CQRS مخفف Command Query Responsibility Segregation است؛ یک الگوی طراحی در مهندسی نرم‌افزار که وظیفهٔ رسیدگی به فرامین (تغییر وضعیت سیستم) را از وظیفهٔ کوئری گرفتن (خواندن داده) جدا می‌کند.
در این مقاله، راهنمایی کامل برای درک CQRS در معماری مایکروسرویس‌ها ارائه می‌شود؛ اینکه CQRS چیست، چرا مفید است و چگونه باید آن را پیاده‌سازی کرد. در اینجا توضیح میدهیم که چگونه CQRS کارهایی مانند افزودن داده (Commands) و خواندن آن (Queries) را از هم جدا می‌کند تا برنامه‌ها سریع‌تر و کارآمدتر عمل کنند.
الگوی طراحی CQRS چیست؟
CQRS مخفف Command Query Responsibility Segregation است؛ الگویی در مهندسی نرم‌افزار که مسئولیت رسیدگی به فرامین (تغییر وضعیت سیستم) را از مسئولیت کوئری گرفتن (خواندن داده) جدا می‌کند.
این الگو مسئولیت رسیدگی به فرمان‌هایی که داده را تغییر می‌دهند از مسئولیت رسیدگی به کوئری‌هایی که داده را بازیابی می‌کنند جدا می‌کند.
این جداسازی انعطاف‌پذیری و مقیاس‌پذیری بیشتری برای مدیریت عملیات پیچیده فراهم می‌کند.
در سیستمی که از CQRS پیروی می‌کند، Commands مسئول تغییر وضعیت سیستم هستند و Queries وظیفهٔ خواندن و دریافت داده از سیستم را بر عهده دارند.
اصول و مفاهیم الگوی طراحی CQRS در مایکروسرویس‌ها
هنگام پیاده‌سازی الگوی CQRS در معماری مایکروسرویس، چند اصل و مفهوم کلیدی وجود دارد که باید آن‌ها را درک کرد:
1. مرز سرویس (Service Boundary)
هر مایکروسرویس باید یک مرز مشخص پیرامون یک قابلیت یا دامنهٔ خاص کسب‌وکار تعریف کند.
این مرز، مسئولیت‌های مربوط به فرمان‌ها و کوئری‌ها را که به همان دامنه مربوط‌اند، در خود جای می‌دهد.
2. جداسازی مسئولیت‌ها (Separation of Concerns)
CQRS تأکید می‌کند که مسئولیت رسیدگی به فرامین (عملیات نوشتن) از مسئولیت رسیدگی به کوئری‌ها (عملیات خواندن) جدا باشد.
هر مایکروسرویس ممکن است بر اجرای فرمان‌ها یا اجرا و مدیریت کوئری‌ها تمرکز کند، اما هر دو را همزمان نباید انجام دهد.
3. مقیاس‌پذیری مستقل (Independent Scaling)
از آنجایی که فرمان‌ها و کوئری‌ها معمولا ویژگی‌های عملکردی و نیازهای مقیاس‌پذیری متفاوتی دارند، CQRS این امکان را فراهم می‌کند که مایکروسرویس‌ها به‌صورت مستقل و بر اساس بار کاری خود مقیاس شوند.
برای مثال:
یک سرویس که فرمان‌های پرتکرار را پردازش می‌کند، ممکن است نیاز به مقیاس‌پذیری بالا داشته باشد.
در مقابل، سرویسی که کوئری‌های پیچیده اجرا می‌کند، ممکن است نیازهای کاملا متفاوتی داشته باشد.
4. طراحی مبتنی بر دامنه (Domain-Driven Design – DDD)
CQRS معمولاً در کنار اصول DDD به کار می‌رود.
DDD کمک می‌کند تا bounded contextها، aggregateها و entityهای دامنه شناسایی شوند و سپس هر کدام در قالب مایکروسرویس‌هایی مطابق با CQRS پیاده‌سازی شوند.
5. معماری رویدادمحور (Event-Driven Architecture)
معماری رویدادمحور مکمل CQRS است؛ زیرا:
ارتباط بین مایکروسرویس‌ها را ساده‌تر می‌کند
انسجام و همگام‌سازی داده‌ها در سیستم‌های توزیع‌شده را برقرار می‌کند
در این ساختار، رویدادها (Events) برای اطلاع‌رسانی به سایر سرویس‌ها دربارهٔ تغییرات ناشی از اجرای یک Command استفاده می‌شوند.
جداسازی مسئولیت‌ها در الگوی طراحی CQRS در مایکروسرویس‌ها
جداسازی مسئولیت‌ها در الگوی CQRS را می‌توان به‌صورت زیر توضیح داد:
۱. مسئولیت Command
عملیات نوشتن (Write Operations)
مایکروسرویس‌هایی که وظیفهٔ پردازش فرمان‌ها را دارند، روی تغییر داده‌ها تمرکز می‌کنند.
این سرویس‌ها درخواست‌هایی را دریافت می‌کنند که وضعیت سیستم را تغییر می‌دهد؛ مانند ایجاد، به‌روزرسانی یا حذف داده.
اعتبارسنجی و منطق کسب‌وکار
مایکروسرویس‌های مربوط به Commands قوانین کسب‌وکار را اعمال کرده و دادهٔ ورودی را اعتبارسنجی می‌کنند تا از یکپارچگی و صحت داده‌ها اطمینان حاصل شود.
رفتار تراکنشی (Transactional Behavior)
فرمان‌ها معمولاً در یک محدودهٔ تراکنشی اجرا می‌شوند تا ویژگی‌های ACID یعنی اتمیک بودن، سازگاری، ایزوله‌سازی و دوام تضمین شود.
۲. مسئولیت Query
عملیات خواندن (Read Operations)
مایکروسرویس‌هایی که وظیفهٔ پردازش کوئری‌ها را دارند، بر بازیابی داده تمرکز می‌کنند.
این سرویس‌ها اطلاعات را بدون تغییر وضعیت سیستم در اختیار کاربران قرار می‌دهند.
بهینه‌سازی برای خواندن
مایکروسرویس‌های Query داده‌ها و روش‌های ذخیره‌سازی را برای بازیابی سریع‌تر بهینه می‌کنند.
این موضوع می‌تواند شامل موارد زیر باشد:
دنرمال‌سازی داده‌ها
استفاده از Cache
استفاده از زبان‌ها یا موتورهای جستجوی تخصصی برای کوئری
مقیاس‌پذیری
سرویس‌های Query می‌توانند مستقل از سرویس‌های Command و بر اساس بار کاری مربوط به خواندن داده‌ها مقیاس شوند.
۳. ارتباط و هماهنگی (Communication & Coordination)
تفکیک صریح فرمان و کوئری
بین سرویس‌هایی که فرمان‌ها را پردازش می‌کنند و سرویس‌هایی که کوئری‌ها را اجرا می‌کنند، مرزهای واضحی وجود دارد.
این مرزبندی از تداخل مسئولیت‌ها جلوگیری کرده و وظایف هر سرویس را روشن می‌سازد.
ارتباط غیرهمزمان (Asynchronous Communication)
سرویس‌های Command و Query ممکن است با یکدیگر به صورت غیرهمزمان ارتباط برقرار کنند.
این روش باعث:
کاهش وابستگی مستقیم
افزایش تحمل خطا
و افزایش کارایی سیستم
می‌شود.
معماری‌های مبتنی بر رویداد یا سیستم‌های پیام‌محور این تعامل را تسهیل می‌کنند.
سازگاری نهایی (Eventual Consistency)
ارتباط غیرهمزمان می‌تواند منجر به سازگاری نهایی بین بخش Command و Query شود.
مایکروسرویس‌ها باید این شرایط را به‌درستی مدیریت کنند تا:
صحت داده حفظ شود
اثرات آن بر تجربهٔ کاربر به حداقل برسد
۴. مدل‌سازی دامنه (Domain Modeling)
طراحی مبتنی بر دامنه (DDD)
مایکروسرویس‌ها مطابق با مرزبندی‌های دامنه که توسط DDD مشخص می‌شود، طراحی می‌شوند.
هر مایکروسرویس یک قابلیت یا دامنهٔ خاص را دربرمی‌گیرد و منطق آن را به‌صورت منسجم مدیریت می‌کند.
کانتکست‌های محدود (Bounded Contexts)
هر مایکروسرویس یک Bounded Context تعریف می‌کند، جایی که قوانین و تعاریف خاص خودش اعمال می‌شود.
این موضوع باعث شفافیت و جداسازی دقیق مسئولیت‌ها در دامنه‌های پیچیده می‌شود.
مؤلفه‌های کلیدی الگوی طراحی CQRS در معماری مایکروسرویس‌ها
در یک معماری مایکروسرویس که الگوی CQRS (تفکیک مسئولیت فرمان و کوئری) را پیاده‌سازی می‌کند، مؤلفه‌های اصلی شامل موارد زیر هستند:
۱. سرویس Command
پردازشگرهای فرمان (Command Handlers)
مسئول دریافت، اعتبارسنجی و اجرای Commandها هستند.
هر Command عملی است که وضعیت سیستم را تغییر می‌دهد.
منطق دامنه (Domain Logic)
قوانین کسب‌وکار و منطق مرتبط با پردازش Commandها را پیاده‌سازی می‌کند.
رفتار تراکنشی
تضمین می‌کند عملیات Command با ویژگی‌های ACID (اتمیک، سازگار، ایزوله و پایدار) اجرا شود.
۲. سرویس Query
پردازشگرهای کوئری (Query Handlers)
داده‌های موردنیاز را بدون تغییر وضعیت سیستم بازیابی می‌کنند.
دسترسی به داده بهینه‌سازی‌شده
برای سرعت بیشتر در خواندن داده از روش‌هایی مثل موارد زیر استفاده می‌کند:
دنرمال‌سازی
Cache
ایندکس‌گذاری
دیتابیس‌های مخصوص کوئری
مقیاس‌پذیری مستقل
سرویس Query می‌تواند مستقل از Command برای پاسخ‌گویی به بارهای سنگین خواندن مقیاس شود.
۳. Event Bus یا Message Broker
ارتباط غیرهمزمان
ارتباط بین سرویس‌های Command و Query را از طریق ارسال پیام یا رویداد تسهیل می‌کند.
مکانیزم انتشار/اشتراک (Publish–Subscribe)
سرویس Command رویدادهای تغییر وضعیت را منتشر می‌کند.
سرویس Query مشترک این رویدادها می‌شود تا داده‌های ذخیره‌سازی خود را به‌روز کند (سازگاری نهایی).
کاهش وابستگی (Decoupling)
سرویس‌ها را از یکدیگر جدا و مستقل می‌کند، که باعث افزایش انعطاف‌پذیری و تحمل خطا می‌شود.
۴. ذخیره‌سازهای داده (Data Stores)
ذخیره‌سازِ نوشتن (Write Store – Command Side)
برای عملیات نوشتن مثل Insert، Update و Delete بهینه شده است.
ممکن است از دیتابیس‌های NoSQL استفاده شود تا مقیاس‌پذیری و سرعت بیشتری فراهم شود.
ذخیره‌سازِ خواندن (Read Store – Query Side)
برای بازیابی سریع داده بهینه شده است.
ممکن است از دیتابیس‌های رابطه‌ای برای کوئری‌های پیچیده یا دیتابیس‌های تخصصی (Elastic، Redis و …) استفاده شود.
۵. API Gateway یا Service Mesh
نقطه ورود (Entry Point)
یک مسیر ورودی واحد برای تعامل کلاینت‌ها با کل معماری فراهم می‌کند.
مسیریابی و توزیع بار
درخواست‌ها را به سرویس مناسب (Command یا Query) هدایت می‌کند.
بار را میان چندین نمونه از سرویس‌ها توزیع می‌کند.
امنیت و احراز هویت
سیاست‌های امنیتی، احراز هویت (Authentication) و مجوزدهی (Authorization) را اعمال می‌کند.
مزایای الگوی طراحی CQRS در معماری مایکروسرویس‌ها
در ادامه مهم‌ترین مزایای استفاده از الگوی CQRS در مایکروسرویس‌ها آمده است:
۱. مقیاس‌پذیری (Scalability)
مقیاس‌پذیری مستقل
سرویس‌های Command و Query می‌توانند به‌صورت مستقل و براساس میزان بار کاری خود مقیاس شوند.
این موضوع باعث تخصیص بهتر منابع و بهبود عملکرد سیستم می‌شود، زیرا هر سرویس برای وظایف خاص خود بهینه‌سازی می‌گردد.
۲. بهینه‌سازی عملکرد (Performance Optimization)
دسترسی به داده‌ی بهینه‌شده
سرویس‌های Command و Query می‌توانند از مکانیزم‌های ذخیره‌سازی متفاوت و بهینه‌شده استفاده کنند.
برای مثال: سرویس Command از دیتابیس NoSQL برای سرعت بالای نوشتن
و سرویس Query از دیتابیس رابطه‌ای برای کوئری‌های پیچیده استفاده می‌کند.
خواندن کارآمد
سرویس‌های Query می‌توانند داده‌ها را دنرمال‌سازی کنند،
از کش استفاده کنند،
یا از دیتابیس‌های تخصصی بهره ببرند تا سرعت خواندن و زمان پاسخ‌گویی افزایش یابد.
۳. انعطاف‌پذیری و نگه‌داری ساده‌تر (Flexibility & Maintainability)
جداسازی مسئولیت‌ها
CQRS مسئولیت‌های خواندن (Query) و نوشتن (Command) را از یکدیگر جدا می‌کند.
این جداسازی باعث می‌شود معماری قابل‌درک‌تر، قابل‌توسعه‌تر و قابل‌نگه‌داری‌تر باشد.
ماژولار بودن
هر مایکروسرویس در معماری CQRS یک قابلیت یا دامنهٔ مشخص از کسب‌وکار را دربرمی‌گیرد.
این موضوع باعث می‌شود بتوان سرویس‌ها را بدون تأثیر روی کل سیستم تغییر داد یا جایگزین کرد.
۴. بهبود عملکرد و پاسخ‌گویی سیستم (Improved Performance & Responsiveness)
کاهش عملیات مسدودکننده
جداسازی عملیات خواندن و نوشتن باعث کاهش رقابت بین منابع و کاهش بلاک‌شدن عملیات می‌شود.
ارتباط غیرهمزمان
در CQRS بسیاری از تعاملات به‌صورت غیرهمزمان انجام می‌شود.
این موضوع باعث افزایش سرعت پاسخ‌گویی و کاهش وابستگی سرویس‌ها می‌گردد.
چالش‌های الگوی طراحی CQRS در معماری مایکروسرویس‌ها
اگرچه الگوی CQRS مزایای بسیاری دارد، اما چالش‌هایی نیز به همراه می‌آورد:
۱. افزایش پیچیدگی (Increased Complexity)
پیچیدگی معماری
پیاده‌سازی CQRS معماری را پیچیده‌تر می‌کند.
به مسیرهای مجزای Command و Query، مدیریت Eventها و سازوکار سازگاری نهایی نیاز دارد.
پیچیدگی توسعه
داشتن کدهای جداگانه برای Command و Query ممکن است حجم کار توسعه را بیشتر کند، به‌ویژه برای تیم‌هایی که با این الگو آشنا نیستند.
۲. مدیریت سازگاری داده (Consistency Management)
سازگاری نهایی
حفظ سازگاری نهایی بین بخش Command و Query می‌تواند سخت باشد، به‌خصوص در سیستم‌های توزیع‌شده با همزمانی بالا و تأخیر در تکرار داده.
مشکل در همگام‌سازی
باید مکانیزم‌های دقیقی برای اطمینان از اینکه تغییرات Command در نتایج Query به‌درستی منعکس می‌شود، پیاده‌سازی شود.
۳. چالش‌های همگام‌سازی داده (Data Synchronization)
تکرار داده (Data Duplication)
در CQRS معمولا مدل Command و Query داده‌های جداگانه‌ای دارند که نیازمند نگه‌داری و همگام‌سازی است.
یکپارچگی داده
حفظ یکپارچگی داده‌ها در چند دیتابیس یا ذخیره‌ساز مختلف کار دشواری است، به‌خصوص هنگام بروز خطا یا قطعی شبکه.
۴. سربار عملیاتی (Operational Overhead
مدیریت زیرساخت
اجرای سرویس‌های مجزای Command و Query نیازمند زیرساخت بیشتر، مانیتورینگ جداگانه و مدیریت مستقل است.
مانیتورینگ و اشکال‌زدایی
ردیابی جریان Commandها، Eventها و هماهنگی آن‌ها نیازمند ابزارها و روش‌های تخصصی است.
اشکال‌زدایی در این نوع معماری دشوارتر از یک معماری سنتی است.
چگونه CQRS در مایکروسرویس‌ها پیاده‌سازی می‌شود؟
پیاده‌سازی الگوی CQRS (تفکیک مسئولیت فرمان و کوئری) در معماری مایکروسرویس شامل چند مرحلهٔ کلیدی است:
مرحله ۱: شناسایی Bounded Contextها
ابتدا باید Bounded Contextها را در دامنهٔ کسب‌وکار تعریف کنید؛ یعنی بخش‌هایی که قوانین و مدل‌های مخصوص به خود را دارند.
هر Bounded Context معمولاً به یک مایکروسرویس مستقل تبدیل می‌شود.
مرحله ۲: جداسازی مسیر Command و Query
مایکروسرویس‌هایی را طراحی کنید که مسئول پردازش Command (عملیات نوشتن) باشند.
مایکروسرویس‌های دیگری نیز باید مسئول Query (عملیات خواندن) باشند.
این جداسازی منجر به وضوح بیشتر مسئولیت‌ها می‌شود.
مرحله ۳: پیاده‌سازی سرویس‌های Command
سرویس‌هایی ایجاد کنید که درخواست‌های Command را دریافت، اعتبارسنجی و اجرا کنند.
این سرویس‌ها بعد از تغییر وضعیت سیستم، رویدادهایی (Event) را منتشر می‌کنند تا سایر سرویس‌ها مطلع شوند.
مرحله ۴: پیاده‌سازی سرویس‌های Query
سرویس‌هایی طراحی کنید که تنها مسئول دریافت و پردازش درخواست‌های خواندن (Read) باشند.
این سرویس‌ها باید برای بازیابی سریع داده بهینه‌سازی شوند.
مرحله ۵: تعریف APIها
برای سرویس‌های Command و Query، APIهای شفاف و ثابت طراحی کنید.
مشخص کنید هر سرویس چه نوع عملیاتی را پشتیبانی می‌کند و چه داده‌هایی دریافت و برمی‌گرداند.
مرحله ۶: انتخاب ذخیره‌ساز مناسب داده
بسته به نیاز هر سرویس:
سرویس‌های Command ممکن است از دیتابیس‌های NoSQL جهت نوشتن سریع استفاده کنند.
سرویس‌های Query ممکن است از دیتابیس‌های SQL برای کوئری‌های پیچیده بهره ببرند.
مرحله ۷: برقراری ارتباط غیرهمزمان
از Message Broker یا Event Bus برای ارتباط غیرهمزمان بین Command و Query استفاده می‌شود.
سرویس Command رویدادها را منتشر می‌کند.
سرویس Query مشترک آن‌ها می‌شود و مدل خواندن خود را به‌روز می‌کند.
مرحله ۸: مدیریت سازگاری نهایی (Eventual Consistency)
هنگامی که عملیات نوشتن سریع‌تر از عملیات خواندن انجام می‌شود، ممکن است داده در بخش Query کمی با تأخیر به‌روز شود.
برای مدیریت آن تکنیک‌هایی مانند:
Reconciliation
Compensating Transactions
Event Replay
استفاده می‌شود.
موارد استفادهٔ واقعی CQRS در مایکروسرویس‌ها
الگوی CQRS در بسیاری از سیستم‌های واقعی کاربرد دارد، از جمله:
پلتفرم‌های فروشگاهی (E-commerce)
سیستم‌های مالی
سیستم‌های مدیریت محتوا (CMS)
اینترنت اشیاء (IoT)
پلتفرم‌های بازی آنلاین
سیستم‌های زنجیره تأمین (Supply Chain)
سامانه‌های حوزه درمان و سلامت
راهنمای طراحی CQRS در مایکروسرویس‌ها
هنگام پیاده‌سازی این الگو، نکات زیر مهم است:
۱. جداسازی شفاف مسئولیت‌ها
سرویس‌های Command فقط عملیات نوشتن را انجام می‌دهند.
سرویس‌های Query فقط عملیات خواندن را انجام می‌دهند.
این جداسازی باعث کاهش پیچیدگی و افزایش شفافیت می‌شود.
۲. هماهنگی با DDD
معماری را با اصول Domain-Driven Design هماهنگ کنید.
Bounded Contextها، Aggregateها و Entityها را شناسایی کنید.
سپس آن‌ها را در قالب مایکروسرویس‌های Command و Query پیاده‌سازی کنید.
۳. مرزبندی ریزدانه و اصولی
سرویس‌ها را بر اساس قابلیت‌های کسب‌وکار تفکیک کنید.
از ایجاد سرویس‌های بزرگ و چندمنظوره (Hybrid) که Command و Query را با هم انجام می‌دهند بپرهیزید.
۴. طراحی API
APIهای شفاف و قابل فهم ایجاد کنید.
نام‌گذاری endpointها باید معنادار باشد.
قراردادهای درخواست و پاسخ باید واضح و سازگار باشند.
ابزارها و فریم‌ورک‌های مناسب برای CQRS
چند ابزار محبوب برای اجرای CQRS:
Axon Framework
EventFlow
Lagom
Akka
Spring Framework
نمونهٔ واقعی CQRS در یک سیستم مایکروسرویسی
یک مثال واقعی از CQRS در یک فروشگاه آنلاین (Online Bookstore):
۱. سرویس‌های Command
سرویس سفارش (Order Service)
وظیفهٔ رسیدگی به Commandهای مدیریت سفارش
مثال Commandها:
ایجاد سفارش جدید
تغییر وضعیت سفارش
پردازش پرداخت
این سرویس داده‌های مربوط به سفارش را ذخیره کرده و رویداد ایجاد سفارش را منتشر می‌کند.
سرویس موجودی کالا (Inventory Service)
مسئول مدیریت موجودی کتاب‌ها
مثال Commandها:
افزایش یا کاهش موجودی
به‌روزرسانی وضعیت موجودی
مدیریت backorder
این سرویس وضعیت موجودی را در سیستم تغییر می‌دهد.
۲. سرویس‌های Query
سرویس کاتالوگ محصولات (Product Catalog Service)
وظیفهٔ پاسخ به Queryهای مربوط به محصولات
مثال:
جستجوی کتاب بر اساس عنوان
نمایش اطلاعات کتاب
نمایش موجودی قابل خرید
سرویس تاریخچه سفارش (Order History Service)
وظیفهٔ پاسخ به اطلاعات سفارش مشتری
مثال:
نمایش سفارش‌های گذشته
وضعیت سفارش
پروفایل مشتری
۳. معماری رویدادمحور (Event-Driven Architecture)
Event Bus
زمانی که یک سفارش جدید ثبت می‌شود، یک Event منتشر می‌گردد.
سرویس‌های Query آن را دریافت کرده و مدل خواندن خود را به‌روز می‌کنند.
این کار سازگاری نهایی را بین Command و Query برقرار می‌کند.
۴. ذخیره‌ساز داده
Write Store (سمت Command)
دیتابیسی مناسب برای عملیات نوشتن
مثل NoSQL یا SQL بسته به نوع عملیات
Read Store (سمت Query)
دیتابیسی جداگانه و بهینه‌شده برای خواندن
شامل Viewهای دنرمال‌شده، Projectionها و Indexهای مخصوص
۵. API Gateway
نقطه ورود مشترک برای تمام کلاینت‌ها
درخواست‌ها را بر اساس نوع (Command یا Query) به سرویس مناسب هدایت می‌کند.
نتیجه این مثال
این ساختار باعث می‌شود کتاب‌فروشی آنلاین بتواند:
سفارش‌ها را سریع پردازش کند
موجودی را دقیق مدیریت کند
اطلاعات محصولات را با سرعت بالا در اختیار مشتری قرار دهد
Command و Query بدون ایجاد فشار بر یکدیگر کار کنند
سیستم عملکرد بالا و مقیاس‌پذیری زیادی داشته باشد
برای افزودن دیدگاه خود، نیاز است ابتدا وارد حساب کاربری‌تان شوید