终一致性。事件风暴活动有助于我们对微服务进行拆分，并且有助于我们深入了解某个领域。领域事件作为已经发生过的历史数据，在建模时应该将其创建为不可变的特殊值对象。存在多种方式用于发布领域事件，其中“在聚合中临时保存领域事件”的方式是值得推崇的。另外，我们需要考虑到聚合更新和事件发布之间的原子性，可以考虑使用XA事务或者采用单独的事件表。为了避免事件重复带来的问题，最好的方式是将事件的消费方创建为幂等的。