使用作為容器執行的資料庫伺服器

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03/12/2024

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本內容節錄自《容器化 .NET 應用程式的 .NET 微服務架構》(.NET Microservices Architecture for Containerized .NET Applications) 電子書，可以在 .NET Docs 上取得，或免費下載可供離線閱讀的 PDF。

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您可將資料庫 (SQL Server、PostgreSQL、MySQL 等等) 放在一般的獨立伺服器、內部部署叢集，或如 Azure SQL DB 等雲端 PaaS 服務上。不過，如果是開發和測試環境，讓您的資料庫以容器的形式執行會很方便，因為您不會有任何外部相依性，只要執行 docker-compose up 指令就可以啟動整個應用程式。將這些資料庫當作容器也非常適合整合測試，因為資料庫是在容器中啟動，而且一律填入相同的範例資料，所以測試會更容易預測。

在 eShopOnContainers 中有一個名為 sqldata 的容器，如 docker-compose.yml 中所定義，會針對所有需要 SQL 資料庫的微服務執行 SQL Server for Linux 執行個體與 SQL 資料庫。

微服務的一個重點是每個微服務都會擁有相關資料，因此應各自具備資料庫。不過這些資料庫可以在任何位置。在此情況下，這些資料庫全部都會位於相同的容器中，以盡可能降低 Docker 記憶體需求。請記住，雖然此解決方案對於開發，或許還有測試而言已經足夠，但不適用於生產。

範例應用程式中的 SQL Server 容器，是在 docker-compose.yml 檔案中使用下列 YAML 程式碼設定，它會在您執行 docker-compose up 時執行。請注意 YAML 程式碼已合併來自泛型 docker-compose.yml 檔案和 docker-compose.override.yml 檔案的組態資訊。 (通常您會將環境設定從 SQL Server 映像相關的基底或靜態資訊中分離出來。)

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

以類似的方式，而不是使用 docker-compose，下列 docker run 命令可以執行該容器：

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

不過，如果您要部署多容器應用程式，例如 eShopOnContainers，使用 docker-compose up 命令會更方便，其會部署應用程式需要的所有容器。

當您第一次啟動此 SQL Server 容器時，容器會使用您提供的密碼初始化 SQL Server。 SQL Server 以容器形式執行後，您就可以透過任何的一般 SQL 連線進行連線 (例如從 SQL Server Management Studio、Visual Studio 或 C# 程式碼)，藉此更新資料庫。

eShopOnContainers 應用程式會在啟動時，將範例資料與資料一起植入，再用它初始化每個微服務資料庫，如下節所述。

將 SQL Server 執行為容器，不僅適合您可能無法存取 SQL Server 執行個體的示範；如前所述，也非常適合開發和測試環境，讓您植入新的範例資料，從全新的 SQL Server 映像和已知資料，輕鬆執行整合測試。

其他資源

在 Linux、Mac 或 Windows 上執行 SQL Server Docker 映像
https://learn.microsoft.com/sql/linux/sql-server-linux-setup-docker
使用 sqlcmd 連線及查詢 Linux 上的 SQL Server
https://learn.microsoft.com/sql/linux/sql-server-linux-connect-and-query-sqlcmd

在 Web 應用程式啟動時植入測試資料

若要在應用程式啟動時將資料新增至資料庫，您可將與下列類似的程式碼新增至 Web API 專案 Program 類別中的 Main 方法：

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();
    }
}

在容器啟動期間套用移轉及植入資料庫時，請注意一點重要事項。由於資料庫伺服器可能會因某種原因而無法使用，您必須在等候伺服器可用的同時處理重試。此重試邏輯會由 MigrateDbContext() 擴充方法處理，如下列程式碼所示：

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;
}

下列自訂 CatalogContextSeed 類別中的程式碼會填入資料。

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" }
        };
    }
}

當您執行整合測試時，能夠產生與整合測試一致的資料會很有用。能夠重新建立所有項目，包括在容器上執行的 SQL Server 執行個體，非常適合測試環境。

EF Core InMemory 資料庫與當作容器執行的 SQL Server

執行測試時另一個不錯的選擇，是使用 Entity Framework InMemory 資料庫提供者。您可以在自己的 Web API 專案之啟動類別的 ConfigureServices 方法中指定該組態：

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 ...
}

雖然有重要的 Catch。記憶體內部資料庫不支援專門針對特定資料庫的多個限制式。例如，您可能會在您 EF Core 模型的資料行中新增唯一索引，並針對記憶體內部資料庫撰寫測試，確認它不會讓您新增重複的值。但當您在使用記憶體內部資料庫時，您無法處理資料行的唯一索引。因此，記憶體內部資料庫的行為和實際 SQL Server 資料庫的行為不會一模一樣，它不會模擬資料庫特定的限制式。

即便如此，記憶體內部資料庫對測試與建立原型仍很有用。但如果您想要建立精確的整合測試，將特定資料庫的實作行為納入考量，您必須使用實際的資料庫，例如 SQL Server。基於這個目的，在容器中執行 SQL Server 是非常好的選擇，而且會比 EF Core InMemory 資料庫提供者更精確。

使用在容器中執行的 Redis 快取服務

您可以在容器上執行 Redis，特別是針對開發和測試以及概念證明案例。本案例很方便，因為您可以在容器上執行所有的相依性，不只適用於您的本機開發機器，還適用於您在 CI/CD 管線中的測試環境。

不過，當您在生產環境中執行 Redis 時，最好是尋找執行為 PaaS (平台即服務) 的高可用性方案，例如 Redis Microsoft Azure。在您的程式碼中，您只需要變更連接字串即可。

Redis 提供使用 Redis 的 Docker 映像。該映像可從位於此 URL 的 Docker Hub 取得：

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

您可以在命令提示字元中執行下列 Docker CLI 命令，直接執行 Docker Redis 容器：

docker run --name some-redis -d redis

Redis 映像包括 expose:6379 (Redis 使用的連接埠)，因此標準容器連結會自動將它提供給已連結的容器。

在 eShopOnContainers 中，basket-api 微服務會使用以容器形式執行的 Redis 快取。該 basketdata 容器會定義為多容器 docker-compose.yml 檔案的一部分，如下列範例所示：

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

docker-compose.yml 的這段程式碼會根據 redis 映像，定義名為 basketdata 的容器，並在內部發佈連接埠 6379。此組態代表只有從在 Docker 主機內執行的其他容器才能進行存取。

最後，在 docker-compose.override.yml 檔案中，eShopOnContainers 範例的 basket-api 微服務會定義要用於該 Redis 容器的連接字串：

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

如上所述，微服務 basketdata 的名稱會由 Docker 的內部網路 DNS 解析。

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使用作為容器執行的資料庫伺服器

SQL Server 執行為附微服務相關資料庫的容器

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在 Web 應用程式啟動時植入測試資料

EF Core InMemory 資料庫與當作容器執行的 SQL Server

使用在容器中執行的 Redis 快取服務

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