16、.NET 6 应用架构与相关技术解析-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/devops8pract/article/details/151614142

.NET 6 应用架构与相关技术解析

1. .NET 6 与 Azure 的融合

Microsoft Azure 是一个功能强大、全球分布且用途广泛的平台。.NET 在微软生态系统中占据重要地位，特别是 .NET 6 这一重要版本发布后，Azure 从一开始就对其提供了支持，甚至在 .NET 6 预览版阶段，就有多个服务给予了支持。同时，Visual Studio 2022 与 Azure 的良好集成，让开发者无需离开 IDE 就能创建资源并发布新代码。

2. .NET 6 在架构构建中的助力

.NET 6 带来了一些有助于开发者构建更好架构的工具，例如 Dapr 和 eShop On Containers 等项目，能极大地帮助构建设计精良的平台。在构建优秀架构方面，.NET 6 中的一些概念可简化开发工作，同时开发者仍能灵活地按照自己的想法架构应用。

2.1 记录类型（Record Types）

数据传输对象（DTO） ：DTO 是通过数据传输协议（如 HTTP）在网络上传输的实体表示。它能防止将实体的非公开、内部信息泄露给外部系统。例如，以下是一个实体的示例：

public class Event : Entity, IAggregateRoot
{
    private readonly List<Attendee.Attendee> _attendees;
    public string Title { get; private set; }
    public DateTime StartDate { get; private set; }
    public DateTime EndDate { get; private set; }
    public decimal Price { get; private set; }
    public int? AddressId { get; private set; }
    public Address Address { get; private set; }
    public virtual IReadOnlyCollection<Attendee.Attendee> Attendees => _attendees;
    public Event(string title, DateTime startDate, DateTime endDate, decimal price)
    {
        _attendees = new List<Attendee.Attendee>();
        Title = title;
        StartDate = startDate;
        EndDate = endDate;
        Price = price;
    }
    public void SetAddress(Address address)
    {
        AddressId = address.Id;
        Address = address;
    }
}

当需要获取事件列表展示在前端时，使用 DTO 能简化传输的数据。以下是一个用于列出事件的 DTO 示例：

public class EventForList
{
    public int Id { get; set; }
    public string Title { get; set; }
    public DateTime StartDate { get; set; }
    public DateTime EndDate { get; set; }
}

记录（Records） ：.NET 5 引入的记录是一种编译器技巧，可加快 DTO 的编写过程。例如，将上述 DTO 写成记录形式：

public record ActivityForListRecord (int Id, string Title, DateTime StartDate, DateTime EndDate);

记录是编写类的简写形式，与普通类不同，记录在值相等时判定为相等，且记录是不可变的。记录在 C# 编译器中是已知的，但运行时并不区分。
- 值类型记录（Value-type Records） ：C# 10 引入了记录结构体（record structs），即值类型记录。示例如下：

public record struct ActivityForListRecord (int Id, string Title, DateTime StartDate, DateTime EndDate);

结构体记录遵循普通结构体的规则，通常因值类型而更节省内存，性能更好，但也有一些限制，如不允许继承。与记录不同，记录结构体默认不是不可变的，可通过标记为 readonly 来实现不可变性。

3. 应用架构类型

3.1 单体架构（Monolith Architecture）

单体应用通常将所有功能集中在一两个服务中，一般包含前端和后端。在微服务出现之前，单体架构非常常见。其架构图如下：

graph LR
    A[Web Client] --> B[API]
    C[Mobile Client] --> B[API]
    B --> D[Data Store]

单体架构存在一些缺点，例如：
- 扩展性问题 ：若 API 的某一部分使用频繁导致性能下降，可能需要扩展整个 API 或迁移到更强大的服务器。
- 可维护性问题 ：一个包含所有业务逻辑的大型服务难以维护和管理代码。

不过，根据应用的规模和复杂度，单体架构仍可能是合适的选择，因为微服务在带来优势的同时也增加了额外的复杂性。

3.2 微服务（Microservices）

微服务架构是面向服务架构的一种变体。基于微服务的应用将后端拆分为多个松散耦合的服务，每个服务有自己的职责，且彼此之间相互独立。服务间的通信通常通过消息总线进行。为避免应用实现多个端点，可根据应用类型实现网关，网关知晓应用所需微服务的端点。其架构图如下：

graph LR
    A[Application] --> B[Gateway]
    B --> C[Microservice 1]
    B --> D[Microservice 2]
    B --> E[Microservice 3]

微服务架构的优点包括：
- 可扩展性 ：可针对需要扩展的部分进行单独扩展。
- 灵活性 ：每个服务可独立开发、部署和维护。

但它也带来了额外的复杂性和成本，如需要管理多个应用服务器。微服务在领域驱动设计（DDD）或清洁架构（CA）场景中表现出色，其范围通常可映射到有界上下文。不过，对于较小的应用，使用微服务可能会过度设计。

4. 容器编排

容器和微服务是很好的搭配，但需要容器编排工具来管理不同的容器镜像及其关系。常见的容器编排工具包括 Kubernetes 和 Docker Compose。

4.1 Kubernetes

Kubernetes（简称 k8s）是一个容器编排器，可自动部署和扩展容器化应用。部署在 Kubernetes 实例上的一组容器称为集群。以下是使用 Kubernetes 的一些基本操作：
1. 安装 Minikube ：可通过 https://minikube.sigs.k8s.io/ 安装 Minikube，它是一个用于开发的本地 Kubernetes 集群，支持 Windows、Linux 和 Mac OS。安装说明可在 https://minikube.sigs.k8s.io/docs/start/ 下载。
2. 使用 Kubernetes CLI ：安装 Minikube 后，可通过 kubectl 命令使用 Kubernetes CLI。
3. 创建 Pod ：以下是创建一个新部署到本地 Kubernetes 集群的命令：

kubectl create deployment apresseshop --image=eshop/catalog.api

可使用 kubectl get pods 检查节点状态。

Kubernetes 项目通常包含 yaml 文件，用于部署和配置一组服务。以下是一个 Kubernetes 文件的示例：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: catalog
  labels:
    app: catalogApi
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: catalog
  template:
    metadata:
      labels:
        app: catalog
    spec:
      containers:
        - name: catalog
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          image: eshop/catalog.api

4.2 Docker Compose

Docker Compose 是 Kubernetes 的一个流行替代方案，更适合在单节点上工作，学习曲线相对较小。使用 Docker Compose 的步骤如下：
1. 确保应用有自己的 Docker 文件。
2. 创建 docker-compose.yml 文件，以下是一个简单示例：

version: "3"
services:
  catalogapi:
    container_name: catalogApi
    image: eshop/catalog.api
    restart: unless-stopped
  webmvc:
    container_name: webmvc
    image: eshop/webmvc
    restart: unless-stopped

在命令行窗口中执行 docker-compose up 启动容器。若要在后台运行，可使用 -d 标志：

docker-compose up -d

Docker Compose 文件可通过添加卷用于持久存储或网络功能进行扩展，详细信息可在官方文档中查找。

5. Dapr

分布式应用运行时（Dapr）提供了简化微服务连接的 API，是一个微软开源项目，可帮助简化大型分布式系统的管理，可视为“微服务工具包”。Dapr 提供了服务间通信、状态管理、发布/订阅消息模式、可观测性、密钥管理等功能，这些功能通过 Dapr 的构建块进行抽象。

5.1 安装 Dapr

安装 Dapr CLI ：可通过执行以下脚本安装 Dapr CLI：

powershell -Command "iwr -useb https://raw.githubusercontent.com/dapr/cli/master/install/install.ps1 | iex"

初始化 Dapr 环境 ：安装 CLI 后，在命令行中执行 dapr init 初始化 Dapr 环境。确保在安装 Dapr 之前已安装 Docker，因为 Dapr 依赖容器来运行其组件。

5.2 Dapr 状态管理示例

以下是使用 Dapr 进行状态管理的示例代码：

using Dapr.Client;
const string storeName = "daprstate";
const string key = "counter";
var daprClient = new DaprClientBuilder().Build();
var counter = await daprClient.GetStateAsync<int>(storeName, key);
while (true)
{
    Console.WriteLine($"Counter state: {counter++}");
    await daprClient.SaveStateAsync(storeName, key, counter);
    await Task.Delay(1000);
}

在项目中添加 Dapr.Client NuGet 包，并确保 Dapr 正常运行。使用以下命令启动应用：

dapr run --app-id DaprCounter dotnet run

综上所述，.NET 6 结合 Azure、多种架构模式、容器编排工具和 Dapr 等技术，为开发者提供了丰富的选择，可根据应用的具体需求构建高效、可扩展的应用。

.NET 6 应用架构与相关技术解析（续）

6. 不同架构模式的对比分析

为了更清晰地了解单体架构和微服务架构的差异，我们可以通过以下表格进行对比：
| 架构类型 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
| ---- | ---- | ---- | ---- |
| 单体架构 | 开发简单，部署方便；初始成本低；易于测试 | 扩展性差，一个模块的问题可能导致整个系统崩溃；维护困难，代码耦合度高 | 小型应用，需求相对稳定，开发团队规模较小 |
| 微服务架构 | 可独立开发、部署和扩展；提高了系统的容错性和可维护性；技术栈灵活 | 增加了系统的复杂性，开发和运维成本高；服务间通信存在延迟和可靠性问题 | 大型应用，需求变化频繁，需要快速迭代和扩展 |

在实际应用中，选择合适的架构模式需要综合考虑应用的规模、复杂度、开发团队的能力以及业务需求等因素。例如，对于一个初创公司的小型项目，单体架构可能是一个不错的选择，因为它可以快速上线并验证业务模式。而对于一个大型企业的复杂系统，微服务架构则更能满足其扩展性和可维护性的需求。

7. 容器编排工具的选择考量

Kubernetes 和 Docker Compose 作为两种常见的容器编排工具，在不同的场景下各有优势。以下是一些选择时需要考虑的因素：
- 集群规模 ：
- Kubernetes ：适用于大规模的企业级集群，能够管理大量的容器和节点，提供强大的自动化和扩展性。
- Docker Compose ：更适合小规模的开发和测试环境，在单节点上运行多个容器时表现出色。
- 学习曲线 ：
- Kubernetes ：功能强大但复杂，学习曲线较陡，需要花费一定的时间和精力来掌握。
- Docker Compose ：简单易用，学习成本低，对于初学者来说更容易上手。
- 功能特性 ：
- Kubernetes ：提供了丰富的功能，如自动伸缩、负载均衡、滚动更新等，适用于复杂的生产环境。
- Docker Compose ：主要用于定义和运行多个容器的应用，功能相对简单，但足以满足一些基本的需求。

以下是一个简单的决策流程图，帮助你选择合适的容器编排工具：

graph LR
    A[集群规模] --> B{小规模}
    A --> C{大规模}
    B --> D[Docker Compose]
    C --> E{复杂功能需求}
    E --> F{是}
    E --> G{否}
    F --> H[Kubernetes]
    G --> I[Docker Compose]

8. Dapr 的深入应用

Dapr 的功能不仅局限于状态管理，还可以在多个方面发挥重要作用。以下是一些 Dapr 的其他应用场景及示例代码：

8.1 服务间通信

Dapr 提供了简单的 API 来实现服务间的通信。以下是一个使用 Dapr 进行服务调用的示例：

using Dapr.Client;
using System.Threading.Tasks;

class Program
{
    static async Task Main()
    {
        var daprClient = new DaprClientBuilder().Build();
        var result = await daprClient.InvokeMethodAsync<string>("target-service", "method-name");
        System.Console.WriteLine($"Service call result: {result}");
    }
}

在上述代码中，我们使用 DaprClient 调用了名为 target-service 的服务的 method-name 方法。

8.2 发布/订阅消息模式

Dapr 支持发布/订阅消息模式，可用于实现异步通信。以下是一个发布消息的示例：

using Dapr.Client;
using System.Threading.Tasks;

class Program
{
    static async Task Main()
    {
        var daprClient = new DaprClientBuilder().Build();
        await daprClient.PublishEventAsync("pubsub-name", "topic-name", "message-content");
        System.Console.WriteLine("Message published successfully.");
    }
}

同时，订阅者可以通过以下代码接收消息：

using Dapr.Client;
using System.Threading.Tasks;

class Program
{
    static async Task Main()
    {
        var daprClient = new DaprClientBuilder().Build();
        await foreach (var message in daprClient.SubscribeTopicAsync<string>("pubsub-name", "topic-name"))
        {
            System.Console.WriteLine($"Received message: {message}");
        }
    }
}

9. 技术的综合应用案例

为了更好地理解上述技术的综合应用，我们可以设想一个电商应用的场景。该应用采用微服务架构，使用 Kubernetes 进行容器编排，Dapr 实现服务间的通信和状态管理。

以下是该应用的主要服务和架构图：

graph LR
    A[Web 前端] --> B[API 网关]
    B --> C[商品服务]
    B --> D[订单服务]
    B --> E[用户服务]
    C --> F[Kubernetes 集群]
    D --> F[Kubernetes 集群]
    E --> F[Kubernetes 集群]
    F --> G[Dapr 组件]
    G --> H[Redis 缓存]

在这个案例中，用户通过 Web 前端访问应用，请求经过 API 网关路由到相应的微服务。每个微服务以容器的形式运行在 Kubernetes 集群中，通过 Dapr 进行服务间的通信和状态管理。例如，订单服务在处理订单时，可以通过 Dapr 从 Redis 缓存中获取商品信息，同时将订单状态存储在 Redis 中。