🔖 #ddd #六邊形架構

[!AI] 本文摘要
這篇文章分享了一個實際案例，說明如何使用 DDD（Domain Driven Design）和六角架構（Hexagonal Architecture）建立 Java 後端服務。以用戶管理系統為例，展示了如何將複雜的業務邏輯組織成清晰的領域模型，並透過六角架構實現業務邏輯與外部系統的分離。主要解決了與 Spring Boot 整合、測試策略和事件處理等挑戰，最終達成了高可維護性、易測試性和良好擴展性的系統架構。這種架構雖然前期投入較多，但長期來看能帶來顯著的開發效益。

引言

在軟體開發的世界裡，我們經常聽到各種架構模式和設計原則，但真正將它們應用到實際專案中卻是另一回事。今天，我想分享一個真實的故事：如何從零開始構建一個遵循 Domain Driven Design (DDD) 和 Hexagonal Architecture 的 Java 後端服務，以及這個過程中學到的寶貴經驗。

這個專案不僅僅是一個技術實現，更是一次架構思維的實踐之旅。讓我們一起探索如何將複雜的業務邏輯組織成清晰的領域模型，以及如何通過 Hexagonal Architecture 實現關注點分離。

為什麼選擇 DDD 和 Hexagonal Architecture？

在開始這個專案之前，我面臨了一個常見的挑戰：如何設計一個既能夠快速開發，又能夠長期維護的後端服務？傳統的三層架構雖然簡單，但在處理複雜業務邏輯時往往會導致程式碼混亂和難以測試。

DDD 提供了一種全新的思維方式：將業務邏輯組織成領域模型，而不是技術實現。Hexagonal Architecture 則確保了業務邏輯與外部系統的清晰分離。這兩者的結合創造了一個既靈活又可維護的架構。

專案背景：用戶管理系統

我們選擇了一個看似簡單但實際上包含豐富業務邏輯的領域：用戶管理系統。這個系統需要處理用戶註冊、電子郵件變更、帳戶停用等業務流程，每個流程都涉及多個業務規則和驗證邏輯。

表面上看，這只是一個 CRUD 系統，但實際上它包含了：

  • 複雜的業務驗證（如電子郵件格式、唯一性檢查）
  • 跨系統的協調（如發送歡迎電子郵件、事件通知）
  • 狀態管理（如用戶啟用/停用狀態）
  • 審計追蹤（如記錄變更歷史）

架構設計的思考過程

領域建模：從業務概念開始

第一步是理解業務領域。我們與業務專家討論，識別出核心概念：用戶、電子郵件、用戶狀態等。這些概念成為了我們領域模型的基礎。

關鍵的洞察是：電子郵件不僅僅是一個字串，它是一個具有業務規則的值對象。同樣，用戶 ID 也不僅僅是一個識別符，它代表了用戶在系統中的唯一身份。

事件驅動：業務變更的通知機制

在設計過程中，我們意識到業務變更需要通知系統的其他部分。例如，當用戶註冊時，我們需要發送歡迎電子郵件；當電子郵件變更時，我們需要通知相關系統。

這引導我們採用事件驅動架構，通過領域事件來實現鬆散耦合的系統設計。每個重要的業務變更都會發布相應的領域事件，讓其他系統組件能夠響應這些變更。

端口和適配器：技術無關的設計

Hexagonal Architecture 的核心思想是讓業務邏輯不依賴於特定的技術實現。我們通過端口定義了業務邏輯與外部世界的介面，然後通過適配器實現這些介面。

這種設計帶來了一個意想不到的好處：我們可以輕鬆地替換技術實現。例如，我們可以從內存存儲切換到 SQL 數據庫，或者從 HTTP 電子郵件服務切換到 SMTP 服務，而不需要修改任何業務邏輯。

實作過程中的挑戰與解決方案

挑戰一：Spring Boot 與 DDD 的整合

最初的挑戰是如何在 Spring Boot 框架中實現 DDD 原則。Spring Boot 的依賴注入和自動配置功能非常強大，但我們需要確保它不會破壞我們的架構邊界。

解決方案是明確區分不同層的職責：

  • 領域層：純粹的業務邏輯，不依賴任何框架
  • 應用層：協調業務邏輯，使用 Spring 的依賴注入
  • 基礎設施層：實現與外部系統的交互

挑戰二：測試策略的設計

另一個挑戰是如何設計有效的測試策略。我們需要確保能夠獨立測試每個層，同時也要能夠進行端到端的測試。

我們採用了分層測試策略：

  • 領域層：純粹的單元測試，不依賴任何外部系統
  • 應用層：使用模擬對象測試業務協調邏輯
  • 基礎設施層：集成測試，驗證與外部系統的交互
  • 端到端測試：驗證整個系統的行為

挑戰三：事件處理的設計

事件驅動架構帶來了一個新的挑戰：如何確保事件的正確處理和錯誤恢復。我們需要考慮事件的順序、重複處理、失敗重試等問題。

我們採用了簡單但有效的解決方案：使用同步事件處理，並在適配器層實現錯誤處理和重試邏輯。雖然這不是最複雜的解決方案，但它足夠滿足我們的需求，並且容易理解和維護。

架構帶來的實際好處

可維護性：清晰的職責分離

經過幾個月的開發和維護，我們發現這種架構確實帶來了顯著的好處。最明顯的是程式碼的可維護性：每個類都有明確的職責，修改一個功能不會影響其他功能。

例如，當我們需要修改用戶註冊的業務邏輯時，我們只需要修改領域層的 User 實體，而不需要擔心數據庫或電子郵件服務的變化。

可測試性：獨立的測試環境

測試變得更加容易和可靠。我們可以獨立測試每個組件，而不需要啟動整個應用程序。這大大提高了測試的執行速度和可靠性。

更重要的是，我們可以輕鬆地模擬外部依賴，專注於測試業務邏輯本身。這讓我們能夠快速發現和修復業務邏輯中的錯誤。

可擴展性：靈活的技術選擇

當我們需要添加新功能或更換技術實現時，這種架構的優勢更加明顯。例如，當我們決定從 H2 數據庫切換到 PostgreSQL 時，我們只需要實現一個新的適配器，而不需要修改任何業務邏輯。

同樣，當我們需要添加新的通知方式（如簡訊通知）時，我們只需要實現一個新的適配器，而不需要修改現有的業務邏輯。

實作過程中的寶貴經驗

經驗一：從簡單開始，逐步複雜化

我們從最簡單的實現開始，然後逐步添加複雜性。這讓我們能夠快速驗證架構的有效性，並在遇到問題時及時調整。

例如，我們首先實現了內存存儲的適配器，這讓我們能夠快速測試業務邏輯。然後我們逐步添加了 SQL 適配器、事件發布、電子郵件通知等功能。

經驗二：保持架構的純潔性

在實作過程中，我們經常面臨誘惑：為了快速解決問題而違反架構原則。例如，在控制器中直接訪問數據庫，或者在領域對象中直接發送電子郵件。

我們堅持了架構原則，這雖然在短期內增加了開發時間，但在長期內帶來了巨大的回報。程式碼變得更加清晰、可維護和可測試。

經驗三：持續重構和改進

架構不是一成不變的，它需要根據實際需求不斷調整和改進。我們定期回顧架構設計，識別問題並進行重構。

例如，我們發現某些業務邏輯過於複雜，於是將其提取到領域服務中。我們也發現某些適配器有重複的程式碼，於是創建了基礎類來減少重複。

與傳統架構的比較

傳統三層架構的局限性

在開始這個專案之前，我們使用過傳統的三層架構（表現層、業務層、數據層）。雖然這種架構簡單易懂，但它有一些明顯的局限性：

  • 業務邏輯往往分散在不同的層中，難以維護
  • 測試困難，需要啟動整個應用程序
  • 技術變更困難，往往需要修改多個層
  • 業務規則與技術實現混合，難以理解

DDD 和 Hexagonal Architecture 的優勢

相比之下，我們的新架構帶來了顯著的改進：

  • 業務邏輯集中在領域層，易於理解和維護
  • 每層都可以獨立測試，提高了測試效率
  • 技術實現可以輕鬆替換，不影響業務邏輯
  • 清晰的職責分離，降低了耦合度

對團隊開發的影響

知識共享和協作

這種架構也對團隊開發產生了積極的影響。新成員能夠快速理解系統的結構，因為每個組件都有明確的職責。

領域語言的使用讓技術人員和業務人員能夠更好地溝通。我們使用業務術語來命名類和方法，這讓程式碼更容易理解。

並行開發

清晰的架構邊界讓團隊成員能夠並行開發不同的功能。例如，一個人可以專注於領域邏輯，另一個人可以專注於 API 設計，第三個人可以專注於數據庫設計。

代碼審查

代碼審查變得更加有效，因為每個變更都有明確的範圍和影響。審查者可以專注於特定層的邏輯，而不需要理解整個系統。

未來發展和改進方向

微服務架構的準備

這種架構為未來的微服務拆分奠定了良好的基礎。每個領域都可以獨立演化，成為一個微服務。端口和適配器的設計讓服務之間的集成變得更加容易。

事件溯源的可能性

事件驅動架構為未來採用事件溯源模式提供了可能性。我們可以記錄所有領域事件，並使用這些事件來重建系統狀態。

持續改進

我們計劃繼續改進架構，包括：

  • 添加更完善的錯誤處理機制
  • 實現更複雜的事件處理邏輯
  • 優化性能，特別是數據庫查詢
  • 添加更多的監控和日誌記錄

結論：架構設計的價值

這個專案證明了 DDD 和 Hexagonal Architecture 不僅僅是理論概念，它們是實戰中的強大工具。通過清晰的架構設計，我們創建了一個可維護、可測試且具有適應性的系統。

更重要的是，這個過程教會了我們如何思考軟體架構。我們學會了從業務角度思考問題，而不是從技術角度。我們學會了如何設計可測試的系統，以及如何平衡複雜性和實用性。

給讀者的建議

如果您正在考慮採用 DDD 和 Hexagonal Architecture，我的建議是：

  1. 從簡單開始：選擇一個相對簡單的業務領域，逐步學習和實踐
  2. 保持耐心：這種架構需要時間來學習和掌握，不要期望立即看到所有好處
  3. 持續學習：架構設計是一個持續學習的過程，保持開放的心態
  4. 團隊協作：與團隊成員分享知識，建立共同的架構語言
  5. 實用主義：不要為了架構而架構，始終以解決實際問題為目標

行動呼籲

您是否已經在專案中應用了 DDD 或 Hexagonal Architecture？或者您正在考慮採用這些架構模式？請在評論中分享您的經驗和想法。讓我們一起學習和改進，創造更好的軟體架構。

專案下載

🔗 Github 專案連結：DDD-Hexagonal-Example

這個專案展示了架構設計在實戰中的價值。通過清晰的設計原則和持續的改進，我們創建了一個既實用又優雅的系統。這證明了好的架構不僅僅是技術選擇，更是思維方式的轉變。