清晰架构（Clean Architecture）的Go微服务: 程序设计

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。

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。