使用作为容器运行的数据库服务器

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05/10/2023

提示

此内容摘自电子书《适用于容器化 .NET 应用程序的 .NET 微服务体系结构》，可在 .NET 文档上获取，也可作为免费可下载的 PDF 脱机阅读。

你可以将自己的数据库（SQL Server、PostgreSQL、MySQL 等）放在常规独立服务器、本地群集或云中的 PaaS 服务（如 Azure SQL DB）中。但对于开发和测试环境来说，将数据库作为容器运行很方便，因为没有任何外部依赖项，只需运行 docker-compose up 命令，即可启动整个应用程序。将这些数据库作为容器也有利于集成测试，因为数据库在容器中启动，并且始终填充相同的样本数据，因此预测测试也就更容易了。

在 eShopOnContainers 中，有一个名为 sqldata 的容器（如 docker-compose.yml 文件中所定义），该容器运行 SQL Server for Linux 实例，包含需要该实例的所有微服务的 SQL Server 数据库。

微服务中的一个关键点是每个微服务都拥有其相关数据，因此它应该具有自己的数据库。但是，数据库可以位于任何位置。在这种情况下，它们都位于同一容器中，以尽可能降低 Docker 内存需求。请记住，这对于开发和测试是一个很好的解决方案，但对于生产而言却不是。

示例应用程序中的 SQL Server 容器在 docker-compose.yml 文件中配置有下列 YAML 代码，这些代码在运行 docker-compose up 时执行。请注意，YAML 代码整合了来自通用 docker-compose.yml 文件和 docker-compose.override.yml 文件的配置信息。（你通常会分离环境设置与 SQL Server 映像的相关基本信息或静态信息。）

  sqldata:
    image: mcr.microsoft.com/mssql/server:2017-latest
    environment:
      - SA_PASSWORD=Pass@word
      - ACCEPT_EULA=Y
    ports:
      - "5434:1433"

按照类似的方法，不使用 docker-compose，而使用下列 docker run 命令便可运行该容器：

docker run -e 'ACCEPT_EULA=Y' -e 'SA_PASSWORD=Pass@word' -p 5433:1433 -d mcr.microsoft.com/mssql/server:2017-latest

但是，如果要部署多容器应用程序（如 eShopOnContainers），使用 docker-compose up 命令为应用程序部署所有必需的容器会更方便。

首次启动此 SQL Server 容器时，容器使用提供的密码初始化 SQL Server。 SQL Server 作为容器运行后，可以通过连接任何常规 SQL 连接（例如 SQL Server Management Studio、Visual Studio 或 C# 代码）来更新数据库。

eShopOnContainers 应用程序提供在启动时在数据库中设定数据，使用样本数据来初始化每个微服务数据库，如下文所述。

将 SQL Server 作为容器运行不仅可用于无法访问 SQL Server 实例的演示。如前所述，对开发和测试环境也非常有用，因为可以通过设定新的样本数据轻松地从清晰的 SQL Server 映像以及已知数据开始运行集成测试。

其他资源

Run the SQL Server Docker image on Linux, Mac, or Windows（在 Linux、Mac 或 Windows 上运行 SQL Server Docker 映像）
https://learn.microsoft.com/sql/linux/sql-server-linux-setup-docker
Connect and query SQL Server on Linux with sqlcmd（使用 sqlcmd 连接和查询 Linux 上的 SQL Server）
https://learn.microsoft.com/sql/linux/sql-server-linux-connect-and-query-sqlcmd

在 Web 应用程序启动时设定测试数据

要在应用程序启动时向数据库添加数据，可以将以下代码添加到 Web API 项目 Program 类中的 Main 方法中：

public static int Main(string[] args)
{
    var configuration = GetConfiguration();

    Log.Logger = CreateSerilogLogger(configuration);

    try
    {
        Log.Information("Configuring web host ({ApplicationContext})...", AppName);
        var host = CreateHostBuilder(configuration, args);

        Log.Information("Applying migrations ({ApplicationContext})...", AppName);
        host.MigrateDbContext<CatalogContext>((context, services) =>
        {
            var env = services.GetService<IWebHostEnvironment>();
            var settings = services.GetService<IOptions<CatalogSettings>>();
            var logger = services.GetService<ILogger<CatalogContextSeed>>();

            new CatalogContextSeed()
                .SeedAsync(context, env, settings, logger)
                .Wait();
        })
        .MigrateDbContext<IntegrationEventLogContext>((_, __) => { });

        Log.Information("Starting web host ({ApplicationContext})...", AppName);
        host.Run();

        return 0;
    }
    catch (Exception ex)
    {
        Log.Fatal(ex, "Program terminated unexpectedly ({ApplicationContext})!", AppName);
        return 1;
    }
    finally
    {
        Log.CloseAndFlush();
    }
}

在容器启动期间应用迁移并为数据库设定种子时，会出现一个重要警告。由于数据库服务器可能因某种原因不可用，因此必须等待服务器可用时处理重试。此重试逻辑由 MigrateDbContext() 扩展方法处理，如以下代码所示：

public static IWebHost MigrateDbContext<TContext>(
    this IWebHost host,
    Action<TContext,
    IServiceProvider> seeder)
      where TContext : DbContext
{
    var underK8s = host.IsInKubernetes();

    using (var scope = host.Services.CreateScope())
    {
        var services = scope.ServiceProvider;

        var logger = services.GetRequiredService<ILogger<TContext>>();

        var context = services.GetService<TContext>();

        try
        {
            logger.LogInformation("Migrating database associated with context {DbContextName}", typeof(TContext).Name);

            if (underK8s)
            {
                InvokeSeeder(seeder, context, services);
            }
            else
            {
                var retry = Policy.Handle<SqlException>()
                    .WaitAndRetry(new TimeSpan[]
                    {
                    TimeSpan.FromSeconds(3),
                    TimeSpan.FromSeconds(5),
                    TimeSpan.FromSeconds(8),
                    });

                //if the sql server container is not created on run docker compose this
                //migration can't fail for network related exception. The retry options for DbContext only
                //apply to transient exceptions
                // Note that this is NOT applied when running some orchestrators (let the orchestrator to recreate the failing service)
                retry.Execute(() => InvokeSeeder(seeder, context, services));
            }

            logger.LogInformation("Migrated database associated with context {DbContextName}", typeof(TContext).Name);
        }
        catch (Exception ex)
        {
            logger.LogError(ex, "An error occurred while migrating the database used on context {DbContextName}", typeof(TContext).Name);
            if (underK8s)
            {
                throw;          // Rethrow under k8s because we rely on k8s to re-run the pod
            }
        }
    }

    return host;
}

自定义 CatalogContextSeed 类中的以下代码可填充数据。

public class CatalogContextSeed
{
    public static async Task SeedAsync(IApplicationBuilder applicationBuilder)
    {
        var context = (CatalogContext)applicationBuilder
            .ApplicationServices.GetService(typeof(CatalogContext));
        using (context)
        {
            context.Database.Migrate();
            if (!context.CatalogBrands.Any())
            {
                context.CatalogBrands.AddRange(
                    GetPreconfiguredCatalogBrands());
                await context.SaveChangesAsync();
            }
            if (!context.CatalogTypes.Any())
            {
                context.CatalogTypes.AddRange(
                    GetPreconfiguredCatalogTypes());
                await context.SaveChangesAsync();
            }
        }
    }

    static IEnumerable<CatalogBrand> GetPreconfiguredCatalogBrands()
    {
        return new List<CatalogBrand>()
       {
           new CatalogBrand() { Brand = "Azure"},
           new CatalogBrand() { Brand = ".NET" },
           new CatalogBrand() { Brand = "Visual Studio" },
           new CatalogBrand() { Brand = "SQL Server" }
       };
    }

    static IEnumerable<CatalogType> GetPreconfiguredCatalogTypes()
    {
        return new List<CatalogType>()
        {
            new CatalogType() { Type = "Mug"},
            new CatalogType() { Type = "T-Shirt" },
            new CatalogType() { Type = "Backpack" },
            new CatalogType() { Type = "USB Memory Stick" }
        };
    }
}

运行集成测试时，可以生成与集成测试一致的数据很有用。能够从头开始创建所有内容（包括在容器上运行的 SQL Server 实例）对测试环境非常有用。

EF Core InMemory 数据库与作为容器运行的 SQL Server

运行测试时，另一个不错的选择是使用 Entity Framework InMemory 数据库提供程序。可以在 Web API 项目 Startup 类的 ConfigureServices 方法中指定该配置：

public class Startup
{
    // Other Startup code ...
    public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
    {
        services.AddSingleton<IConfiguration>(Configuration);
        // DbContext using an InMemory database provider
        services.AddDbContext<CatalogContext>(opt => opt.UseInMemoryDatabase());
        //(Alternative: DbContext using a SQL Server provider
        //services.AddDbContext<CatalogContext>(c =>
        //{
            // c.UseSqlServer(Configuration["ConnectionString"]);
            //
        //});
    }

    // Other Startup code ...
}

不过，存在一个重要的问题。内存数据库不支持指定于特定数据库的许多约束。例如，在 EF Core 模型的列中添加唯一索引，以及针对内存数据库编写测试，检查其是否允许添加重复值。但是，使用内存数据库时，无法处理列上的唯一索引。因此，内存数据库与真正 SQL Server 数据库的工作方式不完全相同 - 前者不会模拟特定于数据库的约束。

即便如此，内存数据库仍然可用于测试和原型设计。但如果想要创建考虑特定数据库实现行为的准确集成测试，则需要使用像 SQL Server 这样真正的数据库。为此，在容器中运行 SQL Server 是一个不错的选择，它比 EF Core InMemory 数据库提供程序更准确。

使用在容器中运行的 Redis 缓存服务

可以在容器上运行 Redis，特别是用于开发和测试以及概念验证方案。这种方案很方便，因为可以在容器上运行所有依赖项 - 不仅适用于本地开发机器，还适用于 CI/CD 管道中的环境测试。

但是，如果生产环境中运行 Redis，则最好是寻找像 Redis Microsoft Azure 这样的高可用性解决方案，该解决方案作为 PaaS（平台即服务）运行。你只需在代码中更改连接字符串。

Redis 提供使用 Redis 的 Docker 映像。该映像可在 Docker 中心获得，请访问此 URL：

https://hub.docker.com/_/redis/

可在命令提示符中执行以下 Docker CLI 命令来直接运行 Docker Redis 容器：

docker run --name some-redis -d redis

Redis 映像包含公开：6379（Redis 使用的端口），因此链接容器可自动使用标准容器链接。

在 eShopOnContainers 中，basket-api 微服务使用作为容器运行的 Redis 缓存。该 basketdata 容器被定义为 docker-compose.yml 文件的一部分，如以下示例所示：

#docker-compose.yml file
#...
  basketdata:
    image: redis
    expose:
      - "6379"

docker-compose.yml 中的此代码基于 redis 映像定义了一个名为 basketdata 的容器，并在内部发布端口 6379。此配置意味着只能从 Docker 主机中运行的其他容器访问它。

最后，在 docker-compose.override.yml 文件中，eShopOnContainers 示例的 basket-api 微服务定义了用于该 Redis 容器的连接字符串：

  basket-api:
    environment:
      # Other data ...
      - ConnectionString=basketdata
      - EventBusConnection=rabbitmq

如前文所述，微服务的名称 basketdata 通过 Docker 的内部网络 DNS 进行解析。

使用作为容器运行的数据库服务器

SQL Server 作为包含微服务相关数据库的容器运行

其他资源

在 Web 应用程序启动时设定测试数据

EF Core InMemory 数据库与作为容器运行的 SQL Server

使用在容器中运行的 Redis 缓存服务

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