使用Dapr和.NET 6.0进行微服务实战：Dapr简介

时间：2023-01-18 11:11:39

大家好，我是张飞洪，感谢您的阅读，我会不定期和你分享学习心得，希望我的文章能成为你成长路上的垫脚石，让我们一起精进。

本文是《使用Dapr和.NET 6.0进行微服务实战》的第2篇Dapr简介部分，大致包括：了解Dapr，探索Dapr核心组件，设置Dapr环境，构建Dapr简单示例，闲话不说，我们开始系列旅程吧。

导读

Dapr全称Distributed Application Runtime，翻译过来就是分布式应用程序运行时，在v1.0发布后得到了极大的发展。

本章将向您介绍Dapr架构的核心概念，为您使用Dapr进行开发做好预热和准备工作。

可以这么说，Dapr加速了新的云原生应用的开发，并简化了微服务架构的运用。

在本章中，我们将讨论以下主题：

  • 简单了解Dapr
  • 探索Dapr核心组件
  • 设置Dapr环境
  • 构建Dapr示例

这些主题是后续使用Dapr和微服务架构的基础和理论指导。首先，我们进入开篇的第一步，从Dapr的工作原理开始。

1.简单了解Dapr

Dapr是一个事件驱动的、可移植的运行时，由Microsoft使用开源方法创建的，由云原生计算基金会（CNCF）孵化的项目。

事件驱动（Dapr的定义中强调了这一点）在微服务中扮演着重要的角色；对来自外部系统或第三方的事件作出的反应，同时可以向其他服务转发新的事件。

Dapr是可移植的，它有三种托管模式。首先它可以在本地机器上自托管，也可以部署到边缘，或者在Kubernetes上运行。

下图显示了Dapr提供的许多构建块：
使用Dapr和.NET 6.0进行微服务实战：Dapr简介
从上图可以看出，Dapr先要运行在微软Azure、亚马逊（AWS）、谷歌云或国内阿里，华为云上都是没问题的。

Dapr建立在微软开发超大规模云原生应用的经验基础上。它的灵感来自Orleans和Service Fabric（服务网格）,同时又反哺微软云的大规模运用。

1.1Dapr简史

Dapr于2019年10月首次发布，您可以在这里上了解到。

Dapr在2020年9月，在初始开发阶段采用了开放式治理模式；请参见下面的描述.

Dapr于2021年2月发布了面向生产环境的v1.0版本，请参看这里。2021年11月，Dapr作为孵化项目加入CNCF；请参阅公告

Dapr为开发人员提供了一种面向微服务架构的设计工具和运行时，以便更好地运行我们的应用。

微服务提供了面向高可用，高并发等一系列的好处，但是同时带来了响应的复杂行，比如熔断限流，服务调用监控，负载均衡等，通常会给开发团队带来沉重的负担。

而Dapr运行时刚好可以帮助我们简化以上复杂性操作，我们看看具体如何操作：

使用Dapr和.NET 6.0进行微服务实战：Dapr简介
（图1.2）
如图1.2所示，它显示了两种Dapr托管模式：Dapr运行时在边车（sidecar）进程中运行，将应用的大部分复杂性提升到一个单独的环境中，这大大简化了开发和操作。这些sidecar进程在您的开发环境的本地运行，或者在Kubernetes的Pod的容器中运行。

从应用程序的角度来看，Dapr是一种应用编程接口（API），可以通过超文本传输协议（HTTP）、远程过程调用（gRPC）直接访问，或者更简单地说，可以通过适用于.NET、Java、Go、Python、PHP、JavaScript、C++和Rust语言的任何软件开发工具包（SDK）直接访问。

当然，你也可以不必采用Dapr SDK（稍后将体验到），对Dapr服务的请求可以像对HTTP调用一样简单，例如：http://localhost:3500/v1.0/invoke//method/。如果您通过Dapr SDK与Dapr交互，或者使用Actor SDK利用Dapr Actor模型，那么使用SDK确实会带来许多好处。

您可以在Dapr文档中了解有关SDK和支持的语言的更多信息，网址。

我们已经了解了Dapr的架构，知道Dapr是什么了，接下来我们要澄清下Dapr不是什么了。

1.2Dapr不是什么

我们从正面了解到了Dapr，也许你对此颇感兴趣，但是我觉得很有必要全面了解Dapr，我们需要介绍一下Dapr不是什么。这使有利我们消除对Dapr产生的误解，如下所示：

  • Dapr不会强迫开发人员接受具有严格规则和约束的编程模型。相反，虽然Dapr把开发人员从微服务架构的复杂性中解放出来，但开发人员并没有被规定要如何编写应用程序。例如，对存储状态的数据库的连接的管理是Dapr的责任（后续的状态管理会看到），当它对微服务应用是透明的。

  • Dapr不是服务网格。虽然Dapr和服务网格可以找到许多相似之处，但Dapr是在应用级别提供能力，而服务网格在基础架构上运行。如果出现冲突或间歇性问题，开发人员有权决定如何处理Dapr可能返回的错误；无论是采用Dapr的重试策略，还是向客户端返回错误，或者补偿操作，这些都是只有开发人员才有权限做出决定。

Dapr旨在与Istio等服务网格集成，这超出了本专栏的范围。

  • Dapr不是Microsoft云服务。它确实帮助开发人员在云中构建微服务应用程序，它当然提供了许多与Azure云服务的集成，但它也为AWS、GCP和其他服务提供了同样多的组件。同时，Azure在具有本机扩展的Azure Kubernetes Service（AKS）、具有Dapr策略的Azure API管理以及具有Dapr本机集成的Azure容器应用程序中确实为Dapr提供了丰富的支持。

  • Dapr不是一种仅限.NET的技术。Dapr本身是用Go语言编写的，任何语言都可以利用它。我们可以使用多种语言的SDK，但也可以选择直接与Dapr API交互，而无需任何额外的SDK库。

注意事项
虽然本专栏偏向.NET，但作为示例，我也会演示Dapr和Python的使用关系。

希望以上介绍能让你对Dapr的了解会更加全面、客观，并为你是否采用这项技术提供选项帮助。接下来，我们将专门介绍Dapr的体系结构。

2.探索Dapr核心组件

Dapr从一开始就被设计为一组可插拔的构建块，开发人员可以依赖该构建块或叫基础设施进行开发，而运维人员可以通过简单地配置就可以让使应用适配其托管环境。

以下是Dapr工具和组件的完整列表：

  • Dapr命令行工具（CLI）：用于配置、管理和监视Dapr环境的跨平台命令行工具。它也是用于本地调试Dapr应用的工具。
  • Dapr Helm Charts：提供了在Kubernetes环境中安装和更新Dapr的手段。
  • Dapr API：定义应用如何与Dapr运行时交互，使用其构建块的API。
  • Dapr runtime：这是实现Dapr API的核心。如果您很好奇，可以在Dapr的存储库中查看它是如何开发的.
  • Dapr host：在开发机器上，主机作为独立进程运行；在Kubernetes中，它是应用pod中的一个sidecar容器。
  • Dapr operator：针对Kubernetes模式，该operator用于管理绑定和配置。
  • Dapr sidecar injector(边车注入)：一旦在Kubernetes下配置了该服务，它会将Dapr sidecar注入到应用程序的pod中。
  • Dapr placement service：该服务的目的是在Dapr pod中分发（或放置）Actor实例。
  • Dapr Sentry（哨兵）：一个内置的证书颁发机构（CA），用于颁发和管理Dapr使用的证书，以提供透明的互传输层安全（mTLS）。

截至目前v1.9版本，Dapr提供了九大构建块（building blocks），微服务开发人员可以根据需求选择性地采用这些构建块，具体如下：

  1. 服务调用（Service invocation）：服务调用使我们能够调用位于同一宿主环境中的其他服务，同时处理重试策略。在第4章“服务调用”中会更详细地介绍了这个构建块。
  2. 状态管理（State management）：为了将应用状态作为一个简单的键值对进行有效管理。Dapr提供了许多状态存储，包括Redis、Azure Cosmos DB、Azure SQL Server和PostgreSQL，它们可以通过配置插入。在第5章的“状态管理简介”中会详细探讨。
  3. 消息的发布和订阅（pub/sub）：pub/sub模式通过交换消息实现微服务之间的解耦通信，服务总线可以在生产者和消费者之间路由消息。在第6章的“发布和订阅”中会详细讨论该构建块。
  4. 资源绑定(Resource bindings)：这就是Dapr的事件驱动特性所在。通过绑定，您的应用程序可以通过SMS进行触发（这只是通信API领域的流行服务之一）。第7章“资源绑定”中会更详细地介绍这个构建块。
  5. 参与者(Actors)：Actors模式可以理解为单线程模型，旨在通过在大量计算单元（Actors）之间分配总请求量的负载来简化高并发场景，这些计算单元通过一次处理一个Actors的请求，在较小但独立的范围内处理任务。在第8章“使用Actors”中会详聊该构建块。
  6. 可观察性：Dapr使开发人员和运维员能够观察应用和服务的行为，而无需对它们进行检测。第11章“跟踪Dapr应用”中会更详细地介绍了这个构建块。
  7. 安全密钥（Secrets）：将安全与代码分开是一种良性的做法。Dapr能够存储密钥，并从Kubernetes或Azure密钥库等其他组件中引用这些密钥。
  8. 配置（Configuration）：在Alpha状态的Dapr 1.8版中引入了此构建块，它解决了检索应用程序所需配置数据的常见需求。
  9. 分布式锁（Distributed lock:）：Dapr 1.8版在Alpha状态下引入分布式锁，它提供了一种强大的基于租约的机制来管理对命名锁的互斥访问。应用程序可以使用该锁来确保多个并发实例对资源的独占。
    了解了Dapr体系结构和组件后，在开始使用之前，我们需要在我们的开发环境中设置Dapr。

3.设置Dapr环境

Dapr是多个平台和语言的运行时，本专栏的重点是.NET中的C#，并使用Visual Studio Code作为开发工具。
我们使用的开发环境是Windows，如果你需要有关在Linux或macOS上执行特定操作，建议您查看Dapr官方文档。

Dapr路线图

Dapr运行时于2021年2月发布v1.0生产环境版本，我们可以在Dapr官方博客中查看到，Dapr于2021年发布了五个新的次要版本。您可以在Dapr路线图中查看。

本专栏中的示例和脚本已经用Dapr的v1.9进行了更新和测试。

接下来，我们将完成以下步骤：

  • 配置Docker
  • 安装Dapr CLI
  • 安装.NET 6.0
  • 安装VS Code
  • 安装Windows终端
  • 在自托管模式下安装Dapr
  • 在Kubernetes上安装Dapr

配置Docker

Docker的安装很简单，我们可以在以下位置找到运行Docker的详细说明。

安装Dapr CLI

Dapr运行时安装也不难，您可以在此访问安装。

在Windows上，执行以下命令将CLI安装到c:\dapr目录中，并将其添加到用户PATH环境变量中，以便可以从命令行轻松使用工具：
powershell -Command "iwr -useb https://raw.githubusercontent.com/dapr/cli/master/install/install.ps1 | iex"
有关Dapr CLI的更多详细信息，请参阅。

安装.NET 6.0

要安装.NET 6，请参阅，获取最新二进制文件的链接。
.NET 6是.NET的长期支持（LTS）版本，可获得3年免费支持和更新。
在开发机器上，建议安装包含运行时的完整版SDK。安装完成后，我们运行dotnet--info命令进行校验，成功后，您将看到以下输出：
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安装VS Code

VS Code是微软的一个很棒的跨平台源码编辑器。您可以按照以下说明免费安装它：跳转。

Dapr扩展

Dapr有一个VS Code的扩展，它有助于导航Dapr本地环境，并简化调试配置,我们强烈建议安装它。

安装Windows终端

推荐一款不错的新的Windows终端Windows Terminal，是一款新式、快速、高效、强大且高效的终端应用程序，适用于命令行工具和命令提示符，PowerShell和 WSL 等 Shell 用户。在接下来的章节中，我们通常必须并行运行多个命令和工具。因此，Windows终端的选项卡功能也是我建议您采用它的原因之一。
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在自托管模式下安装Dapr

Dapr可以以两种模式初始化：自托管和Kubernetes。

由于打算用于开发环境，所以这里采用自托管模式，执行Dapr init后，会在本地会默认安装Redis、Dapr placement services和Zipkin。

这里要留意的是Dapr init命令，建议在网络比较好的早晨进行初始化，如果是下午或者晚上，可能会无法成功。

默认情况下，Dapr二进制文件和默认组件位于%USERPROFILE%.dpr\文件夹中。

例如，在本地开发环境中，Dapr打算用于Redis的端口可能已经被占用。在这种情况下，您应该确定哪些进程或容器正在使用该端口，并相应地更改它们。

一旦启动init命令成功，您会看到如下输出：

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

我们可以通过docker ps来验证一下是否成功：

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下的验证：
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在Kubernetes上安装Dapr

Dapr专门用于在Kubernetes上执行。在安装了Dapr CLI的开发机器上，可以在Kubernetes集群上设置Dapr：
dapr init -k
或者，您可以使用Helm v3 chart在Kubernetes上安装Dapr。您可以在官网上查看详情。

要验证k8s当中的安装是否成功完成，请执行以下命令
kubectl get pods --namespace dapr-system
Linux下的效果是这样的：
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更新Dapr版本

在开发环境是Windows的机器上，Dapr的早期版本已经存在，只需使用我们在上面提到的命令重新安装即可更新CLI。
如官网文档所述，我们必须先卸载Dapr，如下所示：
PS C:\Repos\practical-dapr\chapter01> dapr uninstall --all
更新CLI并卸载Dapr后，我们可以按如下方式重新安装Dapr：
PS C:\Repos\practical-dapr\chapter01> dapr init

切记在早上网络好一点的时候进行初始化，具体原因您懂的。

在执行dapr-init之后，检查dapr版本，我们可以看到CLI和运行时的版本都从1.0向前移动到1.9.5，如以下代码片段所示：

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

我们的Dapr测试环境已启动并正在运行。我们现在准备用我们的第一个示例进行试验。

4.构建Dapr示例

我们将构建一个返回hello world消息的web API。我们选择将所有样本都放在C:\Repos\pactual dapr\文件夹中，并为第一个样本创建了C:\Repos\Pactual dapr_chapter01文件夹。我们的步骤如下：
(1)创建Web API ASP.NET项目

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

(2)添加Dapr SDK引用

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

(3)我们用Vs Code打开项目，并对生成的模板做些更改
(4)为了在ASP.NET 6中支持Dapr，我们对Program.cs中的代码进行了一些更改。我们将builder.Services.AddControllers方法更改为builder.Services.addController().AddDapr()。
最后，为了简化代码，我们注释掉app.UseHttpsRedirection()中间件。
最后看下最终的代码：


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)最后，我们添加了一个名为HelloWorldController的控制器，如以下代码片段所示：

[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";
    }
}

以上我们设置了路由和一个Get方法。
(6)为了运行Dapr应用程序，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
我们将ASP.NET默认端口设为5000，将Dapr HTTP端口设为5010。以下命令行启动Dapr应用程序：

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

我们在对应的项目目录下执行以上代码，启动Dapr。Dapr将为HTTP使用端口5010，而对于gRPC，它将自动选择一个可用端口。
启动后会在控制台打印日志信息，要确认应用程序在Dapr运行时上下文中正确运行：

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

在此阶段，ASP.NET在端口5000上进行监听，Dapr在端口5010上进行监听。为了测试Dapr，我们按如下方式调用curl命令，使用浏览器也可以：

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

Dapr返回了这个响应，同时Dapr窗口也会打印结果，如下所示

== APP == Hello, World.

(7)从另一个窗口，让我们验证Dapr服务的详细信息。我们按如下方式打开dapr仪表板，而不是使用dapr list命令
PS C:\Windows\System32> dapr dashboard Dapr Dashboard running on http://localhost:8080
我们可以通过导航到http://localhost:8080显示了hell-world的详细信息：
使用Dapr和.NET 6.0进行微服务实战：Dapr简介
在本例中，Dapr仪表板仅显示我们在开发机器上运行的示例应用程序。在Kubernetes环境中，它将显示所有正在运行的微服务以及其他组件:
使用Dapr和.NET 6.0进行微服务实战：Dapr简介
Dapr仪表板显示，部署了Zipkin，Redis，Redis除了做状态存储，还支持消息的发布订阅。
以上就是我们构建的第一个Dapr示例。

5.总结

在本章，您了解了Dapr项目及其组件、构建块和sidecar方法。所有这些概念将在后面的章节中单独深入探讨。同时，我们还演示了在本地开发机器上设置Dapr，准备必要的工具。我们还学习了如何创建一个简单的ASP.NET项目，以及如何配置和检查Dapr，我们还了解了Dapr仪表板，我们可以从中获得Dapr环境的完整和即时视图。
在下一章中，我们将使用环境来学习如何调试Dapr。

6.问题

  1. Dapr提供哪些构建块？
  2. Dapr CLI和Dapr运行时之间的关系是什么？
  3. 如何在本地开发环境中安装Dapr？
  4. 在Kubernetes中，可以采用哪些方法安装Dapr？

7.扩展阅读

如果您想提前阅读Dapr系列文章，请移步，这里会优先发布我的最新成果，欢迎您不吝赐教。

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