CQRS (command query responsibility segregation) – a programtervezési minta működése és célja

A CQRS (Command Query Responsibility Segregation) egy programtervezési minta, amely az alkalmazás olvasási (query) és írási (command) műveleteit szétválasztja. Ez azt jelenti, hogy nem egyetlen adathalmazt használunk mindkét célra, hanem különálló modelleket. A hagyományos architektúrákban, ahol a CRUD (Create, Read, Update, Delete) műveletek egyetlen adatmodellre épülnek, a komplexitás növekedésével nehézkessé válhat a rendszer karbantartása és optimalizálása.

A CQRS célja, hogy ezt a komplexitást csökkentse azáltal, hogy külön felelősségi köröket definiál az adatlekérdezések és az adatmanipulációk számára.

A CQRS alkalmazása lehetővé teszi a fejlesztők számára, hogy a lekérdezési oldalt (query side) optimalizálják az olvasási teljesítményre, míg a parancs oldalt (command side) a tranzakciós konzisztenciára és az adatvédelemre. Például, egy webshopban a termékek listájának megjelenítése egy optimalizált lekérdezési modellel történhet, míg a rendelések leadása egy külön, tranzakcióbiztos parancs modellel.

A CQRS nem egy építészeti minta, hanem egy elv. Az implementáció során különböző minták és technológiák használhatók, például az Event Sourcing. Az Event Sourcing egy olyan megközelítés, ahol az alkalmazás állapotát az események sorozatából rekonstruáljuk. Ez különösen hasznos lehet a parancs oldalon, ahol az események naplózása lehetővé teszi a rendszer állapotának visszaállítását és az auditálást.

Bár a CQRS növelheti a rendszer komplexitását, a hosszú távú előnyei jelentősek lehetnek.

• Skálázhatóság: Az olvasási és írási oldalak külön skálázhatók.
• Teljesítmény: A lekérdezési oldalt optimalizálhatjuk a gyorsabb olvasási teljesítmény érdekében.
• Rugalmasság: A különböző modellek lehetővé teszik a rendszer rugalmasabb fejlesztését és karbantartását.

A CQRS nem minden alkalmazásra megfelelő. Kisebb, egyszerűbb alkalmazások esetében a többletkomplexitás nem feltétlenül indokolt. Azonban, komplex, nagy terhelésű rendszerek esetében a CQRS jelentős előnyöket nyújthat.

A CQRS alapelvei és célkitűzései

A CQRS (Command Query Responsibility Segregation) egy olyan szoftverarchitektúra minta, amely szétválasztja az adatokat módosító (Command) és az adatokat lekérdező (Query) műveleteket. Ez a szétválasztás lehetővé teszi, hogy a kétféle műveletet különböző modellekkel és technológiákkal kezeljük, optimalizálva az alkalmazás teljesítményét, skálázhatóságát és karbantarthatóságát.

A CQRS alapelve szerint az írási és olvasási műveleteknek külön modellekkel kell rendelkezniük. A Command oldala felelős az adatok létrehozásáért, frissítéséért és törléséért. Ezek a műveletek általában tranzakcionálisak és konzisztenciát igényelnek. A Query oldala pedig az adatok lekérdezéséért felelős, ami gyakran optimalizálva van az olvasási sebességre és a különböző felhasználói igények kielégítésére.

A CQRS célja, hogy megoldja azokat a problémákat, amelyek a hagyományos, CRUD (Create, Read, Update, Delete) alapú architektúrákban merülnek fel, különösen komplex alkalmazások esetében. A CRUD rendszerekben gyakran előfordul, hogy ugyanaz az adatmodell szolgálja ki mind az írási, mind az olvasási műveleteket, ami teljesítménybeli problémákhoz és bonyolult kódbázishoz vezethet.

A CQRS lehetővé teszi, hogy az alkalmazás különböző részei a saját igényeiknek megfelelően legyenek optimalizálva, növelve a rendszer rugalmasságát és hatékonyságát.

A CQRS nem egy architektúra, hanem egy minta, amelyet különböző architektúrákban lehet alkalmazni. Gyakran használják Event Sourcing mintával együtt. Az Event Sourcing lényege, hogy az alkalmazás állapotát események sorozatának tárolásával rögzíti, és az aktuális állapotot az események lejátszásával számítja ki. Ez lehetővé teszi az adatok időbeli változásainak nyomon követését és a rendszer állapotának visszaállítását egy korábbi időpontra.

A CQRS alkalmazásának előnyei:

• Jobb teljesítmény: Az olvasási és írási oldalak külön optimalizálhatók.
• Nagyobb skálázhatóság: Az egyes oldalak külön skálázhatók a terhelésnek megfelelően.
• Egyszerűbb kód: A szétválasztás tisztább és karbantarthatóbb kódot eredményez.
• Rugalmasabb architektúra: Könnyebben alkalmazkodik a változó üzleti igényekhez.

A CQRS alkalmazásának hátrányai:

• Nagyobb komplexitás: A szétválasztás növeli a rendszer komplexitását.
• Adatkonzisztencia problémák: Az olvasási és írási adatok közötti szinkronizáció problémákat okozhat.
• Több kód: Több kódot kell írni, mivel az olvasási és írási modellek külön vannak.

A CQRS alkalmazása nem minden esetben indokolt. Akkor érdemes megfontolni, ha az alkalmazás:

1. Komplex üzleti logikát tartalmaz.
2. Nagy terhelést kell kezelnie.
3. Több különböző felhasználói felületet szolgál ki.
4. Az adatok konzisztenciája nem kritikus követelmény.

Összességében a CQRS egy hatékony minta a komplex alkalmazások tervezéséhez, de a használata alapos mérlegelést igényel a megnövekedett komplexitás miatt. A megfelelő alkalmazásával jelentősen javítható az alkalmazás teljesítménye, skálázhatósága és karbantarthatósága.

A Command és Query szétválasztása

A CQRS (Command Query Responsibility Segregation) lényege a parancsok (Command) és lekérdezések (Query) felelősségének szétválasztása. Ez a szétválasztás azt jelenti, hogy a rendszerünkben két különálló interfészt hozunk létre: egyet az adatok módosítására (Command), és egyet az adatok lekérdezésére (Query).

A Command feladata az adatok állapotának megváltoztatása. Ide tartoznak például az új adatok létrehozása, a meglévő adatok frissítése, vagy az adatok törlése. A Command műveletek jellemzően mellékhatásokkal járnak, és nem feltétlenül adnak vissza értéket, vagy ha igen, akkor az csupán a művelet sikerességét jelzi. A Command-okat úgy kell megtervezni, hogy idempotensek legyenek, amennyire lehetséges, ami azt jelenti, hogy többszöri futtatásuk ne okozzon váratlan eredményeket.

Ezzel szemben a Query feladata az adatok lekérdezése a rendszerből. A Query műveletek nem módosítják az adatokat, csupán olvassák azokat. A Query-k determinisztikusak kell, hogy legyenek, azaz azonos bemenet esetén mindig ugyanazt az eredményt kell visszaadniuk. A Query műveletek célja, hogy a lehető leggyorsabban és leghatékonyabban szolgáltassák az adatokat a felhasználó számára.

A Command és Query szétválasztása lehetővé teszi, hogy a rendszer egyes részeit külön-külön optimalizáljuk.

A CQRS alkalmazása számos előnnyel jár:

• Skálázhatóság: A lekérdezési és módosítási oldalak külön-külön skálázhatók, így a rendszer jobban alkalmazkodik a különböző terhelésekhez.
• Teljesítmény: A lekérdezések optimalizálhatók a gyorsabb válaszidő érdekében, míg a parancsok a megbízhatóságra és konzisztenciára összpontosíthatnak.
• Rugalmasság: A különböző feladatokhoz különböző adatmodelleket használhatunk, amelyek jobban megfelelnek az adott igényeknek. Például, a lekérdezésekhez egy denormalizált adatmodellt használhatunk a gyorsabb lekérdezések érdekében.
• Egyszerűbb karbantartás: A kód érthetőbb és karbantarthatóbb lesz, mivel a felelősségek világosan elkülönülnek.

Azonban a CQRS bevezetése növeli a rendszer komplexitását. Két külön adatmodellt kell kezelni, és gondoskodni kell az adatok szinkronizálásáról a parancs- és lekérdezési oldalak között. Ez különösen igaz az eseményvezérelt architektúrákban, ahol az adatok szinkronizálása eseményeken keresztül történik.

A CQRS nem minden esetben a legjobb megoldás. Egyszerűbb alkalmazásoknál, ahol az olvasási és írási terhelés hasonló, a hagyományos CRUD (Create, Read, Update, Delete) modell elegendő lehet. A CQRS-t akkor érdemes megfontolni, ha a rendszer komplex, magas teljesítményigényekkel rendelkezik, és az olvasási és írási terhelés jelentősen eltér egymástól.

A Command oldali felelősségek: Validáció, üzleti logika, perzisztencia

A CQRS (Command Query Responsibility Segregation) architektúrában a Command oldal felelőssége a rendszer állapotának megváltoztatása. Ez a megváltoztatás három fő lépésben valósul meg: validáció, üzleti logika végrehajtása és az adatok perzisztenciája.

A validáció az első és kritikus lépés. A validáció célja annak biztosítása, hogy a beérkező parancs (Command) megfelelő és érvényes az üzleti szabályok szempontjából. Ez azt jelenti, hogy ellenőrizni kell a parancsban szereplő adatokat. Például, ha egy felhasználó regisztrál egy weboldalra, a rendszernek ellenőriznie kell, hogy a megadott e-mail cím helyes formátumú-e, a jelszó megfelel-e a biztonsági követelményeknek (pl. minimális hosszúság, speciális karakterek), és hogy a felhasználónév nem foglalt-e már. A validáció nem csak a formátumra, hanem az üzleti szabályokra is kiterjedhet. Például, egy rendelés leadásánál ellenőrizni kell, hogy a kiválasztott termék raktáron van-e, és hogy a felhasználónak van-e elegendő pénze a fizetéshez.

Ha a validáció sikeres, a következő lépés az üzleti logika végrehajtása. Ez a lépés a parancs által kiváltott tényleges műveletet jelenti. Az üzleti logika tartalmazza azokat a szabályokat és folyamatokat, amelyek meghatározzák, hogy a rendszer hogyan reagál a parancsra. Például, egy felhasználó regisztrációja esetén az üzleti logika magában foglalhatja a felhasználói fiók létrehozását, a jelszó titkosítását, egy üdvözlő e-mail küldését, és a felhasználó adatainak rögzítését az adatbázisban. Az üzleti logika végrehajtása során a rendszer állapotát megváltoztatjuk, például új adatokat hozunk létre, meglévőket módosítunk, vagy törlünk.

Az üzleti logika végrehajtása után a harmadik lépés a perzisztencia. A perzisztencia azt jelenti, hogy a végrehajtott változásokat tartósan tároljuk. Ez általában adatbázisba történő írást jelent, de más tárolási megoldások is szóba jöhetnek, például fájlrendszer vagy NoSQL adatbázis. A perzisztencia biztosítja, hogy a rendszer állapota megőrződjön a parancs végrehajtása után is. A perzisztenciának atomikusnak kell lennie, azaz vagy minden változás sikeresen rögzül, vagy egyik sem. Ez elkerülhető az adatbázis tranzakciók használatával.

A Command oldalon a tranzakciókezelés kiemelten fontos. A validáció, az üzleti logika és a perzisztencia lépéseinek egyetlen tranzakcióba kell tartozniuk. Ha bármelyik lépés sikertelen, a teljes tranzakciót vissza kell vonni (rollback), hogy a rendszer állapota konzisztens maradjon. Például, ha egy banki átutalás során a pénz levonása sikerült, de a jóváírás valamilyen okból meghiúsul, a levont pénzt vissza kell helyezni az eredeti számlára.

A Command oldal felelőssége, hogy a beérkező parancsok alapján konzisztens módon módosítsa a rendszer állapotát, biztosítva az adatok integritását és az üzleti szabályok betartását.

A Command oldal tervezése során figyelni kell a idempotenciára is. Egy művelet idempotens, ha többszöri végrehajtása ugyanazt az eredményt adja, mint egyszeri végrehajtása. Ez különösen fontos elosztott rendszerekben, ahol a parancsok többször is elküldhetők. Például, egy termék hozzáadása a kosárhoz idempotens, ha a termék csak egyszer kerül be a kosárba, még akkor is, ha a parancsot többször küldjük el.

A Command oldal felelősségeinek szétválasztása segít a kód karbantarthatóságában és tesztelhetőségében. A validáció, az üzleti logika és a perzisztencia külön modulokba szervezése lehetővé teszi, hogy a fejlesztők könnyebben megértsék és módosítsák a kódot. A tesztelés is egyszerűbbé válik, mivel az egyes modulok külön-külön tesztelhetők.

A Query oldali felelősségek: Adatlekérdezés és optimalizálás

A CQRS (Command Query Responsibility Segregation) minta esetében a lekérdezési oldal (Query side) a rendszer olvasási műveleteinek kezelésére összpontosít. Ez azt jelenti, hogy a feladata az adatok lekérdezése, megjelenítése és a felhasználók számára történő elérhetővé tétele a lehető legoptimálisabb módon.

A lekérdezési oldal nem foglalkozik az adatok módosításával. Ez a parancs oldal (Command side) felelőssége. A szétválasztás lehetővé teszi, hogy a lekérdezési oldalt kifejezetten az olvasási igényekhez optimalizáljuk.

Az egyik legfontosabb cél a lekérdezési oldalon a teljesítmény maximalizálása. Ez különböző technikákkal érhető el:

• Denormalizáció: Ahelyett, hogy bonyolult join-okkal kellene lekérdezni az adatokat több táblából, a lekérdezési oldal használhat denormalizált adatokat, ahol az információk egyetlen táblában vannak tárolva. Ez jelentősen felgyorsíthatja a lekérdezéseket.
• Read Model-ek: Külön, olvasásra optimalizált adatmodellek (Read Model) létrehozása, amelyek a felhasználói felület igényeinek megfelelően vannak kialakítva. Ezek a modellek eltérhetnek a parancs oldalon használt domain modelltől.
• Cache-elés: Gyakran használt adatok cache-elése, hogy ne kelljen minden alkalommal a teljes adatbázist lekérdezni.
• Indexelés: A megfelelő indexek használata az adatbázisban, hogy a lekérdezések gyorsan megtalálják a szükséges adatokat.

A lekérdezési oldal elsődleges célja, hogy a felhasználók számára a lehető leggyorsabban és leghatékonyabban jelenítse meg az adatokat, anélkül, hogy befolyásolná az adatok integritását vagy konzisztenciáját.

A lekérdezési oldal implementációja gyakran más technológiát használ, mint a parancs oldal. Például, a parancs oldal használhat egy relációs adatbázist (pl. PostgreSQL), míg a lekérdezési oldal egy NoSQL adatbázist (pl. MongoDB) vagy egy keresőmotort (pl. Elasticsearch), amely jobban megfelel az olvasási igényeknek.

A lekérdezési oldalon a lekérdezések egyszerűek és célirányosak. Nem tartalmaznak üzleti logikát vagy validációt. A cél az, hogy a lehető leggyorsabban és leghatékonyabban adják vissza az adatokat.

A Read Model-ek gyakran Data Transfer Object-ek (DTO) formájában jelennek meg, amelyeket közvetlenül a felhasználói felület használhat. Ezek a DTO-k az adatokat a felhasználói felület által elvárt formátumban tartalmazzák, így nincs szükség további transzformációra.

A lekérdezési oldal felelőssége az is, hogy kezelje a hibákat. Ha egy lekérdezés sikertelen, a rendszernek megfelelően kell reagálnia, például egy hibaüzenet megjelenítésével a felhasználó számára.

Összefoglalva, a CQRS lekérdezési oldala a rendszer olvasási teljesítményének optimalizálására összpontosít, denormalizáció, read model-ek, cache-elés és más technikák alkalmazásával, miközben biztosítja az adatok gyors és hatékony elérését a felhasználók számára.

CQRS és az Event Sourcing kapcsolata

A CQRS (Command Query Responsibility Segregation) és az Event Sourcing két különböző minta, de gyakran használják őket együtt, mivel kiegészítik egymást és jelentős előnyöket nyújthatnak a komplex rendszerek tervezésében. Míg a CQRS a parancsok (Command) és lekérdezések (Query) szétválasztására fókuszál, az Event Sourcing az alkalmazás állapotának változásait események formájában tárolja.

Az Event Sourcing önmagában egy adattárolási megközelítés. Ahelyett, hogy a rendszer aktuális állapotát tárolnánk, az összes állap változást, azaz eseményt tároljuk. Ezek az események (pl. „Termék hozzáadva a kosárhoz”, „Rendelés leadva”, „Cím módosítva”) időrendi sorrendben kerülnek rögzítésre. A rendszer aktuális állapota bármikor rekonstruálható az események lejátszásával.

A CQRS és az Event Sourcing kombinációja különösen erőteljes lehet. A CQRS parancs oldalán (Command Side) az Event Sourcing tökéletesen illeszkedik. Amikor egy parancs sikeresen lefut, a rendszer nem közvetlenül az adatbázist frissíti, hanem egy eseményt hoz létre, amely leírja a változást. Ez az esemény kerül tárolásra az eseménytárban (Event Store).

A CQRS lekérdezés oldalán (Query Side) az események felhasználhatók olvasási modellek (Read Models) létrehozására. Ezek az olvasási modellek a lekérdezésekhez optimalizált adatstruktúrák. Az események feldolgozásával a rendszer folyamatosan frissíti ezeket a modelleket, így a lekérdezések gyorsan és hatékonyan futtathatók anélkül, hogy a teljes eseménysort kellene újra és újra feldolgozni.

A két minta együttműködése a következő előnyöket kínálja:

• Audit Trail: Az Event Sourcing automatikusan biztosít egy teljes audit trail-t az összes változásról.
• Időutazás: Bármikor vissza lehet állítani a rendszer egy korábbi állapotát az események egy adott pontig történő lejátszásával.
• Hibakeresés és diagnosztika: Az események segítségével könnyebben lehet nyomon követni a hibákat és megérteni a rendszer viselkedését.
• Skálázhatóság: A lekérdezési oldalt külön lehet skálázni a parancs oldaltól, mivel az olvasási modellek külön tárolókban helyezkedhetnek el.
• Elkülönített modellek: A parancs és lekérdezési oldalak teljesen különböző adatmodelleket használhatnak, optimalizálva az írási és olvasási műveleteket.

Az Event Sourcing a CQRS parancs oldalának természetes kiegészítője, lehetővé téve a rendszer állapotának megbízható és követhető rögzítését, míg a CQRS lekérdezési oldala az eseményekből létrehozott olvasási modellekkel optimalizálja az adatlekérdezést.

Például, egy webáruházban egy „TermékKosárbaTéve” esemény kerül rögzítésre, amikor egy felhasználó egy terméket a kosarába tesz. Ez az esemény tárolásra kerül az eseménytárban. A lekérdezési oldalon egy „KosárTartalma” olvasási modell folyamatosan frissül ezekkel az eseményekkel, lehetővé téve a felhasználó számára, hogy azonnal lássa a kosara tartalmát.

Az Event Sourcing bevezetése növelheti a rendszer komplexitását, különösen a kezdeti szakaszban. Az események kezelése, az eseménytár karbantartása és az olvasási modellek szinkronizálása mind kihívást jelenthet. Azonban a hosszú távú előnyök, mint például a jobb auditálhatóság, a könnyebb hibakeresés és a nagyobb skálázhatóság, gyakran felülmúlják a kezdeti nehézségeket. A minta alkalmazása előtt alapos tervezés és a megfelelő eszközök kiválasztása elengedhetetlen.

Az időbeli konzisztencia is fontos szempont. Az események feldolgozása és az olvasási modellek frissítése időbe telhet, ami azt eredményezheti, hogy a lekérdezések nem mindig a legfrissebb adatokat mutatják. Ezt a problémát különböző technikákkal lehet kezelni, például eseményközvetítéssel (Eventual Consistency) vagy kompenzációs tranzakciókkal.

A CQRS és az Event Sourcing kombinációja tehát egy hatékony módszer a komplex, nagy teljesítményű rendszerek tervezésére, de a bevezetésük gondos mérlegelést és tervezést igényel.

CQRS előnyei és hátrányai

A CQRS (Command Query Responsibility Segregation) minta alkalmazása számos előnnyel jár, de fontos tisztában lenni a hátrányaival is. Az előnyök közé tartozik a teljesítmény növekedése. Mivel az olvasási és írási műveletek külön modelleken futnak, optimalizálhatjuk azokat a konkrét használati esetekre. Az olvasási oldalon például használhatunk denormalizált adatokat, amelyek gyorsabb lekérdezéseket tesznek lehetővé, míg az írási oldalon a tranzakcionális integritásra koncentrálhatunk.

Egy másik előny a skálázhatóság. A két oldal külön-külön skálázható, így ha az olvasási terhelés nagyobb, mint az írási, akkor az olvasási oldal erőforrásait növelhetjük anélkül, hogy az írási oldalt is befolyásolnánk. Ez különösen előnyös olyan rendszerekben, ahol nagymértékű olvasási tevékenység mellett ritkább írási műveletek fordulnak elő.

A CQRS emellett nagyobb rugalmasságot biztosít a fejlesztés során. A két oldal különállóan fejleszthető és módosítható, ami lehetővé teszi a gyorsabb iterációt és a könnyebb alkalmazkodást a változó üzleti követelményekhez. Emellett a CQRS minta segíthet a komplex üzleti logikák kezelésében, mivel az írási oldalon a parancsok végrehajtása során explicit módon kezelhetjük az üzleti szabályokat.

Azonban a CQRS nem minden esetben a legjobb választás. A minta bevezetése jelentős komplexitást ad a rendszerhez.

Szükségessé válik két különálló modell karbantartása, a parancsok és események kezelése, valamint az adatok szinkronizálása a két oldal között. Ez megnövelheti a fejlesztési időt és a karbantartási költségeket.

A végleges konzisztencia is problémát jelenthet. Mivel az olvasási oldal gyakran aszinkron módon frissül az írási oldalról, az adatok nem feltétlenül lesznek azonnal konzisztensek. Ez a felhasználók számára zavaró lehet, ha például egy frissített adat azonnal nem jelenik meg az olvasási oldalon. A végleges konzisztencia kezelése további tervezést és implementációt igényel.

Végül, a CQRS megnövelheti a rendszer architektúrájának bonyolultságát. Szükség lehet üzenetsorokra, eseménykezelőkre és más infrastruktúra elemekre, amelyek mind karbantartást igényelnek. Ez különösen igaz a kisebb rendszerek esetében, ahol a CQRS által nyújtott előnyök nem feltétlenül kompenzálják a megnövekedett komplexitást.

CQRS implementációs minták: Közvetlen és közvetett megközelítések

A CQRS (Command Query Responsibility Segregation) minta lényege, hogy elkülönítjük az adatokat módosító (Command) és az adatokat lekérdező (Query) műveleteket. Ennek az elkülönítésnek a megvalósítására többféle implementációs minta létezik, melyek közül a leggyakoribbak a közvetlen (Direct) és a közvetett (Indirect) megközelítések.

Közvetlen megközelítés (Direct Approach): Ebben az esetben a Command model közvetlenül módosítja az olvasási modellt (Read Model). Ez azt jelenti, hogy a Command kezelő (Command Handler) felelős az adatbázis frissítéséért, melyből a Query oldalon az adatok lekérdezésre kerülnek. A Command végrehajtása után az olvasási modell azonnal konzisztenssé válik. Ez a megközelítés egyszerűbb a megvalósítása szempontjából, mivel nincs szükség külön szinkronizációs mechanizmusra a Command és Query oldalak között.

A közvetlen megközelítés előnyei:

• Egyszerűség: Könnyen implementálható és karbantartható.
• Azonnali konzisztencia: Az olvasási modell azonnal frissül a Command végrehajtása után.

A közvetlen megközelítés hátrányai:

• Teljesítménybeli korlátok: Ha a Command oldalon nagy a terhelés, az közvetlenül befolyásolhatja az olvasási teljesítményt.
• Skálázhatósági problémák: A Command és Query oldalak nem skálázhatók egymástól függetlenül.

Közvetett megközelítés (Indirect Approach): Ebben az esetben a Command model *nem* közvetlenül módosítja az olvasási modellt. Ehelyett a Command végrehajtása egy eseményt (Event) generál, melyet egy vagy több eseménykezelő (Event Handler) dolgoz fel. Az eseménykezelők felelősek az olvasási modell frissítéséért. Ez a megközelítés lehetővé teszi a Command és Query oldalak teljes elkülönítését és aszinkron működését. Az eseményeket általában egy eseménybuszon (Event Bus) keresztül terjesztik.

A közvetett megközelítés lehetővé teszi a Command és Query oldalak független skálázását, és a késleltetett konzisztencia elvét alkalmazza.

A közvetett megközelítés előnyei:

• Skálázhatóság: A Command és Query oldalak egymástól függetlenül skálázhatók.
• Rugalmasság: Könnyen hozzáadhatók új olvasási modellek anélkül, hogy a Command oldalt módosítani kellene.
• Teljesítmény: A Command oldalt nem terheli az olvasási modell frissítése.

A közvetett megközelítés hátrányai:

• Komplexitás: Nehezebb implementálni és karbantartani a közvetlen megközelítéshez képest.
• Késleltetett konzisztencia: Az olvasási modell nem azonnal frissül, ami adatkonzisztenciai problémákhoz vezethet.
• Eseménykezelés: Az események kezelése és a hibák kezelése bonyolultabb lehet.

Mindkét megközelítésnek megvannak a maga előnyei és hátrányai. A választás a projekt követelményeitől, a rendszer komplexitásától és a teljesítményigényektől függ. A közvetlen megközelítés egyszerűbb és gyorsabb megoldás lehet kisebb, kevésbé komplex rendszerek esetén, míg a közvetett megközelítés a skálázhatóságot és rugalmasságot helyezi előtérbe nagyobb, komplexebb rendszerek esetén.

CQRS és a Domain-Driven Design (DDD)

A CQRS (Command Query Responsibility Segregation) minta lényege, hogy szétválasztja az adatokat módosító (Command) és az adatokat lekérdező (Query) műveleteket. Ez a szétválasztás lehetővé teszi, hogy különböző modelleket használjunk a két feladatra, optimalizálva ezzel az alkalmazás teljesítményét, skálázhatóságát és karbantarthatóságát.

A CQRS gyakran kéz a kézben jár a Domain-Driven Design (DDD) megközelítéssel. A DDD a szoftverfejlesztés egy olyan paradigmája, amely a domén modelljére összpontosít, vagyis arra a területre, amellyel az alkalmazás foglalkozik. A DDD segít megérteni a probléma lényegét, és ennek megfelelően strukturálni a kódot.

A CQRS és a DDD kombinációja különösen hatékony komplex rendszerek esetén. A DDD segítségével azonosítjuk a domén entitásait, értékeit és aggregátumait. Az aggregátumok a domén konzisztenciahatárai, és a CQRS lehetővé teszi, hogy ezeket az aggregátumokat különálló, optimalizált módon kezeljük a parancsok és lekérdezések során.

A CQRS lehetővé teszi a különböző olvasási és írási modellek használatát, ami különösen hasznos lehet, ha az olvasási oldalon más adatbázisra vagy más adatszerkezetre van szükség a teljesítmény optimalizálása érdekében.

Például, egy webshop esetében az írási oldal (parancsok) felelős a rendelések létrehozásáért, módosításáért és törléséért. Az olvasási oldal (lekérdezések) pedig a termékek listázásáért, a rendelések állapotának lekérdezéséért és a felhasználói profil megjelenítéséért.

A CQRS előnyei a DDD kontextusában:

• Jobb skálázhatóság: Az olvasási és írási oldalak különállóan skálázhatók, így a rendszer jobban képes kezelni a nagy terhelést.
• Egyszerűbb karbantartás: A kód könnyebben érthető és karbantartható, mivel a felelősségek egyértelműen el vannak választva.
• Optimalizált teljesítmény: Az olvasási oldal optimalizálható a lekérdezések gyorsabb végrehajtására, míg az írási oldal a tranzakciók megbízhatóságára koncentrálhat.
• Rugalmasabb modellek: Különböző adatmodellek használhatók az olvasási és írási oldalakon, ami lehetővé teszi a domén modelljének jobb kifejezését.

A CQRS implementálása nem mindig egyszerű, és növelheti a rendszer komplexitását. Azonban, ha a rendszer komplexitása indokolja, a CQRS és a DDD kombinációja jelentős előnyöket nyújthat a skálázhatóság, karbantarthatóság és teljesítmény szempontjából.

A DDD elveinek alkalmazása a CQRS-ben azt jelenti, hogy a parancsok és lekérdezések a domén nyelvezetét (Ubiquitous Language) használják. Ez biztosítja, hogy a fejlesztők, a domén szakértők és az üzleti szereplők ugyanazt a nyelvet beszélik, ami csökkenti a félreértéseket és javítja a kommunikációt.

A CQRS és a DDD együttműködése lehetővé teszi, hogy a szoftver pontosabban tükrözze a domén bonyolultságát, és hatékonyabban támogassa az üzleti igényeket. A domén-központú tervezés és a felelősség szétválasztása együttesen egy robusztus és skálázható rendszert eredményez.

CQRS alkalmazási területei és példák

A CQRS minta leginkább komplex, nagy terhelésű rendszerekben mutatja meg az előnyeit, ahol a lekérdezések és a parancsok közötti egyensúly jelentősen eltér. Például egy webshopban, ahol a termékek böngészése (lekérdezés) sokkal gyakoribb, mint a rendelések leadása (parancs), a CQRS segítségével optimalizálható a teljesítmény.

Egy másik tipikus alkalmazási terület a collaborative rendszerek, mint például a dokumentumszerkesztők vagy a projektmenedzsment eszközök. Itt a felhasználók egyszerre végeznek lekérdezéseket (a dokumentum tartalmának megtekintése) és parancsokat (a dokumentum szerkesztése). A CQRS lehetővé teszi, hogy a szerkesztési műveletek (parancsok) aszinkron módon, üzenetsoron keresztül kerüljenek feldolgozásra, így biztosítva a gyors válaszidőt a felhasználók számára.

A CQRS nem minden esetben a legjobb megoldás. Egyszerű CRUD alkalmazások esetén a minta bevezetése felesleges komplexitást eredményezhet.

Nézzünk néhány konkrét példát:

• E-kereskedelem: Terméklista lekérdezése (lekérdezés), rendelés leadása (parancs), készlet frissítése (parancs).
• Banki rendszerek: Számlaegyenleg lekérdezése (lekérdezés), átutalás indítása (parancs), tranzakciók könyvelése (parancs).
• Játékok: Játékos pozíciójának lekérdezése (lekérdezés), játékos mozgása (parancs), pontszám frissítése (parancs).

A CQRS használatával külön adatmodelleket használhatunk a lekérdezésekhez és a parancsokhoz. Ezáltal a lekérdezési adatmodell optimalizálható a gyors olvasásra (pl. denormalizált adatokkal), míg a parancs adatmodell a konzisztenciára és az üzleti szabályok betartására összpontosíthat. A kettő közötti szinkronizációt eseményekkel lehet megoldani, amelyek a parancsok sikeres végrehajtása után kerülnek kibocsátásra.

Gyakori kihívások és megoldások CQRS implementáció során

A CQRS bevezetése számos kihívást rejthet magában, melyek sikeres kezelése kulcsfontosságú a minta előnyeinek kiaknázásához. Az egyik leggyakoribb probléma a modell összetettségének növekedése. A parancs- és lekérdezési modellek elkülönítése duplikálhatja az adatstruktúrákat és a logikát, ami a kód karbantartását nehezítheti. Ennek kezelésére érdemes DDD (Domain-Driven Design) elveket alkalmazni, és a modelleket a domain szakterülethez igazítani, minimalizálva a redundanciát.

Egy másik komoly kihívás a végleges konzisztencia kezelése. A CQRS aszinkron kommunikációt használhat a parancsok és az olvasási modellek között, ami késleltetést okozhat az adatok frissítésében. Ez azt jelenti, hogy a felhasználók átmenetileg elavult információkat láthatnak. A megoldás itt a kompenzációs tranzakciók alkalmazása, valamint a felhasználói felületen történő megfelelő visszajelzés biztosítása, ami jelzi az adatok frissítésének folyamatban lévő állapotát.

A rendszer komplexitásának kezelése kritikus. A CQRS bevezetése új komponenseket (parancs kezelők, eseménykezelők, olvasási adatbázisok) hoz létre, ami növeli a rendszer összetettségét. A mikroszolgált architektúra alkalmazása segíthet a komponensek elkülönítésében és a felelősségek tisztázásában, de ez további koordinációt és monitorozást igényel.

A tesztelés is speciális megközelítést igényel. A parancs- és lekérdezési utak külön tesztelése mellett az aszinkron eseménykezelés integrációs tesztjeire is hangsúlyt kell fektetni. Ehhez érdemes eseménysorozatokra épülő teszteket írni, melyek a különböző komponensek közötti interakciókat vizsgálják.

A CQRS alkalmazása nem minden esetben indokolt. Kis, egyszerű alkalmazásoknál a minta túlzott bonyolítást eredményezhet.

A parancsok érvényesítése elengedhetetlen. A parancsoknak szigorúan ellenőrizniük kell a bemeneti adatokat, hogy megakadályozzák az adatbázisba kerülő hibás adatokat. Ez a validáció történhet a parancs kezelőben, vagy akár egy külön validációs rétegben is.

Végül, a tanulási görbe sem elhanyagolható tényező. A fejlesztőknek meg kell érteniük a CQRS alapelveit, a DDD koncepciókat és az eseményvezérelt architektúrák működését. Ehhez képzések, workshopok és a tapasztalatok megosztása elengedhetetlen.