穩(wěn)??！基于 Spring Boot 的事務(wù)外包模式構(gòu)建可靠微服務(wù)
隨著軟件架構(gòu)的不斷演變，微服務(wù)架構(gòu) 成為解決系統(tǒng)復(fù)雜性和增強(qiáng)可擴(kuò)展性的主要方式。然而，微服務(wù)架構(gòu)也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，尤其是在分布式環(huán)境下保證數(shù)據(jù)一致性和可靠性。隨著業(yè)務(wù)流程的復(fù)雜化，服務(wù)之間需要頻繁地交互、共享數(shù)據(jù)以及發(fā)送消息，這就帶來(lái)了“分布式事務(wù)”問(wèn)題。如果某個(gè)服務(wù)在更新數(shù)據(jù)庫(kù)后需要立即通知其他服務(wù)，而在通知過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，例如消息發(fā)送失敗或網(wǎng)絡(luò)故障，那么系統(tǒng)可能會(huì)陷入不一致?tīng)顟B(tài)。
在這種情況下，簡(jiǎn)單的事務(wù)控制（如本地事務(wù)）無(wú)法有效地解決跨服務(wù)的數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題。為了解決這個(gè)挑戰(zhàn)，事務(wù)外包（Transactional Outbox）模式 被提出，以確保服務(wù)在處理數(shù)據(jù)庫(kù)操作時(shí)，同時(shí)能夠可靠地發(fā)送消息，從而解決了數(shù)據(jù)庫(kù)與消息隊(duì)列之間的不一致問(wèn)題。
什么是事務(wù)外包模式？
事務(wù)外包模式 是一種保證數(shù)據(jù)庫(kù)操作與消息傳遞之間一致性的設(shè)計(jì)模式。它的核心思想是將所有需要發(fā)送的消息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，將其與數(shù)據(jù)庫(kù)操作綁定在同一事務(wù)內(nèi)。這樣，當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)操作成功提交時(shí)，消息也會(huì)被持久化到數(shù)據(jù)庫(kù)，后續(xù)通過(guò)定時(shí)任務(wù)或事件輪詢(xún)機(jī)制將這些消息發(fā)送到消息系統(tǒng)，如 Kafka、RabbitMQ 或其他外部系統(tǒng)。
傳統(tǒng)的分布式事務(wù)通過(guò)兩階段提交（2PC）來(lái)保證一致性，但兩階段提交會(huì)帶來(lái)較大的性能開(kāi)銷(xiāo)，且難以處理網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)故障。相比之下，事務(wù)外包模式提供了一種高效、靈活的替代方案：
- 事務(wù)一致性：通過(guò)將消息和數(shù)據(jù)庫(kù)操作放在同一事務(wù)內(nèi)，保證它們要么同時(shí)成功，要么同時(shí)失敗。
- 異步處理：消息可以通過(guò)異步方式發(fā)送到消息隊(duì)列，避免對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)操作產(chǎn)生延遲。
- 高可用性和容錯(cuò)性：即使在消息系統(tǒng)不可用的情況下，消息依然能夠可靠地保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，等待消息系統(tǒng)恢復(fù)后發(fā)送。
通過(guò)這種方式，我們可以在保持服務(wù)間松耦合的同時(shí)，確保分布式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)一致性和高可用性。
事務(wù)外包模式的工作原理
- 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與消息一起持久化：當(dāng)一個(gè)服務(wù)執(zhí)行數(shù)據(jù)庫(kù)操作時(shí)，消息并不會(huì)立即發(fā)送，而是與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)一起存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)的 Outbox 表中。這樣，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和消息的持久化在同一個(gè)事務(wù)中被處理，確保兩者的一致性。
- 定時(shí)輪詢(xún)消息表：系統(tǒng)會(huì)通過(guò)定時(shí)任務(wù)輪詢(xún) Outbox 表，查找未發(fā)送的消息，并將其發(fā)送到目標(biāo)消息系統(tǒng)（如 Kafka 或 RabbitMQ）。
- 消息傳遞確認(rèn)：當(dāng)消息成功發(fā)送后，Outbox 表中的相應(yīng)記錄會(huì)被刪除或標(biāo)記為已處理。
這種模式的核心思想是將消息的可靠傳遞變成一個(gè)可控的、異步的過(guò)程，并通過(guò)持久化機(jī)制保證即使消息系統(tǒng)暫時(shí)不可用，也不會(huì)丟失消息。
運(yùn)行效果：
圖片
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Spring Boot 實(shí)現(xiàn)事務(wù)外包模式
項(xiàng)目基礎(chǔ)配置
為了實(shí)現(xiàn)事務(wù)外包模式，我們將使用 Spring Boot、JPA、Lombok 和 Thymeleaf，并通過(guò)定時(shí)任務(wù)來(lái)輪詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)中的 Outbox 表。下面的 pom.xml 配置了項(xiàng)目所需的依賴(lài)：
<?xml versinotallow="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
<modelVersion>4.0.0</modelVersion>
<parent>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
<version>3.3.4</version>
<relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
</parent>
<groupId>com.icoderoad</groupId>
<artifactId>outbox</artifactId>
<version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
<name>outbox</name>
<description>Demo project for Spring Boot</description>
<properties>
<java.version>17</java.version>
</properties>
<dependencies>
<!-- Spring Boot Starter Dependencies -->
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-data-jpa</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>
<!-- Thymeleaf -->
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-thymeleaf</artifactId>
</dependency>
<!-- Lombok -->
<dependency>
<groupId>org.projectlombok</groupId>
<artifactId>lombok</artifactId>
<scope>provided</scope>
</dependency>
<!-- 數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)依賴(lài) -->
<dependency>
<groupId>com.mysql</groupId>
<artifactId>mysql-connector-j</artifactId>
<scope>runtime</scope>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
<scope>test</scope>
</dependency>
</dependencies>
<build>
<plugins>
<plugin>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
</plugin>
</plugins>
</build>
</project>application.yaml 配置
我們使用 Mysql 數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行持久化，yaml 文件配置了數(shù)據(jù)庫(kù)連接和 Outbox 的輪詢(xún)間隔。
spring:
datasource:
driver-class-name: com.mysql.cj.jdbc.Driver
url: jdbc:mysql://localhost:3306/mydb?useSSL=false&allowPublicKeyRetrieval=true&serverTimeznotallow=UTC
username: root
password: root
jpa:
hibernate:
ddl-auto: update
show-sql: true
outbox:
polling-interval: 1000 # 設(shè)置輪詢(xún)間隔為 1 秒使用 @ConfigurationProperties 讀取配置
為了方便管理和修改輪詢(xún)間隔等配置項(xiàng)，我們使用 @ConfigurationProperties 注解將配置文件中的屬性注入到 Java 類(lèi)中。
package com.icoderoad.outbox.config;
import org.springframework.boot.context.properties.ConfigurationProperties;
import org.springframework.stereotype.Component;
import lombok.Data;
@Data
@Component
@ConfigurationProperties(prefix = "outbox")
public class OutboxProperties {
private long pollingInterval;
}實(shí)現(xiàn)事務(wù)外包模式
在 Spring Boot 中，事務(wù)外包模式可以通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)庫(kù)表（如 OutboxEvent）來(lái)持久化所有未處理的消息。每次有業(yè)務(wù)操作時(shí)，生成相應(yīng)的事件并持久化到數(shù)據(jù)庫(kù)表中，然后通過(guò)定時(shí)任務(wù)處理這些事件。
數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)體類(lèi)
package com.icoderoad.outbox.entity;
import jakarta.persistence.Entity;
import jakarta.persistence.GeneratedValue;
import jakarta.persistence.GenerationType;
import jakarta.persistence.Id;
import lombok.Data;
@Data
@Entity
public class OutboxEvent {
@Id
@GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
private Long id;
private String aggregateType;
private String aggregateId;
private String eventType;
private String payload; // 存儲(chǔ)事件內(nèi)容
}Order 類(lèi)實(shí)現(xiàn)
package com.icoderoad.outbox.entity;
import jakarta.persistence.Entity;
import jakarta.persistence.GeneratedValue;
import jakarta.persistence.GenerationType;
import jakarta.persistence.Id;
import jakarta.persistence.Table;
import lombok.Data;
@Data
@Entity
@Table(name = "orders")
public class Order {
@Id
@GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
private Long id;
private String orderName; // 訂單名稱(chēng)
}OrderRepository 類(lèi)實(shí)現(xiàn)
package com.icoderoad.outbox.repository;
import org.springframework.data.jpa.repository.JpaRepository;
import org.springframework.stereotype.Repository;
import com.icoderoad.outbox.entity.Order;
@Repository
public interface OrderRepository extends JpaRepository<Order, Long> {
}OutboxEventRepository 類(lèi)實(shí)現(xiàn)
package com.icoderoad.outbox.repository;
import org.springframework.data.jpa.repository.JpaRepository;
import org.springframework.stereotype.Repository;
import com.icoderoad.outbox.entity.OutboxEvent;
@Repository
public interface OutboxEventRepository extends JpaRepository<OutboxEvent, Long> {
// 這里可以定義自定義查詢(xún)方法，例如查詢(xún)未處理的事件等
// List<OutboxEvent> findByProcessedFalse();
}業(yè)務(wù)服務(wù)類(lèi)
業(yè)務(wù)邏輯中，當(dāng)執(zhí)行訂單操作時(shí)，事件不會(huì)直接發(fā)送，而是先持久化到 Outbox 表中。
package com.icoderoad.outbox.service;
import org.springframework.stereotype.Service;
import org.springframework.transaction.annotation.Transactional;
import com.icoderoad.outbox.entity.Order;
import com.icoderoad.outbox.entity.OutboxEvent;
import com.icoderoad.outbox.repository.OrderRepository;
import com.icoderoad.outbox.repository.OutboxEventRepository;
@Service
public class OrderService {
private final OrderRepository orderRepository;
private final OutboxEventRepository outboxEventRepository;
public OrderService(OrderRepository orderRepository, OutboxEventRepository outboxEventRepository) {
this.orderRepository = orderRepository;
this.outboxEventRepository = outboxEventRepository;
}
@Transactional
public void placeOrder(Order order) {
// 先保存訂單信息，確保生成 ID
Order savedOrder = orderRepository.save(order);
// 保存訂單之后，才能獲取訂單的 ID
OutboxEvent event = new OutboxEvent();
event.setAggregateType("Order");
event.setAggregateId(savedOrder.getId().toString()); // 使用保存后的訂單 ID
event.setEventType("OrderCreated");
event.setPayload(savedOrder.toString()); // 可以根據(jù)需要將訂單信息序列化成 JSON
// 保存事件信息
outboxEventRepository.save(event);
}
}定時(shí)輪詢(xún)?nèi)蝿?wù)
定時(shí)任務(wù)用于從 Outbox 表中讀取未處理的事件并將其發(fā)送至消息隊(duì)列。
package com.icoderoad.outbox.poller;
import java.util.List;
import org.springframework.scheduling.annotation.Scheduled;
import org.springframework.stereotype.Component;
import com.icoderoad.outbox.entity.OutboxEvent;
import com.icoderoad.outbox.repository.OutboxEventRepository;
@Component
public class OutboxPoller {
private final OutboxEventRepository outboxEventRepository;
public OutboxPoller(OutboxEventRepository outboxEventRepository) {
this.outboxEventRepository = outboxEventRepository;
}
@Scheduled(fixedDelayString = "${outbox.polling-interval}")
public void pollOutbox() {
List<OutboxEvent> events = outboxEventRepository.findAll();
for (OutboxEvent event : events) {
// 發(fā)送消息至消息隊(duì)列
// messageQueue.send(event);
// 刪除或標(biāo)記為已處理
outboxEventRepository.delete(event);
}
}
}后端控制器
package com.icoderoad.outbox.controller;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import org.springframework.web.bind.annotation.PostMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestBody;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import com.icoderoad.outbox.entity.Order;
import com.icoderoad.outbox.service.OrderService;
@RestController
@RequestMapping("/api/orders")
public class OrderController {
private final OrderService orderService;
public OrderController(OrderService orderService) {
this.orderService = orderService;
}
@PostMapping
public Map<String, String> placeOrder(@RequestBody Order order) {
orderService.placeOrder(order);
Map<String, String> response = new HashMap<>();
response.put("status", "success");
response.put("message", "訂單提交成功！");
return response;
}
}前端實(shí)現(xiàn)
使用 Thymeleaf 渲染頁(yè)面，并使用 JQuery 通過(guò) AJAX 請(qǐng)求后端 API，將結(jié)果以 Bootstrap 風(fēng)格的提示框顯示。
在 src/main/resources/templates 目錄下創(chuàng)建 index.html 文件：
<!DOCTYPE html>
<html xmlns:th="http://www.thymeleaf.org">
<head>
<title>訂單頁(yè)面</title>
<link rel="stylesheet" >
<script src="http://code.jquery.com/jquery-3.6.0.min.js"></script>
</head>
<body>
<div class="container">
<h2>訂單表單</h2>
<div class="alert alert-success" id="success-alert" style="display: none;"></div>
<div class="alert alert-danger" id="error-alert" style="display: none;"></div>
<form id="orderForm">
<div class="mb-3">
<label for="orderName" class="form-label">訂單名稱(chēng)</label>
<input type="text" class="form-control" id="orderName" name="orderName">
</div>
<button type="submit" class="btn btn-primary">提交訂單</button>
</form>
</div>
<script>
$(document).ready(function() {
$('#orderForm').on('submit', function(event) {
event.preventDefault();
var orderData = {
orderName: $('#orderName').val()
};
$.ajax({
url: '/api/orders',
type: 'POST',
contentType: 'application/json',
data: JSON.stringify(orderData),
success: function(response) {
$('#success-alert').text(response.message).show();
$('#error-alert').hide();
},
error: function() {
$('#error-alert').text('訂單提交失??！').show();
$('#success-alert').hide();
}
});
});
});
</script>
</body>
</html>總結(jié)
事務(wù)外包模式 提供了一種簡(jiǎn)潔高效的解決方案，確保在微服務(wù)架構(gòu)下的消息傳遞和數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題。通過(guò)將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和事件存儲(chǔ)在同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)中，并結(jié)合定時(shí)輪詢(xún)機(jī)制將事件發(fā)送至消息隊(duì)列，開(kāi)發(fā)者能夠輕松處理分布式環(huán)境中的一致性挑戰(zhàn)。與傳統(tǒng)的兩階段提交相比，事務(wù)外包模式提供了更好的可擴(kuò)展性、性能和可靠性。
同時(shí)，本文通過(guò)前后端結(jié)合的方式展示了如何使用 Thymeleaf、JQuery 和 Bootstrap 實(shí)現(xiàn)一個(gè)訂單系統(tǒng)。這種架構(gòu)可以進(jìn)一步擴(kuò)展，如支持更復(fù)雜的消息系統(tǒng)或集成更多服務(wù)，以滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)需求。
