01|领域驱动设计到底在讲什么?
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你好,我是徐昊。今天我们来聊聊领域驱动设计(Domain Driven Design,即 DDD)。
说起业务建模,领域驱动设计是一个绕不过去的话题。自从 Eric Evans 在千禧年后发布他的名著“Domain Driven Design:Tackling the Complexity in the Heart of Software”,领域驱动设计这一理念迅速被行业采纳,时至今日仍是绝大多数人进行业务建模的首要方法。
有意思的是,可能因为成书年代过于久远,大多数人并没有读过 Eric 的书,而是凭直觉本能地接受了领域驱动这一说法,或是在实践中跟随周围的实践者学习使用它。但是对于 Eric 到底在倡导一种什么样的做法并不了然。
所以今天这节课,我们要回顾一下领域驱动设计的要点和大致做法,从而可以更好地理解 DDD 从何处而来,以及 DDD 在其创始人的构想中是如何操作的。
领域模型对于业务系统是更好的选择
我们都知道,软件开发的核心难度在于处理隐藏在业务知识中的复杂度,那么模型就是对这种复杂度的简化与精炼。所以从某种意义上说,Eric 倡导的领域驱动设计是一种模型驱动的设计方法:通过领域模型(Domain Model)捕捉领域知识,使用领域模型构造更易维护的软件。
模型在领域驱动设计中,其实主要有三个用途:
- 通过模型反映软件实现(Implementation)的结构;
- 以模型为基础形成团队的统一语言(Ubiquitous Language);
- 把模型作为精粹的知识,以用于传递。
这样做的好处是显而易见的:
- 理解了模型,你就会大致理解代码的结构;
- 在讨论需求的时候,研发人员可以很容易明白需要改动的代码,并对风险与进度有更好的评估;
- 模型比代码更简洁,毕竟模型是抽象出来的,因而有更低的传递成本。
模型驱动本身并不是什么新方法,像被所有人都视为编程基本功的数据结构,其实也是一系列的模型。我们都知道有一个著名的公式“程序 = 算法 + 数据结构”,实际上这也是一种模型驱动的思路,指的是从数据结构出发构造模型以描述问题,再通过算法解决问题。
在软件行业发展的早期,堆、栈、链表、树、图等与领域无关的模型,确实帮我们解决了从编译器、内存管理到数据库索引等大量的基础问题。因此,无数的成功案例让从业人员形成了一种习惯:将问题转化为与具体领域无关的数据结构,即构造与具体领域无关的模型。
而领域驱动则是对这种习惯的挑战,它实际讲的是:对于业务软件而言,从业务出发去构造与业务强相关的模型,是一种更好的选择。那么模型是从业务出发还是与领域无关,关键差异体现在人,而不是机器对模型的使用上。
构造操作系统、数据库等基础软件的团队,通常都有深厚的开发背景,对于他们而言,数据结构是一种常识。更重要的是,这种常识并不仅仅体现在对数据结构本身的理解上(如果仅仅是结构那还不能算难以理解),还体现在与数据结构配合的算法,这些算法产生的行为,以及这些行为能解决什么问题。
比如树(Tree)这种非常有用的数据结构,它可以配合深度优先(Depth-First)、广度优先(Breadth-First)遍历,产生不同的行为模式。那么当开发人员谈论树的时候,它们不仅仅指代这种数据结构,还暗指了背后可能存在的算法与行为模式,以及这种行为与我们当前要解决的业务功能上存在什么样的关联。
但是,如果我们构造的是业务系统,那么团队中就会引入并不具有开发背景的业务方参与。那么这个时候,与领域无关的数据结构及其关联算法,由于业务方并不了解,那么在他们的头脑中也就无法直观地映射为业务的流程和功能。这种认知上的差异,会造成团队沟通的困难,从而破坏统一语言的形成,加剧知识传递的难度。
于是在业务系统中,构造一种专用的模型(领域模型),将相关的业务流程与功能转化成模型的行为,就能避免开发人员与业务方的认知差异。这也是为什么我们讲,领域模型对于业务系统是一种更好的选择。
或许在今天看起来,这种选择是天经地义的。但事实是,这一理念的转变开始于面向对象技术的出现,而最终的完成,则是以行业对 DDD 的采纳作为标志的。
不同于软件行业对数据结构的长时间研究与积累,在不同的领域中该使用什么样的领域模型,其实并没有一个现成的做法。因而在 DDD 中,Eric Evans 提倡了一种叫做知识消化(Knowledge Crunching)的方法帮助我们去提炼领域模型。这么多年过去了,也产生了很多新的提炼领域模型的方法,但它们在宏观上仍然遵从知识消化的步骤。
知识消化的五个步骤
知识消化法具体来说有五个步骤,分别是:
- 关联模型与软件实现;
- 基于模型提取统一语言;
- 开发富含知识的模型;
- 精炼模型;
- 头脑风暴与试验。
在知识消化的五步中,关联模型与软件实现,是知识消化可以顺利进行的前提与基础。它将模型与代码统一在一起,使得对模型的修改,就等同于对代码的修改。
而根据模型提取统一语言,则会将业务方变成模型的使用者。那么通过统一语言进行需求讨论,实际就是通过模型对需求进行讨论。
后面三步呢,构成了一个提炼知识的循环:通过统一语言讨论需求;发现模型中的缺失或者不恰当的概念,精炼模型以反映业务的实践情况;对模型的修改引发了统一语言的改变,再以试验和头脑风暴的态度,使用新的语言以验证模型的准确。
如此循环往复,不断完善模型与统一语言。因其整体流程与重构(Refactoring)类似,也有人称之为重构循环。示意图如下:
说句题外话,目前很多人把 Knowledge Crunching 翻译为“知识消化”。不过在我看来,应该直译为“知识吧唧嘴”更好些,Crunching 就是吃薯片时发出的那种难以忽略的咔嚓咔嚓声。
你看,Knowledge Crunching 是一个如此有画面感的词汇,这就意味着当我们获取领域知识的时候,要大声地、引人注意地去获得反馈,哪怕这个反馈是负面的。
而且如果我们把它叫做“知识吧唧嘴”,我们很容易就能从宏观上理解 Knowledge Crunching 的含义了:吸收知识、接听反馈——正如你吃薯片时在吧唧嘴一样。
好了,言归正传,通过以上的分析,我们其实可以把“知识消化”这五步总结为**“两关联一循环”**:
- “两关联”即:模型与软件实现关联;统一语言与模型关联;
- “一循环”即:提炼知识的循环。
今天我们先介绍模型与软件实现关联。后面两节课,再关注统一语言与提炼知识的循环。
模型与软件实现关联
我们已经知道,领域驱动设计是一种模型驱动的设计方法。那么很自然地,我们可以得到这样一个结论:
- 模型的好坏直接影响了软件的实现;
- 模型的好坏直接影响了统一语言;
- 模型的好坏直接影响了传递效率与成本。
但 Eric Evans 在知识消化中并没有强调模型的好坏,反而非常强调模型与软件实现间的关联,这是一种极度违反直觉的说法。
这种反直觉的选择,背后的原因有两个:一是知识消化所倡导的方法,它本质上是一种迭代改进的试错法;第二则是一些历史原因。
所谓迭代改进试错法,就是不求一步到位,但求一次比一次好。正如我们刚才总结的,知识消化是“两关联一循环”。通过提炼知识的循环,技术方与业务方在不断地交流与反馈中,逐步完成对模型的淬炼。
无论起点多么低,只要能够持续改进,总有一天会有好结果的。而能够支撑持续改进基础的,则是实现方式与模型方式的一致。所以比起模型的好坏(总是会改好的),关联模型与软件实现就变得更为重要了。
历史原因则有两点:一是因为在当时,领域模型通常被认为是一种分析模型(Analysis Model),用以定义问题的,而无需与实现相关。这样做的坏处呢,我们下面再细讲。
二是因为当时处在面向对象技术大规模普及的前夕,由于行业对面向对象技术的应用不够成熟,将模型与实现关联需要付出额外的巨大成本,因而通常会选择一个相对容易、但与模型无关联的实现方式。这个相对容易的方式,往往是过程式的编程风格。
而与模型关联的实现方法,也就是被称作“富含知识的模型(Knowledge Rich Model)”,是一种面向对象的编程风格。因此,我们强调模型与实现关联,实际上也就在变相强调面向对象技术在表达领域模型上的优势。接下来我们具体分析。
从贫血模型到富含知识的模型
在 DDD 出版的年代,Hibernate(一种 Object Relationship Mapping 框架,可以将对象模型与其存储模型映射,从而以对象的角度去操作存储)还是个新鲜事物。大量的业务逻辑实际存在于数据访问对象中,或者干脆还在存储过程(Store Procedure)里。
如果把时光倒回到 2003 年前后,程序的“常规”写法和 DDD 提倡的关联模型与实现的写法,在逻辑组织上还是有显而易见的差异的。
我们现在考虑一个简单的例子,比如极客时间的用户订阅专栏。我们很容易在头脑中建立起它的模型:
在 ORM 流行起来之前的 2003 年(当然那时候没有 try-close 语法),如下的代码并不是不可接受:
class UserDAO {
…
public User find(long id) {
try(PreparedStatement query = connection.createStatement(…)) {
ResultSet result = query.executeQuery(….);
if (rs.next)
return new User(rs.getLong(1), rs.getString(2), ….);
….
} catch(SQLException e) {
…
}
}
}
class SubscriptionDAO {
…
// 根据用户 Id 寻找其所订阅的专栏
public List
…
}
// 根据用户 Id,计算其所订阅的专栏的总价
public double calculateTotalSubscriptionFee(long userId) {
…
}
}
这样的实现方式就是被我司首席科学家 Martin Fowler 称作**“贫血对象模型”**(Anemic Model)的实现风格,即:**对象仅仅对简单的数据进行封装,而关联关系和业务计算都散落在对象的范围之内。**这种方式实际上是在沿用过程式的风格组织逻辑,而没有发挥面向对象技术的优势。
与之相对的则是“充血模型”,也就是与某个概念相关的主要行为与逻辑,都被封装到了对应的领域对象中。“充血模型”也就是 DDD 中强调的**“富含知识的模型"**。不过作为经历那个时代的程序员,以及 Martin Fowler 的同事来说,“充血模型”是我更习惯的一个叫法。
Eric 在 DDD 中总结了构造“富含知识的模型”的一些关键元素:实体(Entity)与值对象(Value Object)对照、通过聚合(Aggregation)关系管理生命周期等等。按照 DDD 的建议,刚才那段代码可以被改写为:
class User {
// 获取用户订阅的所有专栏
public List
…
}
// 计算所订阅的专栏的总价
public double getTotalSubscriptionFee() {
…
}
}
class UserRepository {
…
public User findById(long id) {
…
}
}
从这段代码很容易就可以看出:User(用户)是聚合根(Aggregation Root);Subscription(订阅)是无法独立于用户存在的,而是被聚合到用户对象中。
通过聚合关系表达业务概念
不同于第一段代码中单纯的数据封装,改写后这段代码里的 User,具有更多的逻辑。Subscription 的生命周期被 User 管理,无法脱离 User 的上下文独立存在,我们也无法构造一个没有 User 的 Subscription 对象。
而在之前的代码示例中,我们其实可以很容易地脱离 User,直接从数据库中查询出 Subscription 对象(通过调用 findSubscriptionsByUserId)。所有与 Subscription 相关的计算,其实也被封装在 User 上下文中。
这样做有什么好处呢?首先我们需要明白,在建模中,聚合关系代表了什么含义,然后才能看出“贫血模型”与“富含知识的模型”的差异。我们还是以极客时间的专栏为例。
为了表示用户订阅了某个专栏,我们需要同时使用“用户”与“订阅”两个概念。因为一旦脱离了“订阅”,“用户”只能单纯地表示用户个人的信息;而脱离了“用户”,“订阅”也只能表示专栏信息。那么只有两个放在一起,才能表达我们需要的含义:用户订阅的专栏。
也就是说,在我们的概念里,与业务概念对应的不仅仅是单个对象。**通过关联关系连接的一组对象,也可以表示业务概念,而一部分业务逻辑也只对这样的一组对象起效。**但是在所有的关联关系中,聚合是最重要的一类。它表明了通过聚合关系连接在一起的对象,从概念上讲是一个整体。
以此来看,当我们在这个例子里,谈到 User 是 Subscription 的聚合根时,实际上我们想说的是,在表达“用户订阅的专栏”时,User 与 Subscription 是一个整体。如果将它们拆分,则无法表示这个概念了。同样,计算订阅专栏的总价,也只是适用于这个整体的逻辑,而不是 Subscription 或 User 独有的逻辑。
总结来说,我们无法构造一个没有 User 的 Subscription 对象,也就是说这种概念在软件实现上的映射,比起“贫血模型”的实现方式,“富含知识的模型”将我们头脑中的模型与软件实现完全对应在一起了——无论是结构还是行为。
这显然简化了理解代码的难度。只要我们在概念上理解了模型,就会大致理解代码的实现方法与结构。同样,也简化了我们实现业务逻辑的难度。通过模型可以解说的业务逻辑,大致也知道如何使用“富含知识的模型”在代码中实现它。
修改模型就是修改代码
关联模型与软件实现,最终的目的是为了达到这样一种状态:修改模型就是修改代码;修改代码就是修改模型。
在知识消化中,提炼知识的重构是围绕模型展开的。如果对于模型的修改,无法直接映射到软件的实现上(比如采用贫血模型),那么凝练知识的重构循环就必须停下来,等待这个同步的过程。
如果不停下来等待,模型与软件间的割裂,就会将模型本身分裂为更接近业务的分析模型,以及更接近实现的设计模型(Design Model)。这个时候,分析模型就会逐渐退化成纯粹的沟通需求的工具,而一旦脱离了实现的约束,分析模型会变得天马行空,不着边际。如下所示,分析模型参与需求,设计模型关联实现:
事实上,这套做法在上世纪 90 年代就被无数案例证明难以成功,于是才在 21 世纪初有了模型驱动架构(Model-Driven Architecture)、领域驱动设计等一系列使用统一模型的方法。那么,在模型割裂的情况下,统一语言与提炼知识循环也就不会发生了,所以我们才必须将模型与软件实现关联在一起,这也是为什么我们称它是知识消化的基础与前提。
你或许会有疑惑,“富含知识的模型”的代码貌似就是我们平常写的代码啊!是的,随着不同模式的 ORM 在 21 世纪初期相继成熟,以及面向对象技术大规模普及,将领域模型与软件实现关联,在技术上已经没有多大难度了。虽然寻找恰当的聚合边界仍然是充满挑战的一件事,但总体而言,我们对这样的实现方式并不陌生了。
由此我们可以更好地理解,DDD 并不是一种编码技术,或是一种特定的编码风格。有很多人曾这样问我:怎么才能写得 DDD 一点?
我一般都会告诉他,只要模型与软件实现关联了,就够了。
毕竟“DDD 的编码”的主要目的是不影响反馈的效率,保证凝练知识的重构循环可以高效地进行。如果不配合统一语言与提炼知识循环,那么它就只是诸多编码风格之一,难言好坏。
而如果想“更加 DDD”的话,则应该更加关注统一语言与提炼知识循环,特别是提炼知识循环。事实上,它才是 DDD 的核心过程,也是 DDD 真正发挥作用的地方。
小结
领域驱动设计是一种领域模型驱动的设计方法,它强调了在业务系统中应该使用与问题领域相关的模型,而不是用通用的数据结构去描述问题。这一点已被行业广泛采纳。
Eric Evans 提倡的知识消化,总结起来是“两关联一循环”:模型与软件实现关联;统一语言与模型关联;提炼知识的循环。
知识消化是一种迭代改进试错法,它并不追求模型的好坏,而是通过迭代反馈的方式逐渐提高模型的有效性。这个过程的前提是将模型与软件实现关联在一起。
这种做法在 21 世纪初颇有难度,不过随着工具与框架的成熟,也成为了行业熟知的一种做法。于是,通过迭代反馈凝练知识就变成了实施 DDD 的重点。
不过,在进入这部分之前,我们还要看看如何将统一语言与模型关联起来,这个我们下节课再深入讨论。
思考题
既然领域驱动设计是一种模型驱动的设计方法,为什么不能让业务方直接去使用模型,而要通过统一语言?这是不是有点多余?
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文章作者 anonymous
上次更新 2024-02-12