写点什么

实现 DCI 架构

作者:元闰子
  • 2022 年 1 月 09 日
  • 本文字数:8446 字

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前言

在面向对象编程的理念里,应用程序是对现实世界的抽象,我们经常会将现实中的事物建模为编程语言中的类/对象(“是什么”),而事物的行为则建模为方法(“做什么”)。面向对象编程有三大基本特性(封装、继承/组合、多态)和五大基本原则(单一职责原则、开放封闭原则、里氏替换原则、依赖倒置原则、接口分离原则),但知道这些还并不足以让我们设计出好的程序,于是很多方法论就涌现了出来。


近来最火的当属领域驱动设计(DDD),其中战术建模提出的实体、值对象、聚合等建模方法,能够很好的指导我们设计出符合现实世界的领域模型。但 DDD 也不是万能的,在某些应用场景下,按照传统的战术建模/面向对象方法设计出来的程序,也会存在可维护性差、违反单一职责原则等问题。


本文介绍的 DCI 建模方法可以看成是战术建模的一种辅助,在某些场景下,它可以很好的弥补 DDD 战术建模的一些缺点。接下来,我们将会通过一个案例来介绍 DCI 是如何解决 DDD 战术建模的这些缺点的。


本文涉及的代码归档在 github 项目:https://github.com/ruanrunxue/DCI-Architecture-Implementation

案例

考虑一个普通人的生活日常,他会在学校上课,也会趁着暑假去公司工作,在工作之余去公园游玩,也会像普通人一样在家吃喝玩乐。当然,一个人的生活还远不止这些,为了讲解方便,本文只针对这几个典型的场景进行建模示例。


使用 DDD 建模

按照 DDD 战术建模的思路,首先,我们会列出该案例的通用语言


人、身份证、银行卡、家、吃饭、睡觉、玩游戏、学校、学生卡、学习、考试、公司、工卡、上班、下班、公园、购票、游玩


接着,我们使用战术建模技术(值对象实体聚合领域服务资源库)对通用语言进行领域建模。


DDD 建模后的代码目录结构如下:


- aggregate: 聚合  - company.go  - home.go  - park.go  - school.go- entity: 实体  - people.go- vo: 值对象  - account.go  - identity_card.go  - student_card.go  - work_card.go
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我们将身份证、学生卡、工卡、银行卡这几个概念,建模为值对象(Value Object):


package vo
// 身份证type IdentityCard struct { Id uint32 Name string}
// 学生卡type StudentCard struct { Id uint32 Name string School string}
// 工卡type WorkCard struct { Id uint32 Name string Company string}
// 银行卡type Account struct { Id uint32 Balance int}
...
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接着我们将人建模成实体(Entity),他包含了身份证、学生卡等值对象,也具备吃饭、睡觉等行为:


package entity
// 人type People struct { vo.IdentityCard vo.StudentCard vo.WorkCard vo.Account}
// 学习func (p *People) Study() { fmt.Printf("Student %+v studying\n", p.StudentCard)}// 考试func (p *People) Exam() { fmt.Printf("Student %+v examing\n", p.StudentCard)}// 吃饭func (p *People) Eat() { fmt.Printf("%+v eating\n", p.IdentityCard) p.Account.Balance--}// 睡觉func (p *People) Sleep() { fmt.Printf("%+v sleeping\n", p.IdentityCard)}// 玩游戏func (p *People) PlayGame() { fmt.Printf("%+v playing game\n", p.IdentityCard)}// 上班func (p *People) Work() { fmt.Printf("%+v working\n", p.WorkCard) p.Account.Balance++}// 下班func (p *People) OffWork() { fmt.Printf("%+v getting off work\n", p.WorkCard)}// 购票func (p *People) BuyTicket() { fmt.Printf("%+v buying a ticket\n", p.IdentityCard) p.Account.Balance--}// 游玩func (p *People) Enjoy() { fmt.Printf("%+v enjoying park scenery\n", p.IdentityCard)}
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最后,我们将学校、公司、公园、家建模成聚合(Aggregate),聚合由一个或多个实体、值对象组合而成,组织它们完成具体的业务逻辑:


package aggregate
// 家type Home struct { me *entity.People}func (h *Home) ComeBack(p *entity.People) { fmt.Printf("%+v come back home\n", p.IdentityCard) h.me = p}// 执行Home的业务逻辑func (h *Home) Run() { h.me.Eat() h.me.PlayGame() h.me.Sleep()}
// 学校type School struct { Name string students []*entity.People}func (s *School) Receive(student *entity.People) { student.StudentCard = vo.StudentCard{ Id: rand.Uint32(), Name: student.IdentityCard.Name, School: s.Name, } s.students = append(s.students, student) fmt.Printf("%s Receive stduent %+v\n", s.Name, student.StudentCard)}// 执行School的业务逻辑func (s *School) Run() { fmt.Printf("%s start class\n", s.Name) for _, student := range s.students { student.Study() } fmt.Println("students start to eating") for _, student := range s.students { student.Eat() } fmt.Println("students start to exam") for _, student := range s.students { student.Exam() } fmt.Printf("%s finish class\n", s.Name)}
// 公司type Company struct { Name string workers []*entity.People}func (c *Company) Employ(worker *entity.People) { worker.WorkCard = vo.WorkCard{ Id: rand.Uint32(), Name: worker.IdentityCard.Name, Company: c.Name, } c.workers = append(c.workers, worker) fmt.Printf("%s Employ worker %s\n", c.Name, worker.WorkCard.Name)}// 执行Company的业务逻辑func (c *Company) Run() { fmt.Printf("%s start work\n", c.Name) for _, worker := range c.workers { worker.Work() } fmt.Println("worker start to eating") for _, worker := range c.workers { worker.Eat() } fmt.Println("worker get off work") for _, worker := range c.workers { worker.OffWork() } fmt.Printf("%s finish work\n", c.Name)}
// 公园type Park struct { Name string enjoyers []*entity.People}func (p *Park) Welcome(enjoyer *entity.People) { fmt.Printf("%+v come to park %s\n", enjoyer.IdentityCard, p.Name) p.enjoyers = append(p.enjoyers, enjoyer)}// 执行Park的业务逻辑func (p *Park) Run() { fmt.Printf("%s start to sell tickets\n", p.Name) for _, enjoyer := range p.enjoyers { enjoyer.BuyTicket() } fmt.Printf("%s start a show\n", p.Name) for _, enjoyer := range p.enjoyers { enjoyer.Enjoy() } fmt.Printf("show finish\n")}
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那么,根据上述方法建模出来的模型是这样的:



模型的运行方法如下:


paul := entity.NewPeople("Paul")mit := aggregate.NewSchool("MIT")google := aggregate.NewCompany("Google")home := aggregate.NewHome()summerPalace := aggregate.NewPark("Summer Palace")// 上学mit.Receive(paul)mit.Run()// 回家home.ComeBack(paul)home.Run()// 工作google.Employ(paul)google.Run()// 公园游玩summerPalace.Welcome(paul)summerPalace.Run()
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贫血模型 VS 充血模型(工程派 VS 学院派)

上一节中,我们使用 DDD 的战术建模完成了该案例领域模型。模型的核心是People实体,它有IdentityCardStudentCard等数据属性,也有Eat()Study()Work()等业务行为 ,非常符合现实世界中定义。这也是学院派所倡导的,同时拥有数据属性和业务行为的充血模型


然而,充血模型并非完美,它也有很多问题,比较典型的是这两个:


问题一:上帝类


People这个实体包含了太多的职责,导致它变成了一个名副其实的上帝类。试想,这里还是裁剪了很多“人”所包含的属性和行为,如果要建模一个完整的模型,其属性和方法之多,无法想象。上帝类违反了单一职责原则,会导致代码的可维护性变得极差


问题二:模块间耦合


SchoolCompany本应该是相互独立的,School不必关注上班与否,Company也不必关注考试与否。但是现在因为它们都依赖了People这个实体,School可以调用与Company相关的Work()OffWork()方法,反之亦然。这导致模块间产生了不必要的耦合,违反了接口隔离原则


这些问题都是工程派不能接受的,从软件工程的角度,它们会使得代码难以维护。解决这类问题的方法,比较常见的是对实体进行拆分,比如将实体的行为建模成领域服务,像这样:


type People struct {  vo.IdentityCard  vo.StudentCard  vo.WorkCard  vo.Account}
type StudentService struct{}func (s *StudentService) Study(p *entity.People) { fmt.Printf("Student %+v studying\n", p.StudentCard)}func (s *StudentService) Exam(p *entity.People) { fmt.Printf("Student %+v examing\n", p.StudentCard)}
type WorkerService struct{}func (w *WorkerService) Work(p *entity.People) { fmt.Printf("%+v working\n", p.WorkCard) p.Account.Balance++}func (w *WorkerService) OffWOrk(p *entity.People) { fmt.Printf("%+v getting off work\n", p.WorkCard)}
// ...
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这种建模方法,解决了上述两个问题,但也变成了所谓的贫血模型People变成了一个纯粹的数据类,没有任何业务行为。在人的心理上,这样的模型并不能在建立起对现实世界的对应关系,不容易让人理解,因此被学院派所抵制。


到目前为止,贫血模型和充血模型都有各有优缺点,工程派和学院派谁都无法说服对方。接下来,轮到本文的主角出场了。

DCI 架构

DCI(Data,Context,Interactive)架构是一种面向对象的软件架构模式,在《The DCI Architecture: A New Vision of Object-Oriented Programming》一文中被首次提出。与传统的面向对象相比,DCI 能更好地对数据和行为之间的关系进行建模,从而更容易被人理解。


  • Data,也即数据/领域对象,用来描述系统“是什么”,通常采用 DDD 中的战术建模来识别当前模型的领域对象,等同于 DDD 分层架构中的领域层。

  • Context,也即场景,可理解为是系统的 Use Case,代表了系统的业务处理流程,等同于 DDD 分层架构中的应用层。

  • Interactive,也即交互,是 DCI 相对于传统面向对象的最大发展,它认为我们应该显式地对领域对象(Object)在每个业务场景(Context)中扮演(Cast)的角色(Role)进行建模。Role 代表了领域对象在业务场景中的业务行为(“做什么”),Role 之间通过交互完成完整的义务流程


这种角色扮演的模型我们并不陌生,在现实的世界里也是随处可见,比如,一个演员可以在这部电影里扮演英雄的角色,也可以在另一部电影里扮演反派的角色。


DCI 认为,对 Role 的建模应该是面向 Context 的,因为特定的业务行为只有在特定的业务场景下才会有意义。通过对 Role 的建模,我们就能够将领域对象的方法拆分出去,从而避免了上帝类的出现。最后,领域对象通过组合或继承的方式将 Role 集成起来,从而具备了扮演角色的能力。



DCI 架构一方面通过角色扮演模型使得领域模型易于理解,另一方面通过“小类大对象”的手法避免了上帝类的问题,从而较好地解决了贫血模型和充血模型之争。另外,将领域对象的行为根据 Role 拆分之后,模块更加的高内聚、低耦合了。

使用 DCI 建模

回到前面的案例,使用 DCI 的建模思路,我们可以将“人”的几种行为按照不同的角色进行划分。吃完、睡觉、玩游戏,是作为人类角色的行为;学习、考试,是作为学生角色的行为;上班、下班,是作为员工角色的行为;购票、游玩,则是作为游玩者角色的行为。“人”在这个场景中,充当的是人类的角色;在学校这个场景中,充当的是学生的角色;在公司这个场景中,充当的是员工的角色;在公园这个场景中,充当的是游玩者的角色。



需要注意的是,学生、员工、游玩者,这些角色都应该具备人类角色的行为,比如在学校里,学生也需要吃饭。


最后,根据 DCI 建模出来的模型,应该是这样的:



在 DCI 模型中,People不再是一个包含众多属性和方法的“上帝类”,这些属性和方法被拆分到多个 Role 中实现,而People由这些 Role 组合而成。


另外,SchoolCompany也不再耦合,School只引用了Student,不能调用与Company相关的WorkerWork()OffWorker()方法。


代码实现 DCI 模型

DCI 建模后的代码目录结构如下;


- context: 场景  - company.go  - home.go  - park.go  - school.go- object: 对象  - people.go- data: 数据  - account.go  - identity_card.go  - student_card.go  - work_card.go- role: 角色  - enjoyer.go  - human.go  - student.go  - worker.go
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从代码目录结构上看,DDD 和 DCI 架构相差并不大,aggregate目录演变成了context目录;vo目录演变成了data目录;entity目录则演变成了objectrole目录。


首先,我们实现基础角色HumanStudentWorkerEnjoyer都需要组合它:


package role
// 人类角色type Human struct { data.IdentityCard data.Account}func (h *Human) Eat() { fmt.Printf("%+v eating\n", h.IdentityCard) h.Account.Balance--}func (h *Human) Sleep() { fmt.Printf("%+v sleeping\n", h.IdentityCard)}func (h *Human) PlayGame() { fmt.Printf("%+v playing game\n", h.IdentityCard)}
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接着,我们再实现其他角色,需要注意的是,StudentWorkerEnjoyer不能直接组合Human,否则People对象将会有 4 个Human子对象,与模型不符:


// 错误的实现type Worker struct {  Human}func (w *Worker) Work() {  fmt.Printf("%+v working\n", w.WorkCard)  w.Balance++}...type People struct {  Human  Student  Worker  Enjoyer}func main() {  people := People{}  fmt.Printf("People: %+v", people)}// 结果输出, People中有4个Human:// People: {Human:{} Student:{Human:{}} Worker:{Human:{}} Enjoyer:{Human:{}}}
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为解决该问题,我们引入了xxxTrait接口:


// 人类角色特征type HumanTrait interface {  CastHuman() *Human}// 学生角色特征type StudentTrait interface {  CastStudent() *Student}// 员工角色特征type WorkerTrait interface {  CastWorker() *Worker}// 游玩者角色特征type EnjoyerTrait interface {  CastEnjoyer() *Enjoyer}
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StudentWorkerEnjoyer组合HumanTrait,并通过Compose(HumanTrait)方法进行特征注入,只要在注入的时候保证Human是同一个,就可以解决该问题了。


// 学生角色type Student struct {  // Student同时也是个普通人,因此组合了Human角色  HumanTrait  data.StudentCard}// 注入人类角色特征func (s *Student) Compose(trait HumanTrait) {  s.HumanTrait = trait}func (s *Student) Study() {  fmt.Printf("Student %+v studying\n", s.StudentCard)}func (s *Student) Exam() {  fmt.Printf("Student %+v examing\n", s.StudentCard)}// 员工角色type Worker struct {  // Worker同时也是个普通人,因此组合了Human角色  HumanTrait  data.WorkCard}// 注入人类角色特征func (w *Worker) Compose(trait HumanTrait) {  w.HumanTrait = trait}func (w *Worker) Work() {  fmt.Printf("%+v working\n", w.WorkCard)  w.CastHuman().Balance++}func (w *Worker) OffWork() {  fmt.Printf("%+v getting off work\n", w.WorkCard)}// 游玩者角色type Enjoyer struct {  // Enjoyer同时也是个普通人,因此组合了Human角色  HumanTrait}// 注入人类角色特征func (e *Enjoyer) Compose(trait HumanTrait) {  e.HumanTrait = trait}func (e *Enjoyer) BuyTicket() {  fmt.Printf("%+v buying a ticket\n", e.CastHuman().IdentityCard)  e.CastHuman().Balance--}func (e *Enjoyer) Enjoy() {  fmt.Printf("%+v enjoying scenery\n", e.CastHuman().IdentityCard)}
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最后,实现People这一领域对象:


package objecttype People struct {  // People对象扮演的角色  role.Human  role.Student  role.Worker  role.Enjoyer}// People实现了HumanTrait、StudentTrait、WorkerTrait、EnjoyerTrait等特征接口func (p *People) CastHuman() *role.Human {  return &p.Human}func (p *People) CastStudent() *role.Student {  return &p.Student}func (p *People) CastWorker() *role.Worker {  return &p.Worker}func (p *People) CastEnjoyer() *role.Enjoyer {  return &p.Enjoyer}// People在初始化时,完成对角色特征的注入func NewPeople(name string) *People {  // 一些初始化的逻辑...  people.Student.Compose(people)  people.Worker.Compose(people)  people.Enjoyer.Compose(people)  return people}
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进行角色拆分之后,在实现HomeSchoolCompanyPark等场景时,只需依赖相应的角色即可,不再需要依赖People这一领域对象:


// 家type Home struct {  me *role.Human}func (h *Home) ComeBack(human *role.Human) {  fmt.Printf("%+v come back home\n", human.IdentityCard)  h.me = human}// 执行Home的业务逻辑func (h *Home) Run() {  h.me.Eat()  h.me.PlayGame()  h.me.Sleep()}// 学校type School struct {  Name     string  students []*role.Student}func (s *School) Receive(student *role.Student) {  // 初始化StduentCard逻辑 ...  s.students = append(s.students, student)  fmt.Printf("%s Receive stduent %+v\n", s.Name, student.StudentCard)}// 执行School的业务逻辑func (s *School) Run() {  fmt.Printf("%s start class\n", s.Name)  for _, student := range s.students {    student.Study()  }  fmt.Println("students start to eating")  for _, student := range s.students {    student.CastHuman().Eat()  }  fmt.Println("students start to exam")  for _, student := range s.students {    student.Exam()  }  fmt.Printf("%s finish class\n", s.Name)}// 公司type Company struct {  Name    string  workers []*role.Worker}func (c *Company) Employ(worker *role.Worker) {  // 初始化WorkCard逻辑 ...  c.workers = append(c.workers, worker)  fmt.Printf("%s Employ worker %s\n", c.Name, worker.WorkCard.Name)}// 执行Company的业务逻辑func (c *Company) Run() {  fmt.Printf("%s start work\n", c.Name)  for _, worker := range c.workers {    worker.Work()  }  fmt.Println("worker start to eating")  for _, worker := range c.workers {    worker.CastHuman().Eat()  }  fmt.Println("worker get off work")  for _, worker := range c.workers {    worker.OffWork()  }  fmt.Printf("%s finish work\n", c.Name)}// 公园type Park struct {  Name     string  enjoyers []*role.Enjoyer}func (p *Park) Welcome(enjoyer *role.Enjoyer) {  fmt.Printf("%+v come park %s\n", enjoyer.CastHuman().IdentityCard, p.Name)  p.enjoyers = append(p.enjoyers, enjoyer)}// 执行Park的业务逻辑func (p *Park) Run() {  fmt.Printf("%s start to sell tickets\n", p.Name)  for _, enjoyer := range p.enjoyers {    enjoyer.BuyTicket()  }  fmt.Printf("%s start a show\n", p.Name)  for _, enjoyer := range p.enjoyers {    enjoyer.Enjoy()  }  fmt.Printf("show finish\n")}
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模型的运行方法如下:


paul := object.NewPeople("Paul")mit := context.NewSchool("MIT")google := context.NewCompany("Google")home := context.NewHome()summerPalace := context.NewPark("Summer Palace")// 上学mit.Receive(paul.CastStudent())mit.Run()// 回家home.ComeBack(paul.CastHuman())home.Run()// 工作google.Employ(paul.CastWorker())google.Run()// 公园游玩summerPalace.Welcome(paul.CastEnjoyer())summerPalace.Run()
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写在最后

从前文所描述的场景中,我们可以发现传统的 DDD/面向对象设计方法在对行为进行建模方面存在着不足,进而导致了所谓的贫血模型和充血模型之争


DCI 架构的出现很好的弥补了这一点,它通过引入角色扮演的思想,巧妙地解决了充血模型中上帝类和模块间耦合问题,而且不影响模型的正确性。当然,DCI 架构也不是万能的,在行为较少的业务模型中,使用 DCI 来建模并不合适。


最后,将 DCI 架构总结成一句话就是:领域对象(Object)在不同的场景(Context)中扮演(Cast)不同的角色(Role),角色之间通过交互(Interactive)来完成具体的业务逻辑


参考

1、The DCI Architecture: A New Vision of Object-Oriented Programming, Trygve Reenskaug & James O. Coplien

2、软件设计的演变过程, _张晓龙_

3、Implement Domain Object in Golang, _张晓龙_

4、DCI: 代码的可理解性, chelsea

5、DCI in C++, MagicBowen

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正心、修身 2021.05.03 加入

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