Command Query Responsibility Segregation - CQRS

CQRS, oder Command Query Responsibility Segregation, ist ein Architekturansatz, der die Verantwortlichkeiten von Lese- und Schreiboperationen in einem Software-System trennt. Der Hauptgedanke hinter CQRS besteht darin, dass Befehle (Commands) und Abfragen (Queries) unterschiedliche Modelle und Datenbanken verwenden, um die spezifischen Anforderungen an Datenänderung und Datenabfrage effizient zu erfüllen.

Grundprinzipien von CQRS

1. Trennung von Lesemodell und Schreibmodell:

   • Commands (Befehle): Diese ändern den Zustand des Systems und führen Geschäftslogik aus. Ein Command-Modell (Schreibmodell) repräsentiert die Operationen, die eine Veränderung des Systems erfordern.
   • Queries (Abfragen): Diese fragen den aktuellen Zustand des Systems ab, ohne ihn zu verändern. Ein Query-Modell (Lesemodell) ist für effiziente Datenabfragen optimiert.

2. Isolation von Lese- und Schreiboperationen:

   • Durch die Trennung können Schreiboperationen auf das Domänenmodell fokussiert werden, während Leseoperationen auf Optimierung und Performance ausgelegt sind.

3. Verwendung unterschiedlicher Datenbanken:

   • In einigen Implementierungen von CQRS werden für das Lese- und Schreibmodell unterschiedliche Datenbanken verwendet, um spezielle Anforderungen und Optimierungen zu unterstützen.

4. Asynchrone Kommunikation:

   • Lese- und Schreiboperationen können asynchron kommunizieren, was die Skalierbarkeit erhöht und die Lastverteilung verbessert.

Vorteile von CQRS

1. Skalierbarkeit:

   • Die Trennung von Lesemodellen und Schreibmodellen ermöglicht eine gezielte Skalierung der jeweiligen Komponenten, um unterschiedliche Lasten und Anforderungen zu bewältigen.

2. Optimierte Datenmodelle:

   • Da Abfragen und Befehle unterschiedliche Modelle verwenden, können die Datenstrukturen für jede Anforderung optimiert werden, was die Effizienz verbessert.

3. Verbesserte Wartbarkeit:

   • CQRS kann die Komplexität des Codes verringern, indem es die Verantwortlichkeiten klar trennt, was die Wartung und Weiterentwicklung vereinfacht.

4. Leichtere Integration mit Event Sourcing:

   • CQRS und Event Sourcing ergänzen sich gut, da Events als eine Möglichkeit dienen, um Änderungen im Schreibmodell zu protokollieren und Lese-Modelle zu aktualisieren.

5. Sicherheitsvorteile:

   • Durch die Trennung von Lese- und Schreiboperationen kann das System besser vor unbefugtem Zugriff und Manipulation geschützt werden.

Nachteile von CQRS

1. Komplexität der Implementierung:

   • Die Einführung von CQRS kann die Systemarchitektur komplexer machen, da mehrere Modelle und Synchronisationsmechanismen entwickelt und verwaltet werden müssen.

2. Eventuelle Dateninkonsistenz:

   • In einem asynchronen System kann es zu kurzen Zeiträumen kommen, in denen die Daten in den Lese- und Schreibmodellen inkonsistent sind.

3. Erhöhter Entwicklungsaufwand:

   • Die Entwicklung und Pflege von zwei separaten Modellen erfordert zusätzliche Ressourcen und sorgfältige Planung.

4. Herausforderungen bei der Transaktionsverwaltung:

   • Da CQRS häufig in einer verteilten Umgebung eingesetzt wird, kann die Verwaltung von Transaktionen über verschiedene Datenbanken hinweg komplex sein.

Wie CQRS funktioniert

Um CQRS besser zu verstehen, schauen wir uns ein einfaches Beispiel an, das die Trennung von Befehlen und Abfragen demonstriert.

Beispiel: E-Commerce-Plattform

In einer E-Commerce-Plattform könnten wir CQRS verwenden, um die Bestellungen von Kunden zu verwalten.

1. Command: Neue Bestellung aufgeben

   • Ein Kunde legt eine Bestellung in den Warenkorb und gibt sie auf.

Command: PlaceOrder
Data: {OrderID: 1234, CustomerID: 5678, Items: [...], TotalAmount: 150}

• Dieser Command aktualisiert das Schreibmodell und führt die Geschäftslogik aus, z.B. Verfügbarkeit prüfen, Zahlungsdetails validieren und die Bestellung in der Datenbank speichern.

2. Query: Bestelldetails anzeigen

• Der Kunde möchte die Details einer Bestellung einsehen.

Query: GetOrderDetails
Data: {OrderID: 1234}

• Diese Query liest aus dem Lesemodell, das speziell für schnelle Datenabfragen optimiert ist und die Informationen zurückgibt, ohne den Zustand zu ändern.

Implementierung von CQRS

Die Implementierung von CQRS erfordert einige grundlegende Komponenten:

1. Command Handler:

   • Eine Komponente, die Befehle entgegennimmt und die entsprechende Geschäftslogik ausführt, um den Systemzustand zu ändern.

2. Query Handler:

   • Eine Komponente, die Anfragen verarbeitet und die erforderlichen Daten aus dem Lesemodell abruft.

3. Datenbanken:

   • Separate Datenbanken für Lese- und Schreiboperationen können verwendet werden, um spezifische Anforderungen an Datenmodellierung und Performance zu erfüllen.

4. Synchronisationsmechanismen:

   • Mechanismen, die sicherstellen, dass Änderungen im Schreibmodell zu entsprechenden Aktualisierungen im Lesemodell führen, z.B. durch die Verwendung von Events.

5. APIs und Schnittstellen:

   • API-Endpunkte und Schnittstellen, die die Trennung von Lese- und Schreiboperationen in der Anwendung unterstützen.

Beispiele aus der Praxis

CQRS wird in verschiedenen Bereichen und Anwendungen eingesetzt, insbesondere in komplexen Systemen, die hohe Anforderungen an Skalierbarkeit und Performance haben. Beispiele für den Einsatz von CQRS sind:

• Finanzdienstleistungen: Um komplexe Geschäftslogik von Anfragen nach Konto- und Transaktionsdaten zu trennen.
• E-Commerce-Plattformen: Für die effiziente Verarbeitung von Bestellungen und die Bereitstellung von Echtzeitinformationen für Kunden.
• IoT-Plattformen: Wo große Mengen von Sensordaten verarbeitet werden müssen und Abfragen in Echtzeit erforderlich sind.
• Microservices-Architekturen: Zur Unterstützung der Entkopplung von Diensten und zur Verbesserung der Skalierbarkeit.

Fazit

CQRS bietet eine leistungsfähige Architektur zur Trennung von Lese- und Schreiboperationen in Software-Systemen. Während die Einführung von CQRS die Komplexität erhöhen kann, bietet es erhebliche Vorteile in Bezug auf Skalierbarkeit, Effizienz und Wartbarkeit. Die Entscheidung, CQRS zu verwenden, sollte auf den spezifischen Anforderungen des Projekts basieren, einschließlich der Notwendigkeit, unterschiedliche Lasten zu bewältigen und komplexe Geschäftslogik von Abfragen zu trennen.

Hier ist eine vereinfachte visuelle Darstellung des CQRS-Ansatzes:

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|    User Action   | ----> |   Command Handler   | ----> |  Write Database     |
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                                                              |
                                                              v
                                                        +---------------------+
                                                        |   Read Database     |
                                                        +---------------------+
                                                              ^
                                                              |
+------------------+       +---------------------+       +---------------------+
|   User Query     | ----> |   Query Handler     | ----> |   Return Data       |
+------------------+       +---------------------+       +---------------------+