清晰架构(Clean Architecture)的Go微服务: 程序设计

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我使用Go和gRPC创建了一个微服务,并将程序设计和编程的最佳实践应用于该项目。 我写了一系列关于在项目工作中做出的设计决策和取舍的文章,此篇是关于程序设计。

程序的设计遵循清晰架构(Clean Architecture)¹。 业务逻辑代码分三层:用例(usecase),域模型(model)和数据服务(dataservice)。

有三个顶级包“usecase”,“model”和“dataservice”,每层一个。 在每个顶级包(模型除外)中只有一个以该包命名的文件。 该文件为每个包定义了外部世界的接口。 从顶层向下的依赖结构层次是:“usecase”,“dataservice”和“model”。 上层包依赖于较低层的包,依赖关系永远不会反向。

用例(usecase):

“usecase”是应用程序的入口点,本项目大部分业务逻辑都在用例层。 我从这篇文章²中获得了部分业务逻辑思路。 有三个用例“registration”,“listUser”和“listCourse”。 每个用例都实现了一个业务功能。 用例可能与真实世界的用例不同,它们的创建是为了说明设计理念。 以下是注册用例的接口:


// RegistrationUseCaseInterface is for users to register themselves to an application. It has registration related functions.
// ModifyAndUnregisterWithTx() is the one supporting transaction, the other are not.
type RegistrationUseCaseInterface interface {
    // RegisterUser register a user to an application, basically save it to a database. The returned resultUser that has
    // a Id ( auto generated by database) after persisted
    RegisterUser(user *model.User) (resultUser *model.User, err error)
    // UnregisterUser unregister a user from an application by user name, basically removing it from a database.
    UnregisterUser(username string) error
    // ModifyUser change user information based on the User.Id passed in.
    ModifyUser(user *model.User) error
    // ModifyAndUnregister change user information and then unregister the user based on the User.Id passed in.
    // It is created to illustrate transaction, no real use.
    ModifyAndUnregister(user *model.User) error
    // ModifyAndUnregisterWithTx change user information and then unregister the user based on the User.Id passed in.
    // It supports transaction
    // It is created to illustrate transaction, no real use.
    ModifyAndUnregisterWithTx(user *model.User) error
    // EnableTx enable transaction support on use case. Need to be included for each use case needs transaction
    // It replaces the underline database handler to sql.Tx for each data service that used by this use case
    EnableTxer
}

“main”函数将通过此接口调用“用例”,该接口仅依赖于模型层。

以下是“registration.go”的部分代码,它实现了“RegistrationUseCaseInterface”中的功能。 “RegistrationUseCase”是具体的结构。 它有两个成员“UserDataInterface”和“TxDataInterface”。 “UserDataInterface”可用于调用数据服务层中的方法(例如“UserDataInterface.Insert(user)”)。 “TxDataInterface”用于实现事务。 它们的具体类型由应用程序容器(ApplicationContainer)创建,并通过依赖注入到每个函数中。 任何用例代码仅依赖于数据服务接口,并不依赖于数据库相关代码(例如,sql.DB或sql.Stmt)。 任何数据库访问代码都通过数据服务接口执行。

// RegistrationUseCase implements RegistrationUseCaseInterface.
// It has UserDataInterface, which can be used to access persistence layer
// TxDataInterface is needed to support transaction
type RegistrationUseCase struct {
    UserDataInterface dataservice.UserDataInterface
    TxDataInterface   dataservice.TxDataInterface
}

func (ruc *RegistrationUseCase) RegisterUser(user *model.User) (*model.User, error) {
    err := user.Validate()
    if err != nil {
        return nil, errors.Wrap(err, "user validation failed")
    }
    isDup, err := ruc.isDuplicate(user.Name)
    if err != nil {
        return nil, errors.Wrap(err, "")
    }
    if isDup {
        return nil, errors.New("duplicate user for " + user.Name)
    }
    resultUser, err := ruc.UserDataInterface.Insert(user)

    if err != nil {
        return nil, errors.Wrap(err, "")
    }
    return resultUser, nil
}

通常一个用例可以具有一个或多个功能。 上面的代码显示了“RegisterUser”功能。 它首先检查传入的参数“user”是否有效,然后检查用户是否尚未注册,最后调用数据服务层注册用户。

数据服务(Data service):

此层中的代码负责直接数据库访问。 这是域模型“User”的数据持久层的接口。

// UserDataInterface represents interface for user data access through database
type UserDataInterface interface {
    // Remove deletes a user by user name from database.
    Remove(username string) (rowsAffected int64, err error)
    // Find retrieves a user from database based on a user's id
    Find(id int) (*model.User, error)
    // FindByName retrieves a user from database by User.Name
    FindByName(name string) (user *model.User, err error)
    // FindAll retrieves all users from database as an array of user
    FindAll() ([]model.User, error)
    // Update changes user information on the User.Id passed in.
    Update(user *model.User) (rowsAffected int64, err error)
    // Insert adds a user to a database. The returned resultUser has a Id, which is auto generated by database
    Insert(user *model.User) (resultUser *model.User, err error)
    // Need to add this for transaction support
    EnableTxer
}

以下是“UserDataInterface”中MySql实现“insert”功能的代码。 这里我使用“gdbc.SqlGdbc”接口作为数据库处理程序的封装以支持事务。 “gdbc.SqlGdbc”接口的具体实现可以是sql.DB(不支持事务)或sql.Tx(支持事务)。 通过“UserDataSql”结构传入函数作为接收者,使“Insert()”函数对事务变得透明。 在“insert”函数中,它首先从“UserDataSql”获取数据库链接,然后创建预处理语句(Prepared statement)并执行它; 最后它获取插入的id并将其返回给调用函数。

// UserDataSql is the SQL implementation of UserDataInterface
type UserDataSql struct {
    DB gdbc.SqlGdbc
}

func (uds *UserDataSql) Insert(user *model.User) (*model.User, error) {

    stmt, err := uds.DB.Prepare(INSERT_USER)
    if err != nil {
        return nil, errors.Wrap(err, "")
    }
    defer stmt.Close()
    res, err := stmt.Exec(user.Name, user.Department, user.Created)
    if err != nil {
        return nil, errors.Wrap(err, "")
    }
    id, err := res.LastInsertId()
    if err != nil {
        return nil, errors.Wrap(err, "")
    }
    user.Id = int(id)
    logger.Log.Debug("user inserted:", user)
    return user, nil
}

如果需要支持不同的数据库,则每个数据库都需要一个单独的实现。 我将在另一篇文章“事务管理³中会详细解释。

域模型(Model):

模型是唯一没有接口的程序层。 在Clean Architecture中,它被称为“实体(Entity)”。 这是我偏离清晰架构的地方。 此应用程序中的模型层没有太多业务逻辑,它只定义数据。 大多数业务逻辑都在“用例”层中。 根据我的经验,由于延迟加载或其他原因,在执行用例时,大多数情况下域模型中的数据未完全加载,因此“用例”需要调用数据服务 从数据库加载数据。 由于域模型不能调用数据服务,因此业务逻辑必须是在“用例”层。

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数据校验(Validation):
import (
    "github.com/go-ozzo/ozzo-validation"
    "time"
)

// User has a name, department and created date. Name and created are required, department is optional.
// Id is auto-generated by database after the user is persisted.
// json is for couchdb
type User struct {
    Id         int       `json:"uid"`
    Name       string    `json:"username"`
    Department string    `json:"department"`
    Created    time.Time `json:"created"`
}

// Validate validates a newly created user, which has not persisted to database yet, so Id is empty
func (u User) Validate() error {
    return validation.ValidateStruct(&u,
        validation.Field(&u.Name, validation.Required),
        validation.Field(&u.Created, validation.Required))
}

//ValidatePersisted validate a user that has been persisted to database, basically Id is not empty
func (u User) ValidatePersisted() error {
    return validation.ValidateStruct(&u,
        validation.Field(&u.Id, validation.Required),
        validation.Field(&u.Name, validation.Required),
        validation.Field(&u.Created, validation.Required))
}

以上是域模型“User”的代码,其中有简单的数据校验。将校验逻辑放在模型层中是很自然的,模型层应该是应用程序中的最低层,因为其他层都依赖它。校验规则通常只涉及低级别操作,因此不应导致任何依赖问题。此应用程序中使用的校验库是ozzo-validation⁴。它是基于接口的,减少了对代码的干扰。请参阅GoLang中的输入验证⁵来比较不同的校验库。一个问题是“ozzo”依赖于“database/sql”包,因为支持SQL校验,这搞砸了依赖关系。将来如果出现依赖问题,我们可能需要切换到不同的库或删除库中的“sql”依赖项。

你可能会问为什么要将校验逻辑放在域模型层中,而将业务逻辑放在“用例”层中?因为业务逻辑通常涉及多个域模型或一个模型的多个实例。例如,产品价格的计算取决于购买数量以及商品是否在甩卖,因此必须在“用例”层中。另一方面,校验逻辑通常依赖于模型的一个实例,因此可以将其放入模型中。如果校验涉及多个模型或模型的多个实例(例如检查用户是否重复注册),则将其放在“用例”层中。

数据传输对象(DTO)

这是我没有遵循清晰架构(Clean Architecture)的另一项。 根据清晰架构(Clean Architecture)¹,“通常跨越边界的数据是简单的数据结构。 如果你愿意,可以使用基本结构或简单的数据传输对象(DTO)。“在本程序中不使用DTO(数据传输对象),而使用域模型进行跨越边界的数据传输。 如果业务逻辑非常复杂,那么拥有一个单独的DTO可能会有一些好处,那时我不介意创建它们,但现在不需要。

格式转换

跨越服务边界时,我们确实需要拥有不同的域模型。 例如本应用程序也作为gRPC微服务发布。 在服务器端,我们使用本程序域模型; 在客户端,我们使用gRPC域模型,它们的类型是不同的,因此需要进行格式转换。

// GrpcToUser converts from grpc User type to domain Model user type
func GrpcToUser(user *uspb.User) (*model.User, error) {
    if user == nil {
        return nil, nil
    }
    resultUser := model.User{}

    resultUser.Id = int(user.Id)
    resultUser.Name = user.Name
    resultUser.Department = user.Department
    created, err := ptypes.Timestamp(user.Created)
    if err != nil {
        return nil, errors.Wrap(err, "")
    }
    resultUser.Created = created
    return &resultUser, nil
}

// UserToGrpc converts from domain Model User type to grpc user type
func UserToGrpc(user *model.User) (*uspb.User, error) {
    if user == nil {
        return nil, nil
    }
    resultUser := uspb.User{}
    resultUser.Id = int32(user.Id)
    resultUser.Name = user.Name
    resultUser.Department = user.Department
    created, err := ptypes.TimestampProto(user.Created)
    if err != nil {
        return nil, errors.Wrap(err, "")
    }
    resultUser.Created = created
    return &resultUser, nil
}

// UserListToGrpc converts from array of domain Model User type to array of grpc user type
func UserListToGrpc(ul []model.User) ([]*uspb.User, error) {
    var gul []*uspb.User
    for _, user := range ul {
        gu, err := UserToGrpc(&user)
        if err != nil {
            return nil, errors.Wrap(err, "")
        }
        gul = append(gul, gu)
    }
    return gul, nil
}
    

上述数据转换代码位于“adapter/userclient”包中。 乍一看,似乎应该让域模型“User”具有方法“toGrpc()”,它将像这样执行 – “user.toGrpc(user * uspb.User)”,但这将使业务域模型依赖于gRPC。 因此,最好创建一个单独的函数并将其放在“adapter/userclient”包中。 该包将依赖于域模型和gRPC模型。 正因为如此,保证了域模型和gRPC模型都是干净的,它们并不相互依赖。

结论:

本应用程序的设计遵循清晰架构(Clean Architecture)。 业务逻辑代码有三层:“用例”,“域模型”和“数据服务”。 但是我在两个方面偏离了清晰架构(Clean Architecture)。 一个是我把大多数业务逻辑代码放在“用例”层; 另一个是我没有数据传输对象(DTO),而是使用域模型在不同层之间进行共享数据。

源程序:

完整的源程序链接 github

索引:

[1][The Clean Code Blog](https://blog.cleancoder.com/uncle-bob/2012/08/13/the-clean-architecture.html)

[2][Clean Architecture in Go](https://medium.com/@hatajoe/clean-architecture-in-go-4030f11ec1b1)

[3] Go Microservice with Clean Architecture: Transaction Support

[4][ozzo-validation](https://github.com/go-ozzo/ozzo-validation)

[5] Input validation in GoLang

如何把单体式应用拆解成微服务?【下】,如何设计出优美的Web API?

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THE END
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