.NET中的MassTransit分布式应用框架详解

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2023-06-05
ASP.NET MVC实现本地化和全球化
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  • 引言
  • 快速体验
  • 核心概念
  • Message
  • Producer
  • 发送命令
  • 发布事件
  • Consumer
  • 无状态消费者
  • 有状态消费者
  • 应用场景

MassTransit是一款优秀的分布式应用框架，可作为分布式应用的消息总线，也可以用作单体应用的事件总线。

引言

A free, open-source distributed application framework for .NET.

一个免费、开源的.NET 分布式应用框架。-- MassTransit 官网

MassTransit，直译公共交通， 是由Chris Patterson开发的基于消息驱动的.NET 分布式应用框架，其核心思想是借助消息来实现服务之间的松耦合异步通信，进而确保应用更高的可用性、可靠性和可扩展性。通过对消息模型的高度抽象，以及对主流的消息代理（包括RabbitMQ、ActiveMQ、Kafaka、Azure Service Bus、Amazon SQS等）的集成，大大简化了基于消息驱动的开发门槛，同时内置了连接管理、消息序列化和消费者生命周期管理，以及诸如重试、限流、断路器等异常处理机制，让开发者更好的专注于业务实现。

简而言之，MassTransit实现了消息代理透明化。无需面向消息代理编程进行诸如连接管理、队列的申明和绑定等操作，即可轻松实现应用间消息的传递和消费。

快速体验

空口无凭，创建一个项目快速体验一下。

  • 基于worker模板创建一个基础项目：dotnet new worker -n MassTransit.Demo
  • 打开项目，添加NuGet包：MassTransit
  • 定义订单创建事件消息契约：
using System;
 
namespace MassTransit.Demo
{
    public record OrderCreatedEvent
    {
        public Guid OrderId { get; set; }
    }
}

4.修改Worker类，发送订单创建事件：

namespace MassTransit.Demo;
 
public class Worker : BackgroundService
{
    readonly IBus _bus;//注册总线
    public Worker(IBus bus)
    {
        _bus = bus;
    }
    protected override async Task ExecuteAsync(CancellationToken stoppingToken)
    {
        while (!stoppingToken.IsCancellationRequested)
        {
            //模拟并发送订单创建事件
            await _bus.Publish(new OrderCreatedEvent(Guid.NewGuid()), stoppingToken);
            await Task.Delay(1000, stoppingToken);
        }
    }
}

5.仅需实现IConsumer<OrderCreatedEvent>泛型接口，即可实现消息的订阅：

public class OrderCreatedEventConsumer: IConsumer<OrderCreatedEvent>
{
    private readonly ILogger<OrderCreatedEventConsumer> _logger;
    public OrderCreatedEventConsumer(ILogger<OrderCreatedEventConsumer> logger)
    {
        _logger = logger;
    }
    public Task Consume(ConsumeContext<OrderCreatedEvent> context)
    {
        _logger.LogInformation($"Received Order:{context.Message.OrderId}");
        return Task.CompletedTask;
    }
}

6.注册服务：

using MassTransit;
using MassTransit.Demo;
 
IHost host = Host.CreateDefaultBuilder(args)
    .ConfigureServices(services =>
    {
        services.AddHostedService<Worker>();
        services.AddMassTransit(configurator =>
        {
            //注册消费者
            configurator.AddConsumer<OrderCreatedEventConsumer>();
            //使用基于内存的消息路由传输
            configurator.UsingInMemory((context, cfg) =>
            {
                cfg.ConfigureEndpoints(context);
            });
        });
    })
    .Build();
 
await host.RunAsync();

7.运行项目，一个简单的进程内事件发布订阅的应用就完成了。

如果需要使用RabbitMQ 消息代理进行消息传输，则仅需安装MassTransit.RabbitMQNuGet包，然后指定使用RabbitMQ 传输消息即可。

using MassTransit;
using MassTransit.Demo;
 
IHost host = Host.CreateDefaultBuilder(args)
    .ConfigureServices(services =>
    {
        services.AddHostedService<Worker>();
        services.AddMassTransit(configurator =>
        {
            configurator.AddConsumer<OrderCreatedEventConsumer>();
            
            // configurator.UsingInMemory((context, cfg) =>
            // {
            //     cfg.ConfigureEndpoints(context);
            // });
            
            configurator.UsingRabbitMq((context, cfg) =>
            {
                cfg.Host(
                    host: "localhost",
                    port: 5672,
                    virtualHost: "/",
                    configure: hostConfig =>
                    {
                        hostConfig.Username("guest");
                        hostConfig.Password("guest");
                    });
                cfg.ConfigureEndpoints(context);
            });
        });
    })
    .Build();
 
await host.RunAsync();

运行项目，MassTransit会自动在指定的RabbitMQ上创建一个类型为fanout的MassTransit.Demo.OrderCreatedEventExchange和一个与OrderCreatedEvent同名的队列进行消息传输，如下图所示。

核心概念

MassTranist 为了实现消息代理的透明化和应用间消息的高效传输，抽象了以下概念，其中消息流转流程如下图所示：

  • Message：消息契约，定义了消息生产者和消息消费者之间的契约。
  • Producer：生产者，发送消息的一方都可以称为生产者。
  • SendEndpoint：发送端点，用于将消息内容序列化，并发送到传输模块。
  • Transport：传输模块，消息代理透明化的核心，用于和消息代理通信，负责发送和接收消息。
  • ReceiveEndpoint：接收端点，用于从传输模块接收消息，反序列化消息内容，并将消息路由到消费者。
  • Consumer：消费者，用于消息消费。

从上图可知，本质上还是发布订阅模式的实现，接下来就核心概念进行详解。

Message

Message：消息，可以使用class、interface、struct和record来创建，消息作为一个契约，需确保创建后不能篡改，因此应只保留只读属性且不应包含方法和行为。MassTransit使用的是包含命名空间的完全限定名即typeof(T).FullName来表示特定的消息类型。因此若在另外的项目中消费同名的消息类型，需确保消息的命名空间相同。另外需注意消息不应继承，以避免发送基类消息类型造成的不可预期的结果。为避免此类情况，官方建议使用接口来定义消息。在MassTransit中，消息主要分为两种类型：

  • Command：命令，用于告诉服务做什么，命令被发送到指定端点，仅被一个服务接收并执行。一般以动名词结构命名，如：UpdateAddress、CancelOrder。
  • Event：事件，用于告诉服务什么发生了，事件被发布到多个端点，可以被多个服务消费。 一般以过去式结构命名，如：AddressUpdated，OrderCanceled。

经过MassTransit发送的消息，会使用信封包装，包含一些附加信息，数据结构举例如下：

{
    "messageId": "6c600000-873b-00ff-9a8f-08da8da85542",
    "requestId": null,
    "correlationId": null,
    "conversationId": "6c600000-873b-00ff-9526-08da8da85544",
    "initiatorId": null,
    "sourceAddress": "rabbitmq://localhost/THINKPAD_MassTransitDemo_bus_ptoyyyr88cyx9s1gbdpe5kniy1?temporary=true",
    "destinationAddress": "rabbitmq://localhost/MassTransit.Demo:OrderCreatedEvent",
    "responseAddress": null,
    "faultAddress": null,
    "messageType": [
        "urn:message:MassTransit.Demo:OrderCreatedEvent"
    ],
    "message": {
        "orderId": "fd8a3598-4c3a-4ec9-bbf9-d5f508e1a0d8"
    },
    "expirationTime": null,
    "sentTime": "2022-09-03T12:32:15.0796943Z",
    "headers": {},
    "host": {
        "machineName": "THINKPAD",
        "processName": "MassTransit.Demo",
        "processId": 24684,
        "assembly": "MassTransit.Demo",
        "assemblyVersion": "1.0.0.0",
        "frameworkVersion": "6.0.5",
        "massTransitVersion": "8.0.6.0",
        "operatingSystemVersion": "Microsoft Windows NT 10.0.19044.0"
    }
}

从以上消息实例中可以看出一个包装后的消息包含以下核心属性：

  • messageId：全局唯一的消息ID
  • messageType：消息类型
  • message：消息体，也就是具体的消息实例
  • sourceAddress：消息来源地址
  • destinationAddress：消息目标地址
  • responseAddress：响应地址，在请求响应模式中使用
  • faultAddress：消息异常发送地址，用于存储异常消费消息
  • headers：消息头，允许应用自定义扩展信息
  • correlationId：关联Id，在Saga状态机中会用到，用来关联系列事件
  • host：宿主，消息来源应用的宿主信息

Producer

Producer，生产者，即用于生产消息。在MassTransit主要借助以下对象进行命令的发送和事件的发布。

从以上类图可以看出，消息的发送主要核心依赖于两个接口：

  • ISendEndpoint：提供了Send方法，用于发送命令。
  • IPublishEndpoint：提供了Publish方法，用于发布事件。

但基于上图的继承体系，可以看出通过IBus、ISendEndpointProvider和ConsumeContext进行命令的发送；通过IBus和IPublishEndpointProvider进行事件的发布。具体举例如下：

发送命令

1.通过IBus发送：

private readonly IBus _bus;
public async Task Post(CreateOrderRequest request)
{
    //通过以下方式配置对应消息类型的目标地址
    EndpointConvention.Map<CreateOrderRequest>(new Uri("queue:create-order"));
    await _bus.Send(request);
}

2.通过ISendEndpointProvider发送：

private readonly ISendEndpointProvider  _sendEndpointProvider;
public async Task Post(CreateOrderRequest request)
{
    var serviceAddress = new Uri("queue:create-order");
    var endpoint = await _sendEndpointProvider.GetSendEndpoint(serviceAddress);
    await endpoint.Send(request);
}

3.通过ConsumeContext发送：

public class CreateOrderRequestConsumer:IConsumer<CreateOrderRequest>
{    
    public async Task Consume(ConsumeContext<CreateOrderRequest> context)
    {
    	//do something else
        var destinationAddress = new Uri("queue:lock-stock");
        var command = new LockStockRequest(context.Message.OrderId);
       
        await context.Send<LockStockRequest>(destinationAddress, command);
 		// 也可以通过获取`SendEndpoint`发送命令
        // var endpoint = await context.GetSendEndpoint(destinationAddress);
        // await endpoint.Send<LockStockRequest>(command);
    	
    }
}

发布事件

1.通过IBus发布：

private readonly IBus _bus;
public async Task Post(CreateOrderRequest request)
{
    //do something
    await _bus.Publish(request);
}

2.通过IPublishEndpoint发布：

private readonly IPublishEndpoint _publishEndpoint;
public async Task Post(CreateOrderRequest request)
{
    //do something
    var order = CreateOrder(request);
    await _publishEndpoint.Publish<OrderCreatedEvent>(new OrderCreateEvent(order.Id));
}

3.通过ConsumeContext发布：

public class CreateOrderRequestConsumer: IConsumer<CreateOrderRequest>
{    
    public async Task Consume(ConsumeContext<CreateOrderRequest> context)
    {
        var order = CreateOrder(conext.Message);
    	await context.Publish<OrderCreatedEvent>(new OrderCreateEvent(order.Id));
    }
}

Consumer

Consumer，消费者，即用于消费消息。MassTransit 包括多种消费者类型，主要分为无状态和有状态两种消费者类型。

无状态消费者

无状态消费者，即消费者无状态，消息消费完毕，消费者就释放。主要的消费者类型有：IConsumer<TMessage>、JobConsumer、IActivity和RoutingSlip等。其中IConsumer<TMessage>已经在上面的快速体验部分举例说明。而JobConsumer<TMessage>主要是对IConsumer<TMessage>的补充，其主要应用场景在于执行耗时任务。

而对于IActivity和RoutingSlip则是MassTransit Courier的核心对象，主要用于实现Saga模式的分布式事务。MassTransit Courier 实现了Routing Slip模式，通过按需有序组合一系列的Activity，得到一个用来限定消息处理顺序的Routing Slip。而每个Activity的具体抽象就是IActivity和IExecuteActivity。二者的差别在于IActivity定义了Execute和Compensate两个方法，而IExecuteActivitiy仅定义了Execute方法。其中Execute代表正向操作，Compensate代表反向补偿操作。用一个简单的下单流程：创建订单->扣减库存->支付订单举例而言，其示意图如下所示。而对于具体实现，可参阅文章：AspNetCore&MassTransit Courier实现分布式事务

有状态消费者

有状态消费者，即消费者有状态，其状态会持久化，代表的消费者类型为MassTransitStateMachine。MassTransitStateMachine是MassTransit Automatonymous 库定义的，Automatonymous 是一个.NET 状态机库，用于定义状态机，包括状态、事件和行为。MassTransitStateMachine就是状态机的具体抽象，可以用其编排一系列事件来实现状态的流转，也可以用来实现Saga模式的分布式事务。并支持与EF Core和Dapper集成将状态持久化到关系型数据库，也支持将状态持久化到MongoDB、Redis等数据库。MassTransitStateMachine对于Saga模式分布式事务的实现方式与RoutingSlip不同，还是以简单的下单流程：创建订单->扣减库存->支付订单举例而言，其示意图如下所示。基于MassTransitStateMachine 实现分布式事务详参后续文章。

从上图可知，通过MassTransitStateMachine可以将事件的执行顺序逻辑编排在一个集中的状态机中，通过发送命令和订阅事件来推动状态流转，而这也正是Saga编排模式的实现。

应用场景

了解完MassTransit的核心概念，接下来再来看下MassTransit的核心特性以及应用场景：

  • 基于消息的请求响应模式：可用于同步通信
  • Mediator模式：中间者模式的实现，类似MediatR，但功能更完善
  • 计划任务：可用于执行定时任务
  • Routing Slip 模式：可用于实现Saga模式的分布式事务
  • Saga 状态机：可用于实现Saga模式的分布式事务
  • 本地消息表：类似DotNetCore.Cap，用于实现最终一致性

总体而言，MassTransit是一款优秀的分布式应用框架，可作为分布式应用的消息总线，也可以用作单体应用的事件总线。感兴趣的朋友不妨一观。

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