秃顶程序员讲解如何用Java 11实现清洁架构Clean Architecture
在软件工程方面，软件架构是过去几年中最重要的主题之一。罗伯特·C·马丁（又名鲍勃大叔）在他的书中深刻地提出了他对清洁架构的看法，我强烈推荐！
但是当涉及到具体实施时，事情变得困难并且出现了许多问题。我该从哪里开始？我如何构建我的项目？如何将Bob叔叔的原则应用于我想要使用的技术？
这里我将尝试从Java Web开发人员的角度回答这些问题，他们希望使用Java 9中的Java 11和Jigsaw模块。这将为您提供更加具体的视图，了解Uncle Bob的干净架构。
在深入实现之前，让我们来看看架构：
- 实体：这些是应用程序的业务对象。这些不应受到外部任何更改的影响，这些应该是应用程序中最稳定的代码。这些可以是POJO，具有方法的对象，甚至是数据结构。
- 用例：实现并封装所有业务规则。
- 接口适配器：将数据转换并呈现给用例和实体层。
- 框架和驱动程序：包含运行应用程序所需的任何框架或工具。
这里的关键概念是：
- 任何层都只能引用它下面的层，而不知道上面发生了什么。
- 用例和实体是应用程序的核心，应该具有最小的外部库依赖项集。
实施项目
我们将使用Gradle多项目和Java Jigsaw模块来强制执行不同层之间的依赖关系。
我们要构建的应用程序非常简单，对于这样的项目来说，架构可能看起来有点过分，但这是了解这一切是如何工作的最佳方式。
该应用程序的功能将是：
- 创建用户。
- 找一个用户。
- 列出所有用户。
- 使用密码登录用户。
为此，我们将从内层（实体/用例）开始，然后是接口适配器层，我们将完成外层。我们还将通过更改实现细节和在框架之间切换来演示架构的灵活性。
以下是该项目的视图：
内层
我们的实体和用例分为两个子项目：“领域domain”和“用例usecase”：
这两个子项目代表了我们应用的核心。
架构必须非常明确。通过快速查看上面的示例，我们立即知道存在什么样的操作以及在哪里。如果您要创建单个UserService而不是很难分辨该服务中存在哪种操作，那么您需要深入了解实现以了解服务的作用。在我们干净的架构中，我们只需要快速查看usecase包，就可以了解支持哪种操作。
domain实体包中包含的所有实体。在我们的例子中，我们将只有一 User：
package com.slalom.example.domain.entity;
public class User {
private String id;
private String email;
private String password;
private String lastName;
private String firstName;
// Builder pattern & Getters
// ...
}
用例usecase子模块包含我们的业务逻辑。我们将从一个简单的用例开始FindUser：
package com.slalom.example.usecase;
import com.slalom.example.domain.entity.User;
import com.slalom.example.domain.port.UserRepository;
import java.util.List;
import java.util.Optional;
public final class FindUser {
private final UserRepository repository;
// All args constructor
public Optional<User> findById(final String id) {
return repository.findById(id);
}
public List<User> findAllUsers() {
return repository.findAllUsers();
}
我们有两个操作，这两个操作需要从存储库中检索用户。这在面向服务的体系结构SOA中看起来很标准。UserRepository是一个未在我们当前子项目中实现的接口。这被认为是我们架构中的细节，细节在外层实现。当实例化用例时（例如通过依赖注入），将提供它的实现。这提供了一些优点：
- 无论实现是什么，业务逻辑都保持不变。
- 实现中的任何更改都不会影响业务逻辑。
- 完全更改实现非常容易，因为它对业务逻辑没有影响。
请注意，该接口也称为端口， 因为它构成了业务逻辑和外部世界之间的桥梁。
现在让我们构建CreateUser用例的第一次迭代：
package com.slalom.example.usecase;
import com.slalom.example.domain.entity.User;
import com.slalom.example.domain.port.IdGenerator;
import com.slalom.example.domain.port.PasswordEncoder;
import com.slalom.example.domain.port.UserRepository;
public final class CreateUser {
private final UserRepository repository;
private final PasswordEncoder passwordEncoder;
private final IdGenerator idGenerator;
// All args constructor
public User create(final User user) {
var userToSave = User.builder()
.id(idGenerator.generate())
.email(user.getEmail())
.password(passwordEncoder.encode(user.getEmail() + user.getPassword()))
.lastName(user.getLastName())
.firstName(user.getFirstName())
.build();
return repository.create(userToSave);
}
}
与FindUser用例一样，我们需要一个存储库，一种生成ID的方法，以及一种对密码进行编码的方法。这些也是细节，而不是业务规则，稍后将在外层实现。
我们还想验证提供的用户是否有效（包含正确的数据），并且它已经不存在。这导致了我们对用例的最后一次迭代：
public final class CreateUser {
private final UserRepository repository;
private final PasswordEncoder passwordEncoder;
private final IdGenerator idGenerator;
// All args constructor
public User create(final User user) {
UserValidator.validateCreateUser(user);
if (repository.findByEmail(user.getEmail()).isPresent()) {
throw new UserAlreadyExistsException(user.getEmail());
}
var userToSave = User.builder()
.id(idGenerator.generate())
.email(user.getEmail())
.password(passwordEncoder.encode(user.getEmail() + user.getPassword()))
.lastName(user.getLastName())
.firstName(user.getFirstName())
.build();
return repository.create(userToSave);
}
}
如果用户无效或已存在，则抛出自定义运行时异常。这些自定义异常应由其他层处理。
我们的最后一个用例LoginUser非常简单，可以在GitHub中找到。
最后，为了强制执行边界，两个子项目都使用Jigsaw模块。Jigsaw模块允许我们仅向外界公开需要暴露的内容，因此不会泄露任何实现细节。例如，没有理由公开UserValidator该类：
// Domain module-info
module slalom.example.domain {
exports com.slalom.example.domain.entity;
exports com.slalom.example.domain.port;
exports com.slalom.example.domain.exception;
}
// Use case module-info
module slalom.example.usecase {
exports com.slalom.example.usecase;
requires slalom.example.domain;
requires org.apache.commons.lang3;
}
总结内层的作用：
- 内层包含域对象和业务规则。这应该是应用程序中最稳定和最受测试的部分。
- 内部层中没有实现与外部世界的任何交互（如数据库或外部服务）。我们使用端口（接口）来表示它们。
- 没有使用框架和最小的依赖关系。
- Jigsaw模块允许我们隐藏实现细节。
外层
1. 适配器
现在我们有了实体和用例，我们可以实现细节。为了能够证明该体系结构非常灵活，我们将创建多个实现并在不同的上下文中使用它们。
让我们从存储库开始。UserRepository实现简单HashMap：
package com.slalom.example.db;
import com.slalom.example.domain.entity.User;
import com.slalom.example.domain.port.UserRepository;
import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.Optional;
public class InMemoryUserRepository implements UserRepository {
private final Map<String, User> inMemoryDb = new HashMap<>();
@Override
public User create(final User user) {
inMemoryDb.put(user.getId(), user);
return user;
}
@Override
public Optional<User> findById(final String id) {
return Optional.ofNullable(inMemoryDb.get(id));
}
@Override
public Optional<User> findByEmail(final String email) {
return inMemoryDb.values().stream()
.filter(user -> user.getEmail().equals(email))
.findAny();
}
@Override
public List<User> findAllUsers() {
return new ArrayList<>(inMemoryDb.values());
}
}
其他适配器：其他适配器仅通过实现域中声明的接口以相同的方式实现。你可以在GitGub上找到它们：
- Password encoder
- Jug Id Generator
- Uuid Generator
将所有东西放在一起
现在我们已经有了实现细节，我们需要将它们组合在一起。为此，我们需要创建一个包含应用程序配置的config文件夹和一个包含运行应用程序代码的应用程序文件夹。
这是其中一个配置：
public class ManualConfig {
private final UserRepository userRepository = new InMemoryUserRepository();
private final IdGenerator idGenerator = new JugIdGenerator();
private final PasswordEncoder passwordEncoder = new Sha256PasswordEncoder();
public CreateUser createUser() {
return new CreateUser(userRepository, passwordEncoder, idGenerator);
}
public FindUser findUser() {
return new FindUser(userRepository);
}
public LoginUser loginUser() {
return new LoginUser(userRepository, passwordEncoder);
}
}
此配置使用相关适配器初始化用例。如果您想要更改实现，您可以轻松地从一个适配器实现切换到另一个，而无需修改用例代码。
以下是运行应用程序的主类：
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// Setup
var config = new ManualConfig();
var createUser = config.createUser();
var findUser = config.findUser();
var loginUser = config.loginUser();
var user = User.builder()
.email("[email protected]")
.password("mypassword")
.lastName("doe")
.firstName("john")
.build();
// Create a user
var actualCreateUser = createUser.create(user);
System.out.println("User created with id " + actualCreateUser.getId());
// Find a user by id
var actualFindUser = findUser.findById(actualCreateUser.getId());
System.out.println("Found user with id " + actualFindUser.get().getId());
// List all users
var users = findUser.findAllUsers();
System.out.println("List all users: " + users);
// Login
loginUser.login("[email protected]", "mypassword");
System.out.println("Allowed to login with email '[email protected]' and password 'mypassword'");
}
}
Web框架
如果您想使用Spring Boot或Vert.x等Web框架，该怎么办？这很简单 - 我们只需要：
- 为Web应用程序创建新配置。
- 创建一个新的应用程序运行
- 在适配器文件夹中添加控制器。控制器将负责与内层通信。
这是Spring控制器的样子：
package com.slalom.example.spring.controller;
@RestController
public class UserController {
private final CreateUser createUser;
private final FindUser findUser;
private final LoginUser loginUser;
// All args constructor with @Autowired
@RequestMapping(value = "/users", method = RequestMethod.POST)
public UserWeb createUser(@RequestBody final UserWeb userWeb) {
var user = userWeb.toUser();
return UserWeb.toUserWeb(createUser.create(user));
}
@RequestMapping(value = "/login", method = RequestMethod.GET)
public UserWeb login(@RequestParam("email") final String email, @RequestParam("password") final String password) {
return UserWeb.toUserWeb(loginUser.login(email, password));
}
@RequestMapping(value = "/users/{userId}", method = RequestMethod.GET)
public UserWeb getUser(@PathVariable("userId") final String userId) {
return UserWeb.toUserWeb(findUser.findById(userId).orElseThrow(() -> new RuntimeException("user not found")));
}
@RequestMapping(value = "/users", method = RequestMethod.GET)
public List<UserWeb> allUsers() {
return findUser.findAllUsers()
.stream()
.map(UserWeb::toUserWeb)
.collect(Collectors.toList());
}
}
您可以使用Spring Boot和Vert.x 在GitHub中找到此应用程序的完整示例。
结论
我们在本文中试图展示Uncle Bob的干净架构是多么强大。希望你有点清楚。
优点：
- 强大：您的业务逻辑受到保护，外部没有任何东西可以使其失败。您的代码不依赖于其他人“控制”的任何外部框架。
- 灵活性：任何适配器都可以随时由您选择的任何其他实现替换。从Spring启动切换到Vert.x或Dropwizard可以非常快速地完成。
- 推迟决定：我需要什么样的数据库？我需要什么样的Web框架？您可以在不了解这些细节的情况下构建业务逻辑。
- 高可维护性：很容易识别哪个组件出现故障。
- 更快地实施：由于架构将问题分开，您可以一次专注于一项任务并更快地发展。这也应该减少技术债务的数额。
- 测试：单元测试更容易，因为依赖项是明确定义的，它很容易模拟或存根。
- 集成测试：您可以在集成测试期间创建要访问的任何外部服务的特定实现。例如，如果您不希望因为按请求付费而访问云中托管的数据库，只需使用适配器的内存实现即可。
缺点：
- 学习曲线：一开始，架构可能会非常庞大，尤其是初级开发人员。
- 更多课程，更多包，更多子项目。据我所知，没有什么可以做的。作为一名polygot开发人员，我鼓励Java开发人员探索其他语言，如Kotlin。在这种情况下，Kotlin可以帮助减少创建的文件数量。
- 项目的复杂性更高。
- 对于小型项目，这可能只是过度设计。