使用Dapr和.NET 6.0進行微服務實戰：Dapr簡介

大家好，我是張飛洪，感謝您的閱讀，我會不定期和你分享學習心得，希望我的文章能成為你成長路上的墊腳石，讓我們一起精進。

本文是《使用Dapr和.NET 6.0進行微服務實戰》的第2篇Dapr簡介部分，大致包括：瞭解Dapr，探索Dapr核心元件，設定Dapr環境，構建Dapr簡單範例，閒話不說，我們開始系列旅程吧。

導讀

Dapr全稱Distributed Application Runtime，翻譯過來就是分散式應用程式執行時，在v1.0釋出後得到了極大的發展。

本章將向您介紹Dapr架構的核心概念，為您使用Dapr進行開發做好預熱和準備工作。

可以這麼說，Dapr加速了新的雲原生應用的開發，並簡化了微服務架構的運用。

在本章中，我們將討論以下主題：

簡單瞭解Dapr
探索Dapr核心元件
設定Dapr環境
構建Dapr範例

這些主題是後續使用Dapr和微服務架構的基礎和理論指導。首先，我們進入開篇的第一步，從Dapr的工作原理開始。

1.簡單瞭解Dapr

Dapr是一個事件驅動的、可移植的執行時，由Microsoft使用開源方法建立的，由雲原生計算基金會（CNCF）孵化的專案。

事件驅動（Dapr的定義中強調了這一點）在微服務中扮演著重要的角色；對來自外部系統或第三方的事件作出的反應，同時可以向其他服務轉發新的事件。

Dapr是可移植的，它有三種託管模式。首先它可以在本地機器上自託管，也可以部署到邊緣，或者在Kubernetes上執行。

下圖顯示了Dapr提供的許多構建塊：

從上圖可以看出，Dapr先要執行在微軟Azure、亞馬遜（AWS）、谷歌雲或國內阿里，華為雲上都是沒問題的。

Dapr建立在微軟開發超大規模雲原生應用的經驗基礎上。它的靈感來自Orleans和Service Fabric（服務網格）,同時又反哺微軟雲的大規模運用。

1.1Dapr簡史

Dapr於2019年10月首次釋出，您可以在這裡上了解到。

Dapr在2020年9月，在初始開發階段採用了開放式治理模式；請參見下面的描述.

Dapr於2021年2月釋出了面向生產環境的v1.0版本，請參看這裡。2021年11月，Dapr作為孵化專案加入CNCF；請參閱公告

Dapr為開發人員提供了一種面向微服務架構的設計工具和執行時，以便更好地執行我們的應用。

微服務提供了面向高可用，高並行等一系列的好處，但是同時帶來了響應的複雜行，比如熔斷限流，服務呼叫監控，負載均衡等，通常會給開發團隊帶來沉重的負擔。

而Dapr執行時剛好可以幫助我們簡化以上覆雜性操作，我們看看具體如何操作：

（圖1.2）
如圖1.2所示，它顯示了兩種Dapr託管模式：Dapr執行時在邊車（sidecar）程序中執行，將應用的大部分複雜性提升到一個單獨的環境中，這大大簡化了開發和操作。這些sidecar程序在您的開發環境的本地執行，或者在Kubernetes的Pod的容器中執行。

從應用程式的角度來看，Dapr是一種應用程式設計介面（API），可以通過超文字傳輸協定（HTTP）、遠端過程呼叫（gRPC）直接存取，或者更簡單地說，可以通過適用於.NET、Java、Go、Python、PHP、JavaScript、C++和Rust語言的任何軟體開發套件（SDK）直接存取。

當然，你也可以不必採用Dapr SDK（稍後將體驗到），對Dapr服務的請求可以像對HTTP呼叫一樣簡單，例如：http://localhost:3500/v1.0/invoke//method/。如果您通過Dapr SDK與Dapr互動，或者使用Actor SDK利用Dapr Actor模型，那麼使用SDK確實會帶來許多好處。

您可以在Dapr檔案中瞭解有關SDK和支援的語言的更多資訊，網址。

我們已經瞭解了Dapr的架構，知道Dapr是什麼了，接下來我們要澄清下Dapr不是什麼了。

1.2Dapr不是什麼

我們從正面瞭解到了Dapr，也許你對此頗感興趣，但是我覺得很有必要全面瞭解Dapr，我們需要介紹一下Dapr不是什麼。這使有利我們消除對Dapr產生的誤解，如下所示：

Dapr不會強迫開發人員接受具有嚴格規則和約束的程式設計模型。相反，雖然Dapr把開發人員從微服務架構的複雜性中解放出來，但開發人員並沒有被規定要如何編寫應用程式。例如，對儲存狀態的資料庫的連線的管理是Dapr的責任（後續的狀態管理會看到），當它對微服務應用是透明的。
Dapr不是服務網格。雖然Dapr和服務網格可以找到許多相似之處，但Dapr是在應用級別提供能力，而服務網格在基礎架構上執行。如果出現衝突或間歇性問題，開發人員有權決定如何處理Dapr可能返回的錯誤；無論是採用Dapr的重試策略，還是向用戶端返回錯誤，或者補償操作，這些都是隻有開發人員才有許可權做出決定。

Dapr旨在與Istio等服務網格整合，這超出了本專欄的範圍。

Dapr不是Microsoft雲服務。它確實幫助開發人員在雲中構建微服務應用程式，它當然提供了許多與Azure雲服務的整合，但它也為AWS、GCP和其他服務提供了同樣多的元件。同時，Azure在具有本機擴充套件的Azure Kubernetes Service（AKS）、具有Dapr策略的Azure API管理以及具有Dapr本機整合的Azure容器應用程式中確實為Dapr提供了豐富的支援。
Dapr不是一種僅限.NET的技術。Dapr本身是用Go語言編寫的，任何語言都可以利用它。我們可以使用多種語言的SDK，但也可以選擇直接與Dapr API互動，而無需任何額外的SDK庫。

注意事項
雖然本專欄偏向.NET，但作為範例，我也會演示Dapr和Python的使用關係。

希望以上介紹能讓你對Dapr的瞭解會更加全面、客觀，併為你是否採用這項技術提供選項幫助。接下來，我們將專門介紹Dapr的體系結構。

2.探索Dapr核心元件

Dapr從一開始就被設計為一組可插拔的構建塊，開發人員可以依賴該構建塊或叫基礎設施進行開發，而運維人員可以通過簡單地設定就可以讓使應用適配其託管環境。

以下是Dapr工具和元件的完整列表：

Dapr命令列工具（CLI）：用於設定、管理和監視Dapr環境的跨平臺命令列工具。它也是用於本地偵錯Dapr應用的工具。
Dapr Helm Charts：提供了在Kubernetes環境中安裝和更新Dapr的手段。
Dapr API：定義應用如何與Dapr執行時互動，使用其構建塊的API。
Dapr runtime：這是實現Dapr API的核心。如果您很好奇，可以在Dapr的儲存庫中檢視它是如何開發的.
Dapr host：在開發機器上，主機作為獨立程序執行；在Kubernetes中，它是應用pod中的一個sidecar容器。
Dapr operator：針對Kubernetes模式，該operator用於管理系結和設定。
Dapr sidecar injector(邊車注入)：一旦在Kubernetes下設定了該服務，它會將Dapr sidecar注入到應用程式的pod中。
Dapr placement service：該服務的目的是在Dapr pod中分發（或放置）Actor範例。
Dapr Sentry（哨兵）：一個內建的證書頒發機構（CA），用於頒發和管理Dapr使用的證書，以提供透明的互傳輸層安全（mTLS）。

截至目前v1.9版本，Dapr提供了九大構建塊（building blocks），微服務開發人員可以根據需求選擇性地採用這些構建塊，具體如下：

服務呼叫（Service invocation）：服務呼叫使我們能夠呼叫位於同一宿主環境中的其他服務，同時處理重試策略。在第4章「服務呼叫」中會更詳細地介紹了這個構建塊。
狀態管理（State management）：為了將應用狀態作為一個簡單的鍵值對進行有效管理。Dapr提供了許多狀態儲存，包括Redis、Azure Cosmos DB、Azure SQL Server和PostgreSQL，它們可以通過設定插入。在第5章的「狀態管理簡介」中會詳細探討。
訊息的釋出和訂閱（pub/sub）：pub/sub模式通過交換訊息實現微服務之間的解耦通訊，服務匯流排可以在生產者和消費者之間路由訊息。在第6章的「釋出和訂閱」中會詳細討論該構建塊。
資源繫結(Resource bindings)：這就是Dapr的事件驅動特性所在。通過繫結，您的應用程式可以通過SMS進行觸發（這只是通訊API領域的流行服務之一）。第7章「資源繫結」中會更詳細地介紹這個構建塊。
參與者(Actors)：Actors模式可以理解為單執行緒模型，旨在通過在大量計算單元（Actors）之間分配總請求量的負載來簡化高並行場景，這些計算單元通過一次處理一個Actors的請求，在較小但獨立的範圍內處理任務。在第8章「使用Actors」中會詳聊該構建塊。
可觀察性：Dapr使開發人員和運維員能夠觀察應用和服務的行為，而無需對它們進行檢測。第11章「跟蹤Dapr應用」中會更詳細地介紹了這個構建塊。
安全金鑰（Secrets）：將安全與程式碼分開是一種良性的做法。Dapr能夠儲存金鑰，並從Kubernetes或Azure金鑰庫等其他元件中參照這些金鑰。
設定（Configuration）：在Alpha狀態的Dapr 1.8版中引入了此構建塊，它解決了檢索應用程式所需設定資料的常見需求。
分散式鎖（Distributed lock:）：Dapr 1.8版在Alpha狀態下引入分散式鎖，它提供了一種強大的基於租約的機制來管理對命名鎖的互斥存取。應用程式可以使用該鎖來確保多個並行範例對資源的獨佔。
瞭解了Dapr體系結構和元件後，在開始使用之前，我們需要在我們的開發環境中設定Dapr。

3.設定Dapr環境

Dapr是多個平臺和語言的執行時，本專欄的重點是.NET中的C#，並使用Visual Studio Code作為開發工具。
我們使用的開發環境是Windows，如果你需要有關在Linux或macOS上執行特定操作，建議您檢視Dapr官方檔案。

Dapr路線圖

Dapr執行時於2021年2月釋出v1.0生產環境版本，我們可以在Dapr官方部落格中檢視到，Dapr於2021年釋出了五個新的次要版本。您可以在Dapr路線圖中檢視。

本專欄中的範例和指令碼已經用Dapr的v1.9進行了更新和測試。

接下來，我們將完成以下步驟：

設定Docker
安裝Dapr CLI
安裝.NET 6.0
安裝VS Code
安裝Windows終端
在自託管模式下安裝Dapr
在Kubernetes上安裝Dapr

設定Docker

Docker的安裝很簡單，我們可以在以下位置找到執行Docker的詳細說明。

安裝Dapr CLI

Dapr執行時安裝也不難，您可以在此存取安裝。

在Windows上，執行以下命令將CLI安裝到c:\dapr目錄中，並將其新增到使用者PATH環境變數中，以便可以從命令列輕鬆使用工具：
powershell -Command "iwr -useb https://raw.githubusercontent.com/dapr/cli/master/install/install.ps1 | iex"
有關Dapr CLI的更多詳細資訊，請參閱。

安裝.NET 6.0

要安裝.NET 6，請參閱，獲取最新二進位制檔案的連結。
.NET 6是.NET的長期支援（LTS）版本，可獲得3年免費支援和更新。
在開發機器上，建議安裝包含執行時的完整版SDK。安裝完成後，我們執行dotnet--info命令進行校驗，成功後，您將看到以下輸出：

安裝VS Code

VS Code是微軟的一個很棒的跨平臺原始碼編輯器。您可以按照以下說明免費安裝它：跳轉。

Dapr擴充套件

Dapr有一個VS Code的擴充套件，它有助於導航Dapr本地環境，並簡化偵錯設定,我們強烈建議安裝它。

安裝Windows終端

推薦一款不錯的新的Windows終端Windows Terminal，是一款新式、快速、高效、強大且高效的終端應用程式，適用於命令列工具和命令提示字元，PowerShell和 WSL 等 Shell 使用者。在接下來的章節中，我們通常必須並行執行多個命令和工具。因此，Windows終端的索引標籤功能也是我建議您採用它的原因之一。

在自託管模式下安裝Dapr

Dapr可以以兩種模式初始化：自託管和Kubernetes。

由於打算用於開發環境，所以這裡採用自託管模式，執行Dapr init後，會在本地會預設安裝Redis、Dapr placement services和Zipkin。

這裡要留意的是Dapr init命令，建議在網路比較好的早晨進行初始化，如果是下午或者晚上，可能會無法成功。

預設情況下，Dapr二進位制檔案和預設元件位於%USERPROFILE%.dpr\資料夾中。

例如，在本地開發環境中，Dapr打算用於Redis的埠可能已經被佔用。在這種情況下，您應該確定哪些程序或容器正在使用該埠，並相應地更改它們。

一旦啟動init命令成功，您會看到如下輸出：

PS C:\Repos\practical-dapr\chapter01> dapr init
Making the jump to hyperspace...
Installing runtime version 1.8.4
Downloading binaries and setting up components...
Downloaded binaries and completed components set up.
daprd binary has been installed to C:\Users\dabedin\.dapr\bin.
dapr_placement container is running.
dapr_redis container is running.
dapr_zipkin container is running.
Use `docker ps` to check running containers.
Success! Dapr is up and running. To get started, go here: https://aka.ms/dapr-getting-started

我們可以通過docker ps來驗證一下是否成功：

PS C:\Repos\practical-dapr\chapter01> docker ps --format "{{.
Image}} - {{.Ports}} - {{.Names}}"
daprio/dapr:1.8.4 - 0.0.0.0:6050->50005/tcp, :::6050->50005/tcp
- dapr_placement
openzipkin/zipkin - 9410/tcp, 0.0.0.0:9411->9411/tcp, :::9411-
>9411/tcp - dapr_zipkin
redis - 0.0.0.0:6379->6379/tcp, :::6379->6379/tcp - dapr_redis

下面是在Linux下的驗證：

在Kubernetes上安裝Dapr

Dapr專門用於在Kubernetes上執行。在安裝了Dapr CLI的開發機器上，可以在Kubernetes叢集上設定Dapr：
dapr init -k
或者，您可以使用Helm v3 chart在Kubernetes上安裝Dapr。您可以在官網上檢視詳情。

要驗證k8s當中的安裝是否成功完成，請執行以下命令
kubectl get pods --namespace dapr-system
Linux下的效果是這樣的：

更新Dapr版本

在開發環境是Windows的機器上，Dapr的早期版本已經存在，只需使用我們在上面提到的命令重新安裝即可更新CLI。
如官網檔案所述，我們必須先解除安裝Dapr，如下所示：
PS C:\Repos\practical-dapr\chapter01> dapr uninstall --all
更新CLI並解除安裝Dapr後，我們可以按如下方式重新安裝Dapr：
PS C:\Repos\practical-dapr\chapter01> dapr init

切記在早上網路好一點的時候進行初始化，具體原因您懂的。

在執行dapr-init之後，檢查dapr版本，我們可以看到CLI和執行時的版本都從1.0向前移動到1.9.5，如以下程式碼片段所示：

PS C:\Repos\practical-dapr\chapter01> dapr --version
CLI version:  1.9.1 
Runtime version: 1.9.5

我們的Dapr測試環境已啟動並正在執行。我們現在準備用我們的第一個範例進行試驗。

4.構建Dapr範例

我們將構建一個返回hello world訊息的web API。我們選擇將所有樣本都放在C:\Repos\pactual dapr\資料夾中，併為第一個樣本建立了C:\Repos\Pactual dapr_chapter01資料夾。我們的步驟如下：
(1)建立Web API ASP.NET專案

PS C:\Repos\practical-dapr\chapter01> dotnet new webapi -o dapr.microservice.webapi

(2)新增Dapr SDK參照

PS C:\Repos\practical-dapr\chapter01> dotnet add package Dapr.AspNetCore --version 1.9.5

(3)我們用Vs Code開啟專案，並對生成的模板做些更改
(4)為了在ASP.NET 6中支援Dapr，我們對Program.cs中的程式碼進行了一些更改。我們將builder.Services.AddControllers方法更改為builder.Services.addController().AddDapr()。
最後，為了簡化程式碼，我們註釋掉app.UseHttpsRedirection()中介軟體。
最後看下最終的程式碼：


var builder = WebApplication.CreateBuilder(args);
// Add services to the container.
builder.Services.AddControllers().AddDapr();
// Learn more about configuring Swagger/OpenAPI at https://aka.ms/aspnetcore/swashbuckle
builder.Services.AddEndpointsApiExplorer();
builder.Services.AddSwaggerGen();
var app = builder.Build();
// Configure the HTTP request pipeline.
if (app.Environment.IsDevelopment())
{
    app.UseSwagger();
    app.UseSwaggerUI();
}
//app.UseHttpsRedirection();
app.UseAuthorization();
app.MapControllers();
app.MapSubscribeHandler();
app.Run();

(5)最後，我們新增了一個名為HelloWorldController的控制器，如以下程式碼片段所示：

[ApiController]
[Route("[controller]")]
public class HelloController : ControllerBase
{
    private readonly ILogger<HelloController> _logger;

    public HelloController(ILogger<HelloController> logger)
    {
        _logger = logger;
    }

    [HttpGet()]
    public ActionResult<string> Get()
    {
        Console.WriteLine("Hello, World.");
        return "Hello, World";
    }
}

以上我們設定了路由和一個Get方法。
(6)為了執行Dapr應用程式，可以使用以下命令:
dapr run --app-id <my app id> --app-port <port of the app> --dapr-http-port <port in Dapr> dotnet run
我們將ASP.NET預設埠設為5000，將Dapr HTTP埠設為5010。以下命令列啟動Dapr應用程式：

PS C:\Repos\dapr.microservice.webapi> dapr run --app-id hello-world --app-port 5000 --dapr-http-port 5010 dotnet run

我們在對應的專案目錄下執行以上程式碼，啟動Dapr。Dapr將為HTTP使用埠5010，而對於gRPC，它將自動選擇一個可用埠。
啟動後會在控制檯列印紀錄檔資訊，要確認應用程式在Dapr執行時上下文中正確執行：

Updating metadata for app command: dotnet run
You're up and running! Both Dapr and your app logs will
appear here.

在此階段，ASP.NET在埠5000上進行監聽，Dapr在埠5010上進行監聽。為了測試Dapr，我們按如下方式呼叫curl命令，使用瀏覽器也可以：

PS C:\Repos\practical-dapr> curl http://localhost:5010/v1.0/invoke/hello-world/method/hello
Hello, World

Dapr返回了這個響應，同時Dapr視窗也會列印結果，如下所示

== APP == Hello, World.

(7)從另一個視窗，讓我們驗證Dapr服務的詳細資訊。我們按如下方式開啟dapr儀表板，而不是使用dapr list命令
PS C:\Windows\System32> dapr dashboard Dapr Dashboard running on http://localhost:8080
我們可以通過導航到http://localhost:8080顯示了hell-world的詳細資訊：

在本例中，Dapr儀表板僅顯示我們在開發機器上執行的範例應用程式。在Kubernetes環境中，它將顯示所有正在執行的微服務以及其他元件:

Dapr儀表板顯示，部署了Zipkin，Redis，Redis除了做狀態儲存，還支援訊息的釋出訂閱。
以上就是我們構建的第一個Dapr範例。

5.總結

在本章，您瞭解了Dapr專案及其元件、構建塊和sidecar方法。所有這些概念將在後面的章節中單獨深入探討。同時，我們還演示了在本地開發機器上設定Dapr，準備必要的工具。我們還學習瞭如何建立一個簡單的ASP.NET專案，以及如何設定和檢查Dapr，我們還了解了Dapr儀表板，我們可以從中獲得Dapr環境的完整和即時檢視。
在下一章中，我們將使用環境來學習如何偵錯Dapr。

6.問題

Dapr提供哪些構建塊？
Dapr CLI和Dapr執行時之間的關係是什麼？
如何在本地開發環境中安裝Dapr？
在Kubernetes中，可以採用哪些方法安裝Dapr？

7.擴充套件閱讀

Dapr 知多少 | 分散式應用執行時聖傑兄的這篇文章，圖文並茂地講述了Dapr核心元件的功能，推薦閱讀。
Dapr概述：https://docs.dapr.io/concepts/overview/
Dapr入門：https://docs.dapr.io/getting-started/
Dapr路線圖：https://docs.dapr.io/contributing/roadmap/

如果您想提前閱讀Dapr系列文章，請移步，這裡會優先發布我的最新成果，歡迎您不吝賜教。