CAP应用

1.工作原理

 CAP（Consistent，Available，Partition - tolerant）框架在.NET 中的工作原理。CAP 是一个用于.NET 的分布式事务解决方案，主要用于实现微服务架构中的数据一致性（实现分布式事务的最终一致性），其工作原理如下：

发布 / 订阅模型

• CAP 基于发布 / 订阅模式来处理消息。当一个应用程序需要执行一个可能涉及多个微服务的数据操作时，它会将相关的操作封装成一个消息，并将其发布到消息队列中。其他对该消息感兴趣的微服务则会订阅这个消息队列，当消息到达时，订阅者会接收并处理消息。

本地事务与消息持久化

• 在发布消息的过程中，CAP 使用了本地事务来确保消息的可靠性。当一个服务执行一个业务操作（如数据库插入、更新等）时，它会将这个操作与消息的发布放在同一个本地事务中。如果业务操作成功，那么消息也会被成功持久化到数据库的Published表中；如果业务操作失败，那么整个事务回滚，消息也不会被发布。这样就保证了消息与业务数据的一致性。

消息发送与重试机制

• 消息持久化后，CAP 会尝试将消息发送到消息队列（如 RabbitMQ、Kafka 等）。如果消息发送失败，CAP 会根据预设的重试策略进行重试。重试机制可以确保在消息队列暂时不可用或出现网络故障等情况下，消息不会丢失，最终能够成功发送到消息队列。

消费者接收与处理消息

• 订阅了消息队列的消费者服务会从队列中接收消息，并根据消息的内容执行相应的业务逻辑。在处理消息时，消费者也会使用本地事务来确保消息处理的原子性。如果消息处理成功，消费者会将消息标记为已处理，并从Received表中删除相关记录；如果处理失败，消费者可以根据具体情况选择重试或进行其他处理方式。

分布式事务一致性保证

• 通过上述的发布 / 订阅模型、本地事务与消息持久化、消息发送与重试机制以及消费者接收与处理消息等一系列操作，CAP 框架实现了在分布式系统中跨多个微服务的数据一致性。即使在出现网络分区、服务故障等情况下，CAP 也能够通过消息的持久化和重试等机制，保证数据在最终一致性的前提下进行可靠的传输和处理。

CAP 框架通过巧妙地结合本地事务、消息队列和重试机制等技术，为.NET 微服务架构提供了一种高效、可靠的分布式事务解决方案，帮助开发者在复杂的分布式环境中轻松实现数据的一致性和可靠性。

2.作用

实现分布式事务的最终一致性

• 在分布式系统中，保证数据一致性颇具挑战，如电商场景里用户下单需同时更新库存、订单和支付信息，若服务失败易致数据不一致。CAP 不采用两阶段提交（2PC） ，而是用本地消息表 + MQ（如 RabbitMQ、Kafka 等消息队列 ）的异步确保方式。具体过程为：
• 业务操作与事件发布：服务完成操作后，发布含操作类型、数据标识等信息的事件到消息队列。
• 事件存储与确认：发布的事件存于指定介质以防丢失，CAP 等待事件处理确认。
• 事件处理与重试机制：其他服务接收事件并处理，成功则发送确认，失败则 CAP 按设定策略重试，直至成功或达最大重试次数。为避免重复处理致数据不一致，处理逻辑需保证幂等性。
• 数据一致性检查与补偿：必要时，CAP 定期检查数据一致性，通过补偿机制修复不一致问题。
• 充当高可用的 EventBus（事件总线）
• 实现了 EventBus 的发布 / 订阅功能，借助本地消息表对消息持久化。当消息队列宕机或连接失败，消息也不会丢失。比如在复杂业务系统中，各微服务可通过 CAP 实现的 EventBus 进行通信。一个服务发布事件（如订单创建事件 ），其他订阅该事件的服务（如库存服务、物流服务 ）就能收到通知并执行相应操作（如扣减库存、安排发货 ） 。
• 实际使用时，需引用相关包（基本包、消息层包、数据库包 ） ，配置本地消息记录库，生产者通过 _capBus.PublishAsync 方法发布消息，消费者在 Controller 或服务层通过 [CapSubscribe] 特性标记方法来订阅处理消息 。 此外，在应用中要注意确保幂等性、合理配置重试策略、搭建监控与报警机制以及进行性能调优 。

3.Published 和Received 表作用

在.NET CAP（一个用于解决微服务或分布式系统中分布式事务问题的开源项目 ）中：

Published 表作用

• 消息暂存：当生产者服务执行本地事务（如创建订单 ）时，会将相关事件消息（如订单创建事件 ）插入到该表，此时消息状态为未发布。这是为了确保消息和本地业务事务的原子性，即要么两者都成功执行，要么都失败回滚，避免消息丢失。

• 发布状态记录：CAP 会扫描该表，将未发布消息发送到消息队列（如 RabbitMQ、Kafka ） 。消息成功发送后，会更新该表中消息的状态为已发布，用于记录消息的发布过程和状态。

• 保障数据一致性：通过该表对消息的存储和管理，为实现分布式事务的最终一致性提供支持。比如在分布式系统中，不同服务通过消息进行交互，该表可确保消息按正确顺序、在合适时机被发送到消息队列，进而被消费者服务接收处理，保证各服务间数据状态的一致。

• 故障恢复依据：当系统出现故障（如消息队列短暂不可用 ） ，重启后可依据该表中未成功发布的消息记录，进行重试发送操作，恢复消息传递流程，保障系统可靠运行。

Received 表作用

• 消息接收记录：消费者从消息队列接收消息后，该表用于记录已接收的消息。记录内容包括消息的唯一标识、消息体、接收时间、消息来源等相关信息，方便对消息的消费情况进行跟踪和审计。

• 处理重复消费：通过记录已处理消息的相关信息（如消息 ID ） ，帮助消费者判断接收的消息是否已被处理过，以实现幂等消费。当消费者接收到消息时，会检查该表中是否已有相同标识的消息记录，若存在则可避免重复处理，确保即使在网络抖动、消息重发等情况下，也不会因重复消费导致数据不一致等问题。

• 监控与排查：开发人员可通过查看该表，了解消息的接收和处理情况，排查消息消费过程中出现的问题。比如，若发现某类消息一直未被正确处理，可根据表中记录进一步分析是消息格式问题、消费者服务异常还是其他原因，便于定位和解决问题，保障分布式系统的正常运行。

4.CapSubscribe的作用

[CapSubscribe]是.NET CAP 框架中的一个特性（Attribute）1。

作用

标识事件处理方法：用于标记那些需要处理特定事件的方法，告诉 CAP 框架当有相关事件发布时，需要调用这些被标记的方法来进行处理1。

实现消息订阅：使服务能够订阅由其他服务发布的事件消息，从而实现微服务之间基于事件的异步通信和交互，以保证各服务间的数据同步和业务流程的协同1。

使用方法

在 Controller 中使用：如果处理事件的方法在 Controller 中，直接在 Action 方法上添加[CapSubscribe]特性即可。例如：
 

csharp[Route("api/[controller]")][ApiController]public class MyController : ControllerBase{[CapSubscribe("xxx.services.show.time")]public IActionResult HandleShowTime(DateTime time){// 处理接收到的消息，例如记录日志、更新数据库等操作Console.WriteLine($"Received time: {time}");return Ok();}}

在非 Controller 类中使用：若订阅方法不在 Controller 中，订阅的类需要继承ICapSubscribe接口。例如：

csharppublic class MySubscriberService : ICapSubscribe{[CapSubscribe("xxx.services.show.time")]public void HandleShowTime(DateTime time){// 处理接收到的消息Console.WriteLine($"Received time: {time}");}}然后在Startup.cs中的ConfigureServices方法中注入该服务类：csharpservices.AddTransient<MySubscriberService>();

指定参数：

Name参数：用于指定订阅的消息名称，对应通过_capBus.PublishAsync("name", ...)发布消息时指定的名称。在不同的消息队列中，它对应不同的项，如在 RabbitMQ 中对应路由键（routing key），在 Kafka 中对应主题（topic）等。

Group参数：可选参数，用于将订阅者放置在一个单独的消费者组中。具有相同名称但不同组的订阅者都会接收消息；而同一组内具有相同名称的订阅者只有一个会接收消息。

GroupConcurrent参数：可选参数，用于设置订阅者并发执行的并行度。如果不指定Group参数，CAP 会自动使用Name的值创建一个组。需要注意的是，该设置仅适用于新消息，重试的消息不受并发限制。

在使用[CapSubscribe]前，需在项目中引入 CAP 相关的 NuGet 包，并在Startup.cs中进行 CAP 的配置，包括选择消息队列（如x.UseRabbitMQ("ConnectionStrings")）和存储介质（如x.UseSqlServer("数据库连接字符串")）

5.案例说明

以下是一个完整的示例，展示了如何使用 CAP、SQL Server 和 RabbitMQ 来实现下单服务器和订单处理服务器之间的协作，完成订单处理流程。

项目结构和整体流程概述

1. 下单服务器（OrderPlacingServer）：一个.NET Core Web API 项目，负责接收用户的下单请求，执行本地订单数据插入操作，并通过 CAP 发布订单消息到消息队列。

2. 订单处理服务器（OrderProcessingServer）：一个.NET Core Console 应用项目，订阅来自消息队列的订单消息，处理订单逻辑并更新订单状态。

3. 共享项目（OrderShared）：用于存放共享的实体类和数据库上下文，两个服务器项目都会引用该项目。

整体流程如下：

1. 用户在下单服务器发起下单请求。

2. 下单服务器执行本地事务插入订单数据到 SQL Server 数据库，并通过 CAP 将订单消息发布到 RabbitMQ 队列。

3. 订单处理服务器从 RabbitMQ 队列接收订单消息，执行订单处理逻辑，更新订单状态并保存到 SQL Server 数据库。

详细代码及解释

1. OrderShared 项目

csharp

// Order.cs
using System;
using Microsoft.EntityFrameworkCore;namespace OrderShared
{public class Order{public int OrderId { get; set; }public string CustomerName { get; set; }public decimal TotalAmount { get; set; }public string Status { get; set; } = "Placed"; // 初始状态为已下单}public class OrderDbContext : DbContext{public OrderDbContext(DbContextOptions<OrderDbContext> options) : base(options){}public DbSet<Order> Orders { get; set; }protected override void OnModelCreating(ModelBuilder modelBuilder){// 可以在这里配置实体关系等base.OnModelCreating(modelBuilder);}}
}

解释：

• Order类定义了订单的实体结构，包含订单 ID、客户名称、总金额和订单状态等属性。

• OrderDbContext是继承自DbContext的数据库上下文类，用于与 SQL Server 数据库进行交互，定义了Orders属性来操作Order实体的集合。

2. OrderPlacingServer 项目（.NET Core Web API）

csharp

// Startup.cs
using Microsoft.AspNetCore.Builder;
using Microsoft.AspNetCore.Hosting;
using Microsoft.EntityFrameworkCore;
using Microsoft.Extensions.Configuration;
using Microsoft.Extensions.DependencyInjection;
using Microsoft.Extensions.Hosting;
using DotNetCore.CAP;
using OrderShared;namespace OrderPlacingServer
{public class Startup{public Startup(IConfiguration configuration){Configuration = configuration;}public IConfiguration Configuration { get; }public void ConfigureServices(IServiceCollection services){// 配置SQL Server数据库连接services.AddDbContext<OrderDbContext>(options =>options.UseSqlServer(Configuration.GetConnectionString("OrderDbConnection")));// 配置CAPservices.AddCap(x =>{// 使用SQL Server作为存储x.UseEntityFramework<OrderDbContext>();// 使用RabbitMQ作为消息队列x.UseRabbitMQ(Configuration.GetConnectionString("RabbitMQConnection"));// 设置重试次数和间隔x.FailedRetryCount = 3;x.FailedRetryInterval = 5000;});services.AddControllers();}public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env){if (env.IsDevelopment()){app.UseDeveloperExceptionPage();}app.UseRouting();app.UseAuthorization();app.UseEndpoints(endpoints =>{endpoints.MapControllers();});// 注册CAPapp.UseCap();}}
}// OrdersController.cs
using System.Threading.Tasks;
using Microsoft.AspNetCore.Mvc;
using Microsoft.EntityFrameworkCore;
using Microsoft.Extensions.DependencyInjection;
using DotNetCore.CAP;
using OrderShared;namespace OrderPlacingServer.Controllers
{[Route("api/[controller]")][ApiController]public class OrdersController : ControllerBase{private readonly ICapPublisher _capPublisher;public OrdersController(ICapPublisher capPublisher){_capPublisher = capPublisher;}[HttpPost]public async Task<IActionResult> PlaceOrder(Order order){using (var scope = HttpContext.RequestServices.CreateScope()){var dbContext = scope.ServiceProvider.GetRequiredService<OrderDbContext>();// 开启本地事务using (var transaction = dbContext.Database.BeginTransaction(_capPublisher)){try{// 插入订单数据到本地数据库dbContext.Orders.Add(order);await dbContext.SaveChangesAsync();// 发布订单消息到CAPawait _capPublisher.PublishAsync("order.process", order);// 提交事务transaction.Commit();return Ok("Order placed successfully");}catch (Exception ex){// 回滚事务transaction.Rollback();return BadRequest($"Failed to place order: {ex.Message}");}}}}}
}

解释：

• Startup.cs：配置了 SQL Server 数据库连接，使用OrderDbContext来操作数据库。配置 CAP，指定使用 SQL Server 作为消息存储，RabbitMQ 作为消息队列，并设置了重试策略。在Configure方法中注册了 CAP 中间件。

• OrdersController.cs：PlaceOrder方法接收订单数据，通过ICapPublisher发布订单消息到名为order.process的主题。在本地事务中，先插入订单数据到数据库，然后发布消息，如果操作成功则提交事务，失败则回滚事务。

3. OrderProcessingServer 项目（.NET Core Console 应用）

csharp

// Program.cs
using System;
using System.Threading.Tasks;
using Microsoft.Extensions.DependencyInjection;
using Microsoft.Extensions.Hosting;
using DotNetCore.CAP;
using OrderShared;namespace OrderProcessingServer
{class Program{static async Task Main(string[] args){var host = Host.CreateDefaultBuilder(args).ConfigureServices((hostContext, services) =>{// 配置SQL Server数据库连接services.AddDbContext<OrderDbContext>(options =>options.UseSqlServer(hostContext.Configuration.GetConnectionString("OrderDbConnection")));// 配置CAPservices.AddCap(x =>{x.UseEntityFramework<OrderDbContext>();x.UseRabbitMQ(hostContext.Configuration.GetConnectionString("RabbitMQConnection"));});// 注册订单消费者服务services.AddHostedService<OrderConsumerHostedService>();}).Build();await host.RunAsync();}}// OrderConsumer.csusing System.Threading.Tasks;using DotNetCore.CAP;using OrderShared;public class OrderConsumer : ICapSubscribe{private readonly OrderDbContext _dbContext;public OrderConsumer(OrderDbContext dbContext){_dbContext = dbContext;}[CapSubscribe("order.process")]public async Task ProcessOrder(Order order){try{// 处理订单逻辑，例如更新订单状态为已处理order.Status = "Processed";_dbContext.Orders.Update(order);await _dbContext.SaveChangesAsync();System.Console.WriteLine($"Processed order: {order.OrderId}");}catch (Exception ex){System.Console.WriteLine($"Failed to process order: {ex.Message}");throw; // 让CAP进行重试}}}// OrderConsumerHostedService.csusing System.Threading;using System.Threading.Tasks;using Microsoft.Extensions.Hosting;using Microsoft.Extensions.Logging;using DotNetCore.CAP;public class OrderConsumerHostedService : BackgroundService{private readonly ICapPublisher _capPublisher;private readonly ILogger<OrderConsumerHostedService> _logger;public OrderConsumerHostedService(ICapPublisher capPublisher, ILogger<OrderConsumerHostedService> logger){_capPublisher = capPublisher;_logger = logger;}protected override async Task ExecuteAsync(CancellationToken stoppingToken){while (!stoppingToken.IsCancellationRequested){// 这里可以做一些定时任务相关的操作，目前只是简单等待await Task.Delay(1000, stoppingToken);}}}
}

解释：

• Program.cs：创建了一个.NET Core 主机，配置了 SQL Server 数据库连接和 CAP。注册了OrderConsumerHostedService，用于在后台运行应用并处理消息。

• OrderConsumer.cs：OrderConsumer类实现了ICapSubscribe接口，ProcessOrder方法被[CapSubscribe("order.process")]标记，用于处理接收到的订单消息。在方法中更新订单状态并保存到数据库，如果处理失败则抛出异常让 CAP 进行重试。

• OrderConsumerHostedService.cs：OrderConsumerHostedService继承自BackgroundService，在ExecuteAsync方法中可以实现一些定时任务逻辑，目前只是简单地等待，确保应用持续运行以接收和处理消息。

配置和注意事项

1. 配置文件：在两个项目的appsettings.json中配置 SQL Server 数据库连接字符串和 RabbitMQ 连接字符串。

json

{"ConnectionStrings": {"OrderDbConnection": "Data Source=YOUR_SERVER_NAME;Initial Catalog=YOUR_DATABASE_NAME;User ID=YOUR_USERNAME;Password=YOUR_PASSWORD","RabbitMQConnection": "host=YOUR_RABBITMQ_HOST;port=YOUR_RABBITMQ_PORT;user=YOUR_USERNAME;password=YOUR_PASSWORD"}
}

1. 幂等性：订单处理方法ProcessOrder应保证幂等性，避免重复处理导致数据不一致。

2. 异常处理：合理处理异常，确保消息能够正确重试或进行其他处理。

3. 数据一致性：下单服务器的本地事务和消息发布应保证原子性，确保订单数据和消息状态的一致性。

4. 消息队列健康：确保 RabbitMQ 服务正常运行，网络连接稳定，避免消息丢失或积压。

通过以上代码和配置，可以实现下单服务器和订单处理服务器之间基于 CAP、SQL Server 和 RabbitMQ 的订单处理流程。