《解剖PetShop》系列之三:PetShop數據訪問層之消息處理

在進行系統設計時，除了對安全、事務等問題給與足夠的重視外，性能也是一個不可避免的問題所在，尤其是一個B/S結構的軟件系統，必須充分地考慮訪問量、數據流量、服務器負荷的問題。解決性能的瓶頸，除了對硬件系統進行升級外，軟件設計的合理性尤為重要。

在前面我曾提到，分層式結構設計可能會在一定程度上影響數據訪問的性能，然而與它給設計人員帶來的好處相比，幾乎可以忽略。要提供整個系統的性能，還可以從數據庫的優化著手，例如連接池的使用、建立索引、優化查詢策略等等，例如在PetShop中就利用了數據庫的Cache，對於數據量較大的訂單數據，則利用分庫的方式為其單獨建立了Order和Inventory數據庫。而在軟件設計上，比較有用的方式是利用多線程與異步處理方式。

在PetShop4.0中，使用了Microsoft Messaging Queue(MSMQ)技術來完成異步處理，利用消息隊列臨時存放要插入的數據，使得數據訪問因為不需要訪問數據庫從而提供了訪問性能，至於隊列中的數據，則等待系統空閒的時候再進行處理，將其最終插入到數據庫中。

PetShop4.0中的消息處理，主要分為如下幾部分：消息接口IMessaging、消息工廠MessagingFactory、MSMQ實現MSMQMessaging以及數據後台處理應用程序OrderProcessor。

從模塊化分上，PetShop自始自終地履行了“面向接口設計”的原則，將消息處理的接口與實現分開，並通過工廠模式封裝消息實現對象的創建，以達到松散耦合的目的。

由於在PetShop中僅對訂單的處理使用了異步處理方式，因此在消息接口IMessaging中，僅定義了一個IOrder接口，其類圖如下：

在對消息接口的實現中，考慮到未來的擴展中會有其他的數據對象會使用MSMQ，因此定義了一個Queue的基類，實現消息Receive和Send的基本操作：

public virtual object Receive()
{
　　　try
{
　　　　　using (Message message = queue.Receive(timeout, transactionType))
　　　　　　 return message;
　　　}
　　　catch (MessageQueueException mqex)
{
　　　　　if (mqex.MessageQueueErrorCode == MessageQueueErrorCode.IOTimeout)
　　　　　　 throw new TimeoutException();
　　　　　　　　throw;
　　　}
}
public virtual void Send(object msg)
{
　　　queue.Send(msg, transactionType);
}

其中queue對象是System.Messaging.MessageQueue類型，作為存放數據的隊列。MSMQ隊列是一個可持久的隊列，因此不必擔心用戶不間斷地下訂單會導致訂單數據的丟失。在PetShopQueue設置了timeout值，OrderProcessor會根據timeout值定期掃描隊列中的訂單數據。

MSMQMessaging模塊中，Order對象實現了IMessaging模塊中定義的接口IOrder，同時它還繼承了基類PetShopQueue，其定義如下：

public class Order:PetShopQueue, PetShop.IMessaging.IOrder

方法的實現代碼如下：

public new OrderInfo Receive()
　　{
　　　　// This method involves in distributed transaction and need Automatic Transaction type
　　　　base.transactionType = MessageQueueTransactionType.Automatic;
　　　　return (OrderInfo)((Message)base.Receive()).Body;
　　}　　public OrderInfo Receive(int timeout)
　　{
　　　　base.timeout = TimeSpan.FromSeconds(Convert.ToDouble(timeout));
　　　　return Receive();
　　}

　　public void Send(OrderInfo orderMessage)
　　{
　　　　// This method does not involve in distributed transaction and optimizes performance using Single type
　　　　base.transactionType = MessageQueueTransactionType.Single;
　　　　base.Send(orderMessage);
　　}所以，最後的類圖應該如下：

注意在Order類的Receive()方法中，是用new關鍵字而不是override關鍵字來重寫其父類PetShopQueue的Receive()虛方法。因此，如果是實例化如下的對象，將會調用PetShopQueue的Receive()方法，而不是子類Order的Receive()方法：

PetShopQueue queue = new Order();

queue.Receive();

從設計上來看，由於PetShop采用“面向接口設計”的原則，如果我們要創建Order對象，應該采用如下的方式：

IOrder order = new Order();

order.Receive();

考慮到IOrder的實現有可能的變化，PetShop仍然利用了工廠模式，將IOrder對象的創建用專門的工廠模塊進行了封裝：

在類QueueAccess中，通過CreateOrder()方法利用反射技術創建正確的IOrder類型對象：

public static PetShop.IMessaging.IOrder CreateOrder()
　　{
　　　　string className = path + ".Order";
　　　　return PetShop.IMessaging.IOrder)Assembly.Load(path).CreateInstance(className);
　　}

path的值通過配置文件獲取：

private static readonly string path = ConfigurationManager.AppSettings["OrderMessaging"];

而配置文件中，OrderMessaging的值設置如下：

<add key="OrderMessaging" value="PetShop.MSMQMessaging"/>

之所以利用工廠模式來負責對象的創建，是便於在業務層中對其調用，例如在BLL模塊中OrderAsynchronous類：

public class OrderAsynchronous : IOrderStrategy
{
　　private static readonly PetShop.IMessaging.IOrder asynchOrder = PetShop.MessagingFactory.QueueAccess.CreateOrder();
　　public void Insert(PetShop.Model.OrderInfo order)
{
　　　　asynchOrder.Send(order);
　　}
}

一旦IOrder接口的實現發生變化，這種實現方式就可以使得客戶僅需要修改配置文件，而不需要修改代碼，如此就可以避免程序集的重新編譯和部署，使得系統能夠靈活應對需求的改變。例如定義一個實現IOrder接口的SpecialOrder，則可以新增一個模塊，如PetShop.SpecialMSMQMessaging，而類名則仍然為Order，那麼此時我們僅需要修改配置文件中OrderMessaging的值即可：

<add key="OrderMessaging" value="PetShop.SpecialMSMQMessaging"/>

OrderProcessor是一個控制台應用程序，不過可以根據需求將其設計為Windows Service。它的目的就是接收消息隊列中的訂單數據，然後將其插入到Order和Inventory數據庫中。它利用了多線程技術，以達到提高系統性能的目的。

在OrderProcessor應用程序中，主函數Main用於控制線程，而核心的執行任務則由方法ProcessOrders()實現：private static void ProcessOrders()
　　{
　　　　// the transaction timeout should be long enough to handle all of orders in the batch
　　　　TimeSpan tsTimeout = TimeSpan.FromSeconds(Convert.ToDouble(transactionTimeout * batchSize));

　　　　Order order = new Order();
　　　　while (true)
　　　　{
　　　　　　// queue timeout variables
　　　　　　TimeSpan datetimeStarting = new TimeSpan(DateTime.Now.Ticks);
　　　　　　double elapsedTime = 0;

　　　　　　int processedItems = 0;

　　　　　　ArrayList queueOrders = new ArrayList();

　　　　　　using (TransactionScope ts = new TransactionScope(TransactionScopeOption.Required, tsTimeout))
　　　　　　{
　　　　　　　　// Receive the orders from the queue
　　　　　　　　for (int j = 0; j < batchSize; j++)
　　　　　　　　{
　　　　　　　　　　try
　　　　　　　　　　{
　　　　　　　　　　　　//only receive more queued orders if there is enough time
　　　　　　　　　　　　if ((elapsedTime + queueTimeout + transactionTimeout) < tsTimeout.TotalSeconds)
　　　　　　　　　　　　{
　　　　　　　　　　　　　　queueOrders.Add(order.ReceiveFromQueue(queueTimeout));
　　　　　　　　　　　　}
　　　　　　　　　　　　else
　　　　　　　　　　　　{
　　　　　　　　　　　　　　j = batchSize;　 // exit loop
　　　　　　　　　　　　}

　　　　　　　　　　　　//update elapsed time
　　　　　　　　　　　　elapsedTime = new TimeSpan(DateTime.Now.Ticks).TotalSeconds - datetimeStarting.TotalSeconds;
　　　　　　　　　　}
　　　　　　　　　　catch (TimeoutException)
　　　　　　　　　　{
　　　　　　　　　　　　//exit loop because no more messages are waiting
　　　　　　　　　　　　j = batchSize;
　　　　　　　　　　}
　　　　　　　　}
　　　　　　　　//process the queued orders
　　　　　　　　for (int k = 0; k < queueOrders.Count; k++)
　　　　　　　　{
　　　　　　　　　　order.Insert((OrderInfo)queueOrders[k]);
　　　　　　　　　　processedItems++;
　　　　　　　　　　totalOrdersProcessed++;
　　　　　　　　}

　　　　　　　　//batch complete or MSMQ receive timed out
　　　　　　　　ts.Complete();
　　　　　　}

　　　　　　Console.WriteLine("(Thread Id " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId + ") batch finished, " + processedItems + " items, in " + elapsedTime.ToString() + " seconds.");
　　　　}
　　}

首先，它會通過PetShop.BLL.Order類的公共方法ReceiveFromQueue()來獲取消息隊列中的訂單數據，並將其放入到一個ArrayList對象中，然而再調用PetShop.BLL.Order類的Insert方法將其插入到Order和Inventory數據庫中。

在PetShop.BLL.Order類中，並不是直接執行插入訂單的操作，而是調用了IOrderStrategy接口的Insert()方法：

public void Insert(OrderInfo order)
{
　　// Call credit card procesor
　　ProcessCreditCard(order);

　　// Insert the order (a)synchrounously based on configuration
　　orderInsertStrategy.Insert(order);
}

在這裡，運用了一個策略模式，類圖如下所示：

在PetShop.BLL.Order類中，仍然利用配置文件來動態創建IOrderStategy對象：

private static readonly PetShop.IBLLStrategy.IOrderStrategy orderInsertStrategy = LoadInsertStrategy();
private static PetShop.IBLLStrategy.IOrderStrategy LoadInsertStrategy()
{
　　// Look up which strategy to use from config file
　　string path = ConfigurationManager.AppSettings["OrderStrategyAssembly"];
　　string className = ConfigurationManager.AppSettings["OrderStrategyClass"];

　　// Using the evidence given in the config file load the appropriate assembly and class
　　return (PetShop.IBLLStrategy.IOrderStrategy)Assembly.Load(path).CreateInstance(className);
}

由於OrderProcessor是一個單獨的應用程序，因此它使用的配置文件與PetShop不同，是存放在應用程序的App.config文件中，在該文件中，對IOrderStategy的配置為：

<add key="OrderStrategyAssembly" value="PetShop.BLL" />

<add key="OrderStrategyClass" value="PetShop.BLL.OrderSynchronous" />

因此，以異步方式插入訂單的流程如下圖所示：

Microsoft Messaging Queue(MSMQ)技術除用於異步處理以外，它主要還是一種分布式處理技術。分布式處理中，一個重要的技術要素就是有關消息的處理，而在System.Messaging命名空間中，已經提供了Message類，可以用於承載消息的傳遞，前提上消息的發送方與接收方在數據定義上應有統一的接口規范。

MSMQ在分布式處理的運用，在我參與的項目中已經有了實現。在為一個汽車制造商開發一個大型系統時，分銷商Dealer作為.Net客戶端，需要將數據傳遞到管理中心，並且該數據將被Oracle的EBS(E-Business System)使用。由於分銷商管理系統（DMS）采用的是C/S結構，數據庫為SQL Server，而汽車制造商管理中心的EBS數據庫為Oracle。這裡就涉及到兩個系統之間數據的傳遞。

實現架構如下：

首先Dealer的數據通過MSMQ傳遞到MSMQ Server，此時可以將數據插入到SQL Server數據庫中，同時利用FTP將數據傳送到專門的文件服務器上。然後利用IBM的EAI技術（企業應用集成，Enterprise Application Itegration）定期將文件服務器中的文件，利用接口規范寫入到EAI數據庫服務器中，並最終寫道EBS的Oracle數據庫中。

上述架構是一個典型的分布式處理結構，而技術實現的核心就是MSMQ和EAI。由於我們已經定義了統一的接口規范，在通過消息隊列形成文件後，此時的數據就已經與平台無關了，使得在.Net平台下的分銷商管理系統能夠與Oracle的EBS集成起來，完成數據的處理。