清晰架构（Clean Architecture）的Go微服务: 程序设计

我使用Go和gRPC建立了一个微服务，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做中作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。 在每一个顶级包（模型除外）中只有一个以该包命名的文件。 该文件为每一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中得到了部分业务逻辑思路。 有三个用例“registration”，“listUser”和“listCourse”。 每一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一样，它们的建立是为了说明设计理念。 如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”函数将经过此接口调用“用例”，该接口仅依赖于模型层。

如下是“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）建立，并经过依赖注入到每一个函数中。 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经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
}

一般一个用例能够具备一个或多个功能。 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，而后检查用户是否还没有注册，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
}

如下是“UserDataInterface”中MySql实现“insert”功能的代码。 这里我使用“gdbc.SqlGdbc”接口做为数据库处理程序的封装以支持事务。 “gdbc.SqlGdbc”接口的具体实现能够是sql.DB（不支持事务）或sql.Tx（支持事务）。 经过“UserDataSql”结构传入函数做为接收者，使“Insert（）”函数对事务变得透明。 在“insert”函数中，它首先从“UserDataSql”获取数据库连接，而后建立预处理语句（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
}

若是须要支持不一样的数据库，则每一个数据库都须要一个单独的实现。 我将在另外一篇文章“事务管理³中会详细解释。

域模型（Model）:

模型是惟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。 根据个人经验，因为延迟加载或其余缘由，在执行用例时，大多数状况下域模型中的数据未彻底加载，所以“用例”须要调用数据服务 从数据库加载数据。 因为域模型不能调用数据服务，所以业务逻辑必须是在“用例”层。

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天然的，模型层应该是应用程序中的最低层，由于其余层都依赖它。校验规则一般只涉及低级别操做，所以不该致使任何依赖问题。此应用程序中使用的校验库是ozzo-validation⁴。它是基于接口的，减小了对代码的干扰。请参阅GoLang中的输入验证⁵来比较不一样的校验库。一个问题是“ozzo”依赖于“database/sql”包，由于支持SQL校验，这搞砸了依赖关系。未来若是出现依赖问题，咱们可能须要切换到不一样的库或删除库中的“sql”依赖项。

你可能会问为何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？由于业务逻辑一般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，所以必须在“用例”层中。另外一方面，校验逻辑一般依赖于模型的一个实例，所以能够将其放入模型中。若是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）的另外一项。 根据清晰架构（Clean Architecture）¹，“一般跨越边界的数据是简单的数据结构。 若是你愿意，可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。 若是业务逻辑很是复杂，那么拥有一个单独的DTO可能会有一些好处，那时我不介意建立它们，但如今不须要。

格式转换

跨越服务边界时，咱们确实须要拥有不一样的域模型。 例如本应用程序也做为gRPC微服务发布。 在服务器端，咱们使用本程序域模型; 在客户端，咱们使用gRPC域模型，它们的类型是不一样的，所以须要进行格式转换。

// 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，彷佛应该让域模型“User”具备方法“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。 所以，最好建立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。 正由于如此，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”。 可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; 另外一个是我没有数据传输对象(DTO)，而是使用域模型在不一样层之间进行共享数据。

源程序:

完整的源程序连接 github。

索引:

[1]The Clean Code Blog

[2]Clean Architecture in Go

[3] Go Microservice with Clean Architecture: Transaction Support

[4]ozzo-validation

[5] Input validation in GoLang

不堆砌术语，不罗列架构，不迷信权威，不盲从流行，坚持独立思考