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使用 Tye 開發工具便利的開發微服務應用程式並部署到 Kubernetes 叢集

📅 2021/09/23 23:29 📁 .NET Core, ASP.NET Core

微服務是近期相當熱門的主題之一，而在 .NET 領域中，微軟也投入了不少資源進行研究，也推出了許多鮮為人知的好用工具，這篇文章我將介紹 Tye 這兩套微服務開發工具，讓你知道原來用 .NET 開發微服務也可以這麼簡單。

以下我使用 .NET Core 3.1 為基礎進行示範。

示範微服務專案建立的過程

  1. 先透過 global.json 鎖定 .NET Core SDK 版本

    dotnet new globaljson --sdk-version 3.1.413

  2. 安裝 tye 命令列工具 (Microsoft.Tye)

    dotnet tool update -g Microsoft.Tye --version "0.10.0-alpha.21420.1"

  3. 建立你的第一個微服務：前端網頁

    mkdir microservice && cd microservice
dotnet new razor -n frontend

  4. 啟動你的微服務系統（目前只有一個網站）

    tye run frontend

    你可以連到 http://127.0.0.1:8000/ 開啟 Tye Dashboard 主控台頁面，查看微服務架構下的所有服務運作資訊，真是無腦又方便！

    Tye Dashboard

    畫面上的 Bindings 欄位，紀錄著該「微服務」的端點，你可以直接透過這些網址連線到該服務，預設他會亂數設定一個可用的 Ports 給你，每次都會不一樣！

  5. 建立你的第二個微服務：後端 API 專案

    dotnet new webapi -n backend

  6. 啟動你的微服務系統（目前有 2 個網站）

    由於要透過 tye 快速啟動多個專案，因此建議建立一個方案檔，方便後續執行！

    dotnet new sln
dotnet sln add frontend backend

    此時執行 tye run 就會讀取 microservice.sln 方案檔，一次啟動兩個站台：

    tye run

    你可以連到 http://127.0.0.1:8000/ 開啟 Tye Dashboard 主控台頁面，查看微服務架構下的所有服務運作資訊！

    Tye Dashboard

示範如何從「前端服務」呼叫「後端服務」的 Web API

  1. 在 frontend 專案加入 WeatherForecast.cs

    這個 WeatherForecast 類別跟後端的 WeatherForecast 類別是完全一樣的！

    using System;

namespace frontend
{
    public class WeatherForecast
    {
        public DateTime Date { get; set; }

        public int TemperatureC { get; set; }

        public int TemperatureF => 32 + (int)(TemperatureC / 0.5556);

        public string Summary { get; set; }
    }
}

  2. 在 frontend 專案加入 WeatherClient.cs

    在開發 WeatherClient 的時候，完全不需要知道後端的位址！

    using System.Net.Http;
using System.Text.Json;
using System.Threading.Tasks;

namespace frontend
{
    public class WeatherClient
    {
        private readonly JsonSerializerOptions options = new JsonSerializerOptions()
        {
            PropertyNameCaseInsensitive = true,
            PropertyNamingPolicy = JsonNamingPolicy.CamelCase,
        };

        private readonly HttpClient client;

        public WeatherClient(HttpClient client)
        {
            this.client = client;
        }

        public async Task<WeatherForecast[]> GetWeatherAsync()
        {
            var responseMessage = await this.client.GetAsync("/weatherforecast");
            var stream = await responseMessage.Content.ReadAsStreamAsync();
            return await JsonSerializer.DeserializeAsync<WeatherForecast[]>(stream, options);
        }
    }
}

  3. 在 frontend 專案加入 Microsoft.Tye.Extensions.Configuration 套件

    dotnet add frontend/frontend.csproj package Microsoft.Tye.Extensions.Configuration  --version "0.4.0-*"

  4. 在 frontend 專案調整 Startup.cs 相依注入

    這裡最酷的地方，就是在 Tye 的協助下，開發人員在寫 Code 的時候只需要知道服務名稱(backend)就好，而不需要知道微服務的確切網址 (端點)！

    public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
    services.AddRazorPages();

    // 註冊 WeatherClient 服務
    services.AddHttpClient<WeatherClient>(client =>
    {
        client.BaseAddress = Configuration.GetServiceUri("backend");
    });
}

    上述程式的 Configuration.GetServiceUri() API 其實是一個 Microsoft.Tye.Extensions.Configuration 套件中提供的 C# 擴充方法，他會自動讀入 Tye 傳到應用程式的組態，技術細節不是特別重要，重要的是你可以藉此取得微服務的 Uri 位址。其實這個實作非常簡單，直接看原始碼就可以得到相當清楚的解答！

  5. 在 frontend 專案調整 Pages\Index.cshtml.cs

    public WeatherForecast[] Forecasts { get; set; }

public async Task OnGet([FromServices]WeatherClient client)
{
    Forecasts = await client.GetWeatherAsync();
}

  6. 在 frontend 專案調整 Pages\Index.cshtml

    @page
@model IndexModel
@{
    ViewData["Title"] = "Home page";
}

<div class="text-center">
    <h1 class="display-4">Welcome</h1>
    <p>Learn about <a href="https://learn.microsoft.com/aspnet/core">building Web apps with ASP.NET Core</a>.</p>
</div>

Weather Forecast:

<table class="table">
    <thead>
        <tr>
            <th>Date</th>
            <th>Temp. (C)</th>
            <th>Temp. (F)</th>
            <th>Summary</th>
        </tr>
    </thead>
    <tbody>
        @foreach (var forecast in @Model.Forecasts)
        {
            <tr>
                <td>@forecast.Date.ToShortDateString()</td>
                <td>@forecast.TemperatureC</td>
                <td>@forecast.TemperatureF</td>
                <td>@forecast.Summary</td>
            </tr>
        }
    </tbody>
</table>

  • 重新執行 Tye

    tye run

    tye run

    你可以連到 http://127.0.0.1:8000/ 開啟 Tye Dashboard 主控台頁面，並且透過 frontend 微服務的 Bindings 網址瀏覽到前端網站，前端程式也會呼叫後端微服務的 API 並取得資料！

初始化 Tye 開發環境

由於每次執行 tye run 都會替每一個微服務產生一個亂數的 Ports，其實還挺困擾的，如果想要固定開發環境的參數，就要初始化 Tye 組態設定，將這些參數都固定下來。

  1. 初始化 tye.yaml 設定檔

    tye init

    name: microservice
services:
- name: frontend
  project: frontend/frontend.csproj
- name: backend
  project: backend/backend.csproj

  2. 替需要固定端點的服務加上 Bindings 資訊

    name: microservice
services:
- name: frontend
  project: frontend/frontend.csproj
  bindings:
    - name: http
      protocol: http
      port: 16000
    - name: https
      protocol: https
      port: 16443
- name: backend
  project: backend/backend.csproj

  3. 重新執行 Tye

    tye run

    請注意：如果你替每一個服務設定 bindings 的話，程式需要做出微調！

    name: microservice
services:
- name: frontend
  project: frontend/frontend.csproj
  bindings:
  - name: http
    protocol: http
    port: 16000
  - name: https
    protocol: https
    port: 16443
- name: backend
  project: backend/backend.csproj
  bindings:
  - name: http
    protocol: http
    port: 17000
  - name: https
    protocol: https
    port: 17443

    你在連接後端時，因為有設定 bindings 的關係，你使用 Configuration.GetServiceUri() 取得網址時，必須也加上 服務名稱:繫結名稱 (例如: backend:http) 才能得到正確的網址！

    public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
    services.AddRazorPages();

    // 註冊 WeatherClient 服務
    services.AddHttpClient<WeatherClient>(client =>
    {
        client.BaseAddress = Configuration.GetServiceUri("backend:http");
    });
}

加入 SQL Server 資料庫到開發環境

在初始化 tye.yaml 設定檔之後，你就可以像 Docker Compose 那樣，在一個 YAML 檔案中設定多個不同服務，而且也可以設定 Docker 容器執行！

以下我就來示範如何在現有的 Tye 微服務方案中加入測試用的 SQL Server 資料庫：

  1. 加入 db 服務，並透過 image: 執行一個 Docker 容器

    - name: db
  image: mcr.microsoft.com/mssql/server:2019-latest
  env:
  - name: SA_PASSWORD
    value: "Ver7CompleXPW"
  - name: ACCEPT_EULA
    value: "Y"
  bindings:
  - port: 1433
    connectionString: "Server=${host},${port};Database=MyDB;User Id=sa;Password=Ver7CompleXPW;MultipleActiveResultSets=true"

    這裡我們將 connectionString 放在 db 服務下，以便其他服務可以取用這個連接字串！

  2. 測試從 backend 服務取得連接字串

    以下就是從 db 服務取得連接字串的方法：

    Configuration.GetConnectionString("db")

    這個 GetConnectionString() 擴充方法的原始碼在此：tye/TyeConfigurationExtensions.cs at main · dotnet/tye

  3. 重新執行 Tye

    tye run

    如果 SQL Server 容器無法啟動，請嘗試執行 net stop winnat && net start winnat 並再重新執行一次。

    Tye Dashboard

    這裡有個地方蠻有趣的，那就是我們的 frontend 與 backend 微服務其實是跑在 本機 (Local Machine)，而 db 卻是跑在容器中。除此之外，Tye 還另外跑了兩個容器，一個名為 frontend-proxy_6bc59e6c-1，另一個名為 backend-proxy_a7e2c2bc-1，這兩個容器其實是一個 Microsoft.Tye.Proxy (代理伺服器)，但是這時其實是完全用不上的，因為我們的程式完全跑在本機，不需要透過這兩個容器(代理伺服器)進行 HTTP 轉發！

部署微服務應用程式到 Kubernetes

  1. 啟用 Docker Desktop 的 Kubernetes 功能

    image

  2. 建置容器映像

    tye build

  3. 設定 registry 位址 (tye.yaml)

    我們只要加上 registry: willh 就可以將建置好的 image 自動 push 到 Docker Hub 的 willh 帳號下。

    如果你要推送到自架的 Registry 的話，直接設定主機名稱即可，例如：willh.azureacr.io

    name: microservice
registry: willh
services:
- name: frontend
  project: frontend/frontend.csproj
  bindings:
  - name: http
    protocol: http
    port: 16000
  - name: https
    protocol: https
    port: 16443
- name: backend
  project: backend/backend.csproj

  4. 部署至 Kubernetes 叢集

    請先確認 kubectl 可以成功連至 Kubernetes 叢集

    tye deploy

  5. 設定 Port Forwarding 讓本機可以連線測試

    以下命令 8080 是你本機要使用的 Port，而 16000 則是你在 tye.yaml 設定的服務 Port

    kubectl port-forward services/frontend 8080:16000 -n default

  6. 從 Kubernetes 叢集移除已部署的應用程式

    tye undeploy

這個簡單的實作學習到了些什麼

首先，透過 Tye 可以非常便利的幫助你管理多個不同的微服務，你不用特別在意網址的部分，只需要知道服務名稱即可完成服務間通訊！

上述例子，你會發現後端 API 的微服務什麼事都不用做，基本上開發完成之後就等著被呼叫就好。那是因為你的 .NET 應用程式其實是透過 Tye 啟動的，而在啟動的時候 Tye 會自動傳入幾個重要的組態設定 (透過環境變數傳入)，因此你可以在開發微服務的時候不需要知道這些細節，專心把服務開發好即可。

以下是我在 Razor 頁面中顯示目前微服務取得的所有環境變數的程式碼片段：

@{
    var envs = Environment.GetEnvironmentVariables();
    var sorted = from key in envs.Keys.Cast<string>() orderby key select key;
}

<table class="table table-bordered">
@foreach (string envName in sorted)
{
    <tr>
        <td>@envName</td>
        <td>@envs[envName]</td>
    </tr>
}
</table>

最後，Tye 自動整合了 Kubernetes 的部署能力，真的是開發人員的好朋友，你幾乎可以在不瞭解 Docker 或 Kubernetes 的情況下，就可以完成本機開發與 Kubernetes 叢集部署，相當便利！ 👍

相關連結

  • dotnet/tye
    • Tye is a tool that makes developing, testing, and deploying microservices and distributed applications easier. Project Tye includes a local orchestrator to make developing microservices easier and the ability to deploy microservices to Kubernetes with minimal configuration.
  • Tye documentation

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