用Java11实现整洁架构

简介

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（又名鲍勃叔叔）在他的书中深刻地提出了他对清洁架构的看法，我强烈推荐看看。但是当涉及到实施时，事情变得困难并且出现了许多问题。我从哪里开始？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？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野，让您了解Uncle Bob的整洁架构。

整洁架构

在实现之前，让我们来看看架构图：

图片.png

Entities(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或具有方法的对象，甚至是数据结构。
Use Cases(业务用例): 实现并封装所有业务规则。
Interface Adapters(接口适配器): 将数据转换并呈现给用例和实体层。
Frameworks and Drivers(框架及驱动): 包含运行应用程序所需的框架或工具。

一些核心概念:

  • 任何层级都只能引用它下面的层级，而不知道上面发生了什么。
  • 业务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。

实现

开始构建这个项目

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，该结构可能看起来有点怪，但这是了解这一切是如何工作的最佳方式。
该应用程序的功能主要有：

  • 创建一个用户
  • 查询一个用户
  • 列出所有的用户
  • 用户使用自己的密码进行登录

为此，我们将从内层（实体/业务用例）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。

下面这个是整个项目的整体预览：


图片.png

我们开始do it吧。

内层

我们的实体和用例分为两个子项目：“领域对象”和“业务用例”：


图片.png

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，则很难说该服务中存在哪些操作，您需要深入了解实现以了解服务的作用。在我们整洁架构中，我们只需要快速查看usecase包，就可以了解支持哪种操作。

在实体包中包含所有实体。在我们的例子中，我们将只有一个，那就是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

// ...

}
usecase子模块包含我们的业务逻辑。我们将从一个简单的业务用例FindUser开始：
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查询用户。这在面向服务的体系结构中看起来很标准。 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）并且它在数据库中不存在。这导致了我们对用例的最后一次迭代：

package com.slalom.example.domain.usecase;



import com.slalom.example.domain.entity.User;

import com.slalom.example.domain.exception.UserAlreadyExistsException;

import com.slalom.example.domain.port.IdGenerator;

import com.slalom.example.domain.port.PasswordEncoder;

import com.slalom.example.domain.port.UserRepository;

import com.slalom.example.domain.usecase.validator.UserValidator;



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中使用。

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;

}
总结一下内层的作用：
  • 内层包含领域对象和业务规则。这应该是应用程序中最稳定和最应该测试的部分。
  • 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

适配器

现在我们有了实体和业务用例，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。


图片.png

让我们从仓储开始弄吧。
使用简单HashMap的UserRepository实现：

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());
    }
}

你也可以在GitHub上找到Hazelcast的另一个实现。

其他适配器：

其他适配器可以使用领域对象中声明的接口相同的方式来实现。你可以在GitGub上找到它们：
密码封装器
Jug ID生成器
UUID生成器

将所有的组件组合在一起

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。
下面是他们的配置信息：

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。

下面是运行应用程序的类：

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("john.doe@gmail.com")
            .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("john.doe@gmail.com", "mypassword");
        System.out.println("Allowed to login with email 'john.doe@gmail.com' 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器。
  • 在适配器文件夹中添加Controller。Controller将负责与内层通信。
    这是Spring Controller的例子：
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。

总结：

我们在本文中试图展示Uncle Bob的整洁架构是多么强大。希望现在你有点清楚这个玩意儿了。

优点：

Power：您的业务逻辑是受到保护的，外部任何东西都无法使其失败。您的代码不依赖于任何外部框架。
Flexibility(灵活性)：任何适配器都可以随时由您选择的任何其他实现来进行替换。从Spring启动切换到Vert.x或Dropwizard可以非常快速地完成。
Defer decisions(延迟决定)：我需要什么数据库？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。
High maintainability(强大的可维护性): 很容易识别哪个组件出现故障。
Implement faster(快速实现): 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。
Tests(测试): 单元测试更容易，因为依赖关系是明确定义的，它很容易模拟测试。
Integration tests(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自定义实现。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，只需使用适配器中的内存实现即可。

缺点:

Learning curve(学习曲线)，一开始架构可能会非常庞大，尤其对是初级开发人员不友好。
更多类，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。
使项目的复杂性变得更高。
对于小型项目来说，这可能只是过度设计。

GitHub上的项目提供了有关如何处理Web框架的更多详细信息。如果您有兴趣，我会鼓励您查看代码并使用它。

原文地址：https://medium.com/slalom-engineering/clean-architecture-with-java-11-f78bba431041

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