編譯 | 朱先忠

策劃 | Ethan

日常開發(fā)中，我們通常會在同一個體系架構(gòu)中部署了多個不同角色的應(yīng)用程序，而這些應(yīng)用程序需要某種機制來通知彼此發(fā)生了哪些事件。這些事件可能是臨時的（在運行時臨時所做的更改），也可能是數(shù)據(jù)庫事件（由于數(shù)據(jù)庫中的更改）。如何應(yīng)對這種復(fù)雜多變的分布式事件，一直是件相當(dāng)棘手的問題。而這正是發(fā)布-訂閱設(shè)計模式的用武之地。

眾所周知，發(fā)布-訂閱模式在眾多設(shè)計模式中，可能是最常見、最有名的一個了。它定義了一種一對多的關(guān)系，讓多個訂閱者對象同時監(jiān)聽某一個主題對象，當(dāng)這個主題對象的狀態(tài)發(fā)生變化時就會通知所有訂閱自己的訂閱者對象，使得他們能夠自動更新自己。

在“發(fā)布-訂閱”的消息傳遞范式中，消息的發(fā)送者（發(fā)布者）并不知道預(yù)期的收件人（訂閱者）。此外，發(fā)布者和訂閱者應(yīng)用程序之間并不直接交互，而是依賴于稱為“主題”的公共媒體。因此，發(fā)布-訂閱模式是一個松散耦合的消息傳遞cdxxd模型。

正是基于這些特性，發(fā)布-訂閱模式（簡稱為“發(fā)布/訂閱”）成為了構(gòu)建企業(yè)級.NET應(yīng)用程序不可或缺的工具。

分布式事件驅(qū)動架構(gòu)探索

為了設(shè)計分布式事件驅(qū)動體系架構(gòu)，開發(fā)人員以往傾向于采用以下方案之一。

1、RDBMS提供數(shù)據(jù)通知

如果數(shù)據(jù)存儲僅限于關(guān)系數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫通知功能的確可以做到。除了允許向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器注冊事件外，該功能還會在數(shù)據(jù)庫結(jié)果集因更新、添加或刪除而發(fā)生更改時，通知到應(yīng)用程序側(cè)。

但這里有一個問題，RDBMS本質(zhì)上是不可擴展的，很容易成為應(yīng)用程序的性能瓶頸。典型情況下，開發(fā)者不想讓數(shù)據(jù)庫承擔(dān)不必要的額外任務(wù)。此外，數(shù)據(jù)庫通知功能本身速度也較慢，而且不支持運行時數(shù)據(jù)共享。

這就不難理解，將數(shù)據(jù)庫用作消息傳遞介質(zhì)并不是最佳設(shè)計選擇。

2、消息隊列

另一種選擇是在體系架構(gòu)中引入單獨的消息隊列。雖然這些消息隊列在幫助您在應(yīng)用程序之間傳輸消息方面做得很好，但這些隊列并不是以數(shù)據(jù)為中心的，即它們不監(jiān)視數(shù)據(jù)庫或任何其他源中的數(shù)據(jù)更改。此外，這些消息隊列無法與應(yīng)用層一起擴展。

3、自定義解決方案

剩下的最后一個選擇是，打造適合自己需要的消息平臺。定制解決方案這個想法乍一看很誘人，但是在所需的時間和資源方面都可能難以預(yù)估，因為構(gòu)建和管理一個健壯且可擴展的消息傳遞平臺是一項非常艱巨的任務(wù)。

問題癥結(jié)在于：究竟哪種解決方案更易于合并、可擴展、高可用且非常可靠？?

以分布式緩存作為消息傳遞平臺

這里分享一種使用分布式緩存消息傳遞平臺NCache。事實證明，這不僅是一個簡單可行的解決辦法，而且也是整合健壯消息傳遞平臺的一種更現(xiàn)代化的方法。NCache是目前市場上提供的唯一真正的本地.NET/.NET內(nèi)核分布式緩存。它是一種內(nèi)存中的分布式緩存技術(shù)，速度極快，可擴展性極強。它使應(yīng)用程序能夠處理極端的事務(wù)負(fù)載，而不會使數(shù)據(jù)庫成為瓶頸。此外，您還可以使用NCache以實時方式來處理數(shù)據(jù)/流。

NCache通常部署在N層體系架構(gòu)的中間層。下圖給出其所在架構(gòu)層次的更直觀的展示。

圖1：N層體系架構(gòu)中部署的NCache

NCache是一個緩存服務(wù)器集群，能夠每秒為.NET應(yīng)用以及Java應(yīng)用提供數(shù)萬個請求——通過將經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)保存在內(nèi)存中，從而有效避免大量的數(shù)據(jù)庫訪問。

下面，深入分析一下NCache。首先，讓我們看看NCache作為事件驅(qū)動體系架構(gòu)的消息總線的原理。

1、NCache事件驅(qū)動消息

下圖顯示了NCache是如何作為.NET和Java應(yīng)用程序的消息總線功能的。

圖2：NCache作為消息傳遞平臺

在上圖架構(gòu)中，NCache通過使用快速緊湊序列化來實現(xiàn)跨平臺通信，該序列化可以轉(zhuǎn)換.NET或Java對象轉(zhuǎn)換為二進制文件，然后將它們傳輸?shù)骄彺婕?。所以，這就給出了NCache如何支持.NET應(yīng)用程序與Java應(yīng)用程序進行交互的內(nèi)在邏輯。有關(guān)這方面更多信息，請自行搜索查看可移植的數(shù)據(jù)類型相關(guān)內(nèi)容。

NCache以事件的名稱管理發(fā)布/訂閱設(shè)計模式，并提供不同的方法將消息傳播到其他偵聽?wèi)?yīng)用程序。讓我們看看這兩種消息類型，從而了解分布式緩存是如何傳播它們的。

首先，考慮應(yīng)用程序需要偵聽的數(shù)據(jù)變化。因為NCache也是使用.NET鍵值存儲技術(shù)，它提供在緩存中發(fā)生任何數(shù)據(jù)變化時更新應(yīng)用程序的功能。因為所有這些都發(fā)生在內(nèi)存中，所以不存在性能瓶頸問題。這些數(shù)據(jù)變化可以是：

• 緩存級項目變化，無論是更新還是刪除
• 整個緩存級數(shù)據(jù)變化
• 連續(xù)查詢，您可以在其中注冊一個類似SQL的查詢，以監(jiān)視結(jié)果集是否在緩存中更改。如果確實如此，則會通知應(yīng)用程序
• 如果由于任何新節(jié)點添加或刪除或崩潰導(dǎo)致的集群發(fā)生更改。（對于管理方面來說）

NCache還允許數(shù)據(jù)庫的依賴關(guān)系注冊，包括SQL、Oracle和OleDb等。這有助于使數(shù)據(jù)庫以及應(yīng)用程序的緩存數(shù)據(jù)保持最新。有關(guān)支持的依賴關(guān)系類型的完整列表，請檢查數(shù)據(jù)庫依賴關(guān)系內(nèi)容，在此不再贅述。這些依賴項是在不同的數(shù)據(jù)存儲中注冊的數(shù)據(jù)變化通知；但是，可以讓NCache處理它。您還可以將數(shù)據(jù)庫通知與NCache數(shù)據(jù)通知相結(jié)合，以便進一步豐富項目構(gòu)建策略。

另一方面，如果您只想將簡單消息傳播到復(fù)雜的.NET或Java對象，那么你應(yīng)該使用自定義消息傳遞功能。在這里，一個應(yīng)用程序可以生成數(shù)據(jù)并觸發(fā)事件，而感興趣的偵聽器幾乎會在瞬間接收到事件。有關(guān)這方面的更多信息，讀者可以自行查看自定義事件相關(guān)的文章。

2、NCache發(fā)布/訂閱API

NCache提供了內(nèi)存發(fā)布者/訂閱者（發(fā)布/訂閱）功能和專用的發(fā)布/訂閱消息存儲，以支持.NET Web應(yīng)用程序中的實時信息共享，最終幫助應(yīng)用程序更好地通信。

發(fā)布/訂閱模式通過提供一個由感興趣的用戶發(fā)布和訂閱消息的渠道，自然地將發(fā)布者和訂閱者解耦。現(xiàn)在，當(dāng)NCache充當(dāng)消息傳遞總線時，發(fā)布/訂閱模型受益于底層NCache分布式體系架構(gòu)和許多方便的功能。

3、基本架構(gòu)

先來了解一下NCache發(fā)布/訂閱的基本組件及其工作原理。NCache發(fā)布/訂閱消息的一般流程如下：首先，由發(fā)布者使用ITopic接口發(fā)布主題消息。接下來，訂閱者可以創(chuàng)建對一個或多個主題的訂閱，并接收相關(guān)消息。成功傳遞消息后，NCache將收到確認(rèn)；否則，NCache將在消息過期之前繼續(xù)重試（如果設(shè)置了過期信息）。未送達(dá)的消息將駐留在緩存中，直到過期消息被觸發(fā)，請參考下圖示意。

圖3：NCache發(fā)布/訂閱消息機制

4、訂閱類型

NCache為發(fā)布/訂閱消息提供了兩種不同類型的訂閱，即非持久訂閱和持久訂閱。此外，NCache支持獨占和共享訂閱策略。下文將討論相關(guān)細(xì)節(jié)。

• 非持久訂閱：默認(rèn)情況下，在主題上創(chuàng)建的所有訂閱都是非持久訂閱。它僅在保持連接之前將預(yù)期消息傳送給訂閱者。如果訂閱者的連接因任何原因而丟失，則不會在重新加入網(wǎng)絡(luò)時收到舊消息。這種類型的訂閱是獨占的，這意味著一個訂閱僅屬于一個訂閱者
• 持久訂閱：它考慮了訂閱者斷開連接時的消息丟失。NCache在連接丟失時保留訂閱者的訂閱。因此，訂閱者可以在重新連接時接收其所發(fā)布的感興趣的消息

持久訂閱提供了兩種策略：

• 獨占式：一次一個訂閱僅屬于一個活動的訂閱方
• 共享式：一個訂閱可以同時注冊多個訂閱者，并提供負(fù)載共享

NCahce發(fā)布/訂閱應(yīng)用案例

假設(shè)有一家電子商務(wù)商店，不同供應(yīng)商定期向該商店提供新產(chǎn)品。同時，還提供產(chǎn)品的銷售和優(yōu)惠。對所提供產(chǎn)品感興趣的門店經(jīng)理和客戶需要隨時了解新產(chǎn)品、待售產(chǎn)品和折扣的最新情況。NCache發(fā)布/訂閱功能可以在此場景中啟用分布式通知系統(tǒng)。為此，可以首先創(chuàng)建NCache專用的發(fā)布/訂閱消息存儲。

接下來，讓我們討論一下在上述場景中通過使用NCache發(fā)布/訂閱消息API實現(xiàn)分布式消息的逐步過程。

1、創(chuàng)建主題

作為第一步，需要創(chuàng)建一個主題，以便不同供應(yīng)商可以發(fā)布新產(chǎn)品的更新?？梢允褂肗Cache中的ITopic接口創(chuàng)建一個具有唯一名稱的新主題。下面的代碼展示了發(fā)布方應(yīng)用程序如何使用方法CreateTopic來創(chuàng)建一個名為newProducts的主題。

//前提條件：緩存已連接
//指定主題名稱
string topicName = “newProducts”
//創(chuàng)建主題
ITopic topic = cache.MessagingService.CreateTopic(topicName);

如果已經(jīng)存在具有所提供名稱的主題，則該主題的實例將作為ITopic返回。

NCache允許在創(chuàng)建主題時設(shè)置主題優(yōu)先級。當(dāng)某些事件需要以比其他事件更高的優(yōu)先級進行溝通時，這很有用。例如，有關(guān)制成品的信息就是很緊急的；同樣，由于折扣或銷售導(dǎo)致的產(chǎn)品價格更新對于賣方/買方來說也是最重要的。在這種情況下，可以在創(chuàng)建主題時將主題優(yōu)先級設(shè)置為高，并且可以毫不延遲地接收相關(guān)通知。

2、發(fā)布消息

創(chuàng)建主題后，發(fā)布方應(yīng)用程序可以使用Publish方法將相關(guān)消息發(fā)布到該主題。為此，首先通過指定主題名稱來獲取主題的實例。NCache在發(fā)布消息時提供以下兩種傳遞模式：

• All（默認(rèn)）：將消息傳遞給所有注冊訂閱者。當(dāng)需要廣播信息時，這很有用。
• Any：將消息傳遞給任何注冊訂閱者。

此外，為了有效地管理你的發(fā)布/訂閱緩存的存儲空間，你還可以設(shè)置消息的過期時間。

在以下代碼中，發(fā)布者將在現(xiàn)有主題newProducts上廣播有關(guān)新產(chǎn)品的消息。

//前提條件：緩存已連接
//主題“newProducts”已創(chuàng)建
string topicName = "newProducts"
//獲取主題
ITopic productTopic = cache.MessagingService.GetTopic(topicName);
//創(chuàng)建要在消息中發(fā)送的對象
Product product = FetchProductFromDB(10248);
//創(chuàng)建相應(yīng)于對象順序的新消息

3、訂閱主題消息

創(chuàng)建主題后，訂閱者應(yīng)用程序可以通過獲得訂閱來接收發(fā)布到該主題的消息。由于支持不同類型的訂閱，因此對非持久訂閱感興趣的訂閱者可以使用CreateSubscription方法；對于持久訂閱，則可以使用CreateDurableSubscription方法。

下面的代碼顯示訂閱者應(yīng)用程序如何為主題newProducts創(chuàng)建訂閱。MessageReceived注冊回調(diào)以在收到通知時執(zhí)行任何預(yù)期操作。例如，訂閱者可以在收到銷售通知時在MessageReceived回調(diào)中更新產(chǎn)品價格。

//前提條件：緩存已連接
//主題“newProducts”已創(chuàng)建
string topicName = "newProducts"
//獲取主題
ITopic productTopic = cache.MessagingService.GetTopic(topicName);
//創(chuàng)建并注冊主題newProducts的訂閱者
//指定回調(diào)函數(shù)MessageReceived
ITopicSubscription orderSubscriber = orderTopic.CreateSubscription(MessageReceived);

在上面的示例中，創(chuàng)建了一個非持久訂閱。此外，當(dāng)需要在重新連接時從訂閱的主題接收舊消息時，訂閱者可以創(chuàng)建持久訂閱。

NCache還提供了一種基于模式的訂閱方法，其中NCache支持多個通配符來訂閱所提供模式下的單個/多個主題。

4、注冊通知

NCache使發(fā)布者能夠了解消息的狀態(tài)和主題的可用性。發(fā)布者應(yīng)用程序可以注冊以下通知：

• MessageDeliveryFailure：如果消息因任何問題而無法傳遞，則通知發(fā)布者
• OnTopicDeleted：當(dāng)消息被刪除時通知發(fā)布者

以下是發(fā)布者注冊這兩種通知的簡單方式：

//您有一個現(xiàn)有主題的實例productTopic
//注冊消息傳遞失敗
productTopic.MessageDeliveryFailure += OnFailureMessageReceived;
//注冊主題刪除通知
productTopic.OnTopicDeleted = TopicDeleted;

通過遵循上述步驟，可以將基本的發(fā)布/訂閱消息體系架構(gòu)集成到任何一款A(yù)SP.NET或者.NET核心應(yīng)用程序中。

總結(jié)    

至此，總結(jié)一下NCache發(fā)布/訂閱模式為克服現(xiàn)有解決方案中存在的局限性提供了哪些好處。

• 由于具有線性可擴展性，NCache發(fā)布/訂閱可以通過添加緩存服務(wù)器和頻繁地執(zhí)行負(fù)載平衡來處理越來越多的訂閱請求。該伸縮特征對用戶透明，而且不會妨礙通信過程。因此，您可以使用NCache發(fā)布/訂閱模式來輕松擴展通信性能。
• NCache發(fā)布/訂閱有助于持久訂閱、消息傳遞失效和傳遞失敗通知，以避免消息丟失。此外，NCache的分布式和復(fù)制體系架構(gòu)確保了NCache的高可用性，以適應(yīng)動態(tài)環(huán)境中訂閱者的連接。所有這些功能確保了可靠的通信。
• 由于NCache是內(nèi)存中的分布式緩存，因此駐留在緩存中的消息存儲本身就很快。此外，NCache允許對駐留在緩存中的數(shù)據(jù)項指定是否過期，以便智能地管理存儲空間。

NCache的可擴展性、可靠性和存儲效率，以及發(fā)布/訂閱的松耦合和異步消息傳遞模式，使得NCache發(fā)布/訂閱功能在未來的.NET/NET核心應(yīng)用程序分布式消息傳遞開發(fā)中極具前景。

原文鏈接：https://dzone.com/articles/pubsub-design-pattern-in-net-distributed-cache

譯者介紹

朱先忠，51CTO社區(qū)編輯，51CTO專家博客、講師，濰坊一所高校計算機教師，自由編程界老兵一枚。早期專注各種微軟技術(shù)（編著成ASP.NET AJX、Cocos 2d-X相關(guān)三本技術(shù)圖書），近十多年投身于開源世界（熟悉流行全棧Web開發(fā)技術(shù)），了解基于OneNet/AliOS+Arduino/ESP32/樹莓派等物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)技術(shù)與Scala+Hadoop+Spark+Flink等大數(shù)據(jù)開發(fā)技術(shù)。