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整洁架构在前端的设计思想与应用实践

  • 2023-12-14 21:19:15
  • 阅读：310次

随着业务的发展，前端项目承载了越来越多的职责，也越来越复杂，简单通过 cli 生成的框架结构越来越无法满足。
面对前端项目复杂度的不断提升，我们开始思考前端的架构组织方式怎么才更合理？
应该如何设计良好的前端架构？
行业是否有比较好的优秀实践？
本文先从架构基本概念开始介绍，然后介绍整洁架构的概念和设计理念，最后结合整洁架构、 DDD 方法论，一起探讨整洁架构在前端的应用实践。

1、 为什么需要了解架构

对于每个软件系统，我们都可以通过行为和架构两个维度来体现它的实际价值。

行为是指系统实现的功能特性，一般是比较紧急的，需要按时上线。架构就是指系统架构，是重要的，但是并不总是特别紧急。因此导致我们常常忽视系统的架构价值，使得系统越来越难于理解、修改，导致系统功能迭代成本逐步上升，生产力逐步下降。

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如果你遇到了这个问题，就应该要了解架构了，思考当前系统架构是否合理。

那什么是架构呢？

架构的本质就是控制系统复杂度，其终极目标用最小的人力成本来满足构建和维护系统需求，同时最小化系统的总运营成本，确保系统不会因为增加功能而导致开发成本上升。

那如何来判断架构的优劣？

一个软件架构的优劣，可以用它满足用户需求所需要的成本来衡量。如果该成本很低，系统理解成本低、易于修改、方便维护，能轻松部署，并且在系统的整个生命周期内一直都能维持这样的低成本，那么这个系统的设计就是优良的。反之，如果该系统的每次发布都会提升下一次变更的成本，那么这个设计就是不好的。

这样的架构可以大大节省软件项目构建与维护的人力成本。让每次变更都短小简单，易于实施，并且避免缺陷，用最小的成本，最大程度地满足功能性和灵活性的要求。

那么良好的架构是怎么实现的呢？

良好的架构实现方式，一般都是通过模块化解耦、分层解耦，实现关注点分离，并通过一定的规则组织好不同模块、不同分层的关系，实现高内聚低耦合，从而控制系统的复杂度。

整洁架构就是其中一种经典架构，让你我不再为每次功能迭代而胆战心惊，那么接下来我们将介绍何为『整洁架构』，为什么说它是一个好的软件架构。

 

2、 整洁架构的定义

整洁架构（Clean Architecture）是一种软件架构设计原则，由罗伯特·C·马丁（Robert C. Martin）提出，它旨在使软件系统更加灵活、可维护和可测试。

主要特点如下：

  • 与框架无关： 无论是前端代码还是服务端代码，其逻辑本身都应该是独立的，不应该依赖于某一个第三方框架或工具库。比如不依赖 Vue.js、React 等框架。
  • 可测试性：代码中的业务逻辑可以在不依赖 ui、数据库、服务器的情况下进行测试。
  • 和 ui 无关：代码中的业务逻辑不应该和 ui 做强绑定。比如把一个 web 应用切换成桌面应用，业务逻辑不应该受到影响。
  • 和数据库无关：无论数据库用的是 mysql 还是 mongodb，无论其怎么变，都不该影响到业务逻辑。
  • 和外部服务无关：将业务逻辑置于系统的核心，无论外部服务怎么变，都不影响到使用该服务的业务逻辑。

一个优秀的软件架构师应该致力于最大化架构组件的可选项数量，可以低成本更换框架、数据库、外部服务等，接下来我们具体看下整洁架构的设计思想。

 

3、 整洁架构的设计

3.1、整洁架构的设计思想

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整洁架构除了以下至少四层架构外，在层与层之间还有一个非常明确的依赖关系，外层的逻辑依赖内层的逻辑 (图中黑色箭头指向)，但是内层的代码不可以依赖外层。

  • 实体层： 业务实体这一层中封装的是整个系统的关键业务逻辑。这些实体既可以是带方法的类，也可以是带有一堆函数的结构体。但它们必须是高度抽象的，封装了该应用中最通用、最高层的业务逻辑，只可以随着核心业务规则变化，不可以随着外层组件的变化而变化。例如，一个针对页面导航方式或者安全问题的修改不应该触及这些对象，一个针对应用在运行时的行为所做的变更也不应该影响业务实体。该层一般采用 DDD 的理念进行抽象、封装。
  • 用例层: 软件的用例层中通常包含的是特定应用场景下的业务逻辑，这里面封装并实现了整个系统的所有用例。该层控制所有流向和流出实体层的数据流，并使用核心的实体及其业务规则来完成业务需求。此层的变更不会影响实体层，更外层的变更，比如开发框架、数据库、UI 等变化，也不会影响此层。
  • 适配器层: 软件的接口适配器层中通常是一组数据转换器，它们负责将数据从对用例和业务实体而言最方便操作的格式，转化成外部系统（譬如数据库以及 Web）最方便操作的格式。反之，来自于外部服务的数据也会在这层转换为内层需要的结构，一般用于 ui 和接口的适配操作。
  • 框架和驱动层：由最外层由各种框架和工具组成，比如 Web 框架、数据库访问工具等。通常在这层不需要写太多代码，大多是一些用来跟内层通信的胶水代码。

了解了整洁结构的设计思想，那么它和其他经典的架构有什么区别呢？

3.2、整洁架构和其他架构对比

我们先了解下最常见的六边形架构和 DDD 分层架构。

3.2.1、六边形架构
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本图片来源《DDD 实战课》

其核心理念是：应用是通过端口与外部进行交互的 。也就是说，在上图的六边形架构中，红圈内的核心业务逻辑（应用程序和领域模型）与外部资源（包括 APP、Web 应用以及数据库资源等）完全隔离，仅通过适配器进行交互。

它解决了业务逻辑与用户界面的代码交错问题，很好地实现了前后端分离。

3.2.2、DDD 分层架构
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核心理念：领域驱动设计。领域模型准确反映了业务语言，而传统数据对象除了简单 setter/getter 方法外，没有任何业务方法

  • 用户界面层：负责向用户显示信息和解释用户指令，也是我们常说的 UI 层
  • 应用层：负责使用领域层提供的能力进行业务流程编排，实现对应功能
  • 领域层：领域模型/领域服务/和防腐层的接口定义，为应用层提供能力
  • 基础设施层：为其它各层提供通用的技术和基础服务，如数据持久化、消息中间件等

具体实践是一般第一步为自上而下结构化分解，如图：

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图片来自于张建飞《基于 DDD 的应用架构设计和实践》分享

第二步为自下而上的领域建模，从而完成功能的实现，如图

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图片来自于张建飞《基于 DDD 的应用架构设计和实践》分享

总结起来就是先把业务逻辑按结构化拆解，拆解为不同的步骤，然后调用领域层的能力进行逻辑编排实现对应功能。

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图片来自于张建飞《基于 DDD 的应用架构设计和实践》分享

3.2.3、对比分析
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本图片来源《DDD 实战课》

可以看到他们的共同点是：整洁架构、DDD 分层架构、六边形架构都是以领域模型为核心，实行分层架构，内部核心业务逻辑与外部应用、资源隔离并解耦。

事实上整洁架构恰恰是最后的集大成者，集合了 DDD 领域驱动的思想 + 分层架构的落地，具体可以如下架构发展历史图。

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图片来源于《领域驱动架构及其演变史（EBI、DDD、端口适配、洋葱、整洁）》

了解了整洁架构的优势，接下来我们重点介绍如何应用整洁架构

 

4、 如何应用整洁架构？

首先会借鉴 DDD 的思想进行业务分析、建模，形成业务的领域模型。

4.1 战略阶段：分析业务，建立领域模型

4.1.1 分析业务流程

DDD 中一般采用用例分析、事件风暴、四色建模等方法，尽可能全面不遗漏的分解业务领域，梳理业务过程中的用户操作、事件以及依赖关系，再根据这些要素进一步梳理出领域对象及他们之间的关系。

DDD 里说的这些业务分析方法在构建大型项目时非常有用，但在日常需求中会显得有点重。于是我们结合用例分析与事件风暴，沉淀出一套适合日常需求分析的方法论，内部称之为双轴泳道分析法。

下面以电商购物需求为例，介绍一下实施步骤：

  • 识别业务参与者

业务参与者，是指在业务流程中发起动作，触发状态改变的个体。业务参与者可以某个角色、某个系统、或者某个综合系统。

例如电商网站购物场景中，用户选品、下单、支付，电商网页负责呈现商品信息，提示用户操作结果，电商后台负责生成订单、记账。用户（角色）、电商网页（系统）、电商后台（系统）都是业务参与者，其概念类似用例分析里的 actor。

  • 分析参与者在不同阶段发生的动作及触发的状态

动作是指参与者发起的某个命令，比如创建订单、抽奖等，而状态是指动作发生后引起的状态变更，比如订单已创建，订单创建失败等，其概念类似事件风暴的命令和事件。

对电商购物场景分析结果如下：

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  • 使用双轴泳道图描述业务流程

泳道的横轴是业务参与者，纵轴是业务流程的不同阶段，通过双轴泳道图描述出各个参与者在不同阶段发生的动作、触发的状态。

在业务流程中，有些属于前端交互，有些属于动作，有些属于状态。动作和状态会用于后续的领域对象提取，我们需要将他们标注出来以便识别。

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4.1.2 提取领域对象

经过上述分析后，业务流程已经非常清晰。第二步，就是要根据分析过程中产生的动作和状态，提取出产生这些行为的对象，进一步识别出实体、值对象、聚合根。

  • 实体

业务形态上是包含业务规则的集合，具有唯一标识字段(id)。代码上通常以类/对象的形式存在，包含属性和方法。

  • 值对象

业务形态上是干个属性的集合，只有数据初始化操作和有限的不涉及修改数据的行为，不具有唯一标识(id)。代码上以类/对象的形式被实体引用。

  • 聚合根

聚合根是一个特殊实体，具备唯一标识（id)，有独立的生命周期。聚合根是聚合的唯一入口点，负责协调实体以及值对象完成业务逻辑。

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在以上例子中，将动作、状态归类后，可划分为用户、购物车、商品、订单、消费流水五个实体，收货地址可作为值对象。

4.1.3 划分界限，识别模块

根据上下文语义，寻找聚合根、划定界限，将实体进一步组合成聚合，一个聚合对应一个模块。

在本例子中：

  • 用户实体和购物车实体与用户强相关，分别管理用户基本信息和购物车信息，可以用户实体为聚合根，共同构成用户模块；
  • 订单实体、消费流水实体与下单强相关，可以订单实体为聚合更，共同构成下单模块；
  • 商品模块较独立，可单独构成商品模块。
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4.2 战术阶段：工程落地，搭建分层架构

通过战略阶段建立对应的领域模型后，在对应的工程实现上，应如何划分层呢？

4.2.1 分层实现

以前端工程为例，常规的 mvvm 前端工程的分层架构如下图，会在 store 层直接调用 api 层发起请求，然后再通过 mvvm 更新视图

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❌ 容易出现的问题：

  • 业务逻辑和 ui 强耦合，如果要更换 ui，改动成本大
  • 往往 store 层依赖框架的实现，业务逻辑易和框架强耦合，如果切换框架或升级框架，重构成本大。比如升级 vue 到 vue2，或 vue 切换到 react。

根据整洁架构思想，设计后的架构如下：

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在原有基础上拆分了实体层和用例层，并在用例层内通过端口的方式定义了依赖的端口方法，用来解耦框架和第三方服务的依赖。

目前很多前端实践里实体层是比较薄，有的只有类型定义，把逻辑封装到了用例层，但用例层的逻辑不适合更细粒度的复用，导致复用比较麻烦，这也不符合整洁架构对实体层的定义，整洁架构中期望实体这一层中封装的是整个系统的关键业务逻辑。

个人觉得应该视具体情况而定，逻辑简单的前端页面，用例层和实体层都比较简单，可以使用贫血的实体层；如果逻辑复杂的一定要把逻辑抽取到实体层，用例层使用实体层提供的能力进行功能串联，方便复用及后续维护。比如我们这边的下载逻辑就比较重，需要把相关逻辑封装在实体层。

比如购买这个用例里，需要判断是否登录，判断是否有库存，创建订单，支付等流程，每个流程应该使用的都是实体的能力，具体的逻辑封装在实体里，用例层核心是实现流程的串联。

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下面我们看下这样分层后的代码示例及数据流向是怎么样的？

以最常见的电商商品展示为示例，用户登录后查看商品详情，根据用户所在地展示商品库存。整个流程是这样的：进到页面 -> 检查登录态 -> 发起请求 -> 组装数据 -> 页面展示

实体层

关于实体层的设计有两个要点：

  • 使用充血模型来描述实体

充血模型指的是，实体内包含数据及常用行为，符合面向对象的封装性，是典型的面向对象编程风格。反之贫血模型指的是实体只包含数据，行为不封装在实体内，是一种面向过程的设计。

  • 结合具体场景，允许部分依赖实现

众所周知，DDD 中非常强调领域层的解耦，理论上领域层应该依赖抽象接口，不应该依赖具体实现。这种彻底解耦的方式的确能解决后续依赖项变更的问题，但在实际开发中，很多依赖项是我们可控的，可预知后续是不会变更的，这种情况下如果对所有依赖都要抽象出接口，那将会大大增加我们的工作量。因此我们提倡结合具体的场景，只对后续可能变化的依赖进行防腐，对于后续不会变化的依赖我们允许直接依赖实现。

本例子中，可拆分成用户、商品两个实体。

用户实体，主要提供用户常用的登录、登出、查询用户所在城市等方法。用户的登录态一般依赖 cookie，浏览器的 cookie 接口不大可能出现破坏性变更，因此在用户实体中，我们允许直接依赖 cookie 操作库，而查询用户城市依赖于用户服务提供接口，为防止后端接口变更，需要对用户服务进行防腐。

// 用户实体 ./shared/domain/entities/user.ts

import cookie from 'cookie';

export interface IUserService {
    getCity(id: string): Promise<City>;
}

export class User {
    // 用户Id
    public id: string;
    // 用户服务
    private userService: IUserService;

    constructor(id: string, name: string, userService: IUserService) {}

    // 检查用户是否登录
    public isLogin(): boolean {
        if (cookie.get('openid') && cookie.get('access_token')) {
            return true;
        }

        return false;
    }

    // 登录
    public login(): Promise<void> {
        if (!this.isLogin()) {
            goToURL('https://www.xxx.com/login');
        }
    }

    // 退出登录
    public logout(): Promise<void> {
        cookie.remove('openid');
        cookie.remove('access_token');
        goToURL('https://www.xxx.com/login');
    }

    // 获取用户所在城市
    public getCity(): Promise<City> {
        return this.userService.getCity(this.id);
    }
}

商品实体：提供查询商品详情方法，商品实体依赖后端的商品服务，为防止后端接口变更，需要进行防腐：

// 商品实体 ./shared/domain/entities/product.ts

export interface IProductService {
    getBaseInfoById(id: string): Promise<ProductBaseInfo>;
    getStockInfoByIdAndCity(id: string, city: City): Promise<ProductStockInfo>;
}

export class Product {
  // 商品Id
  public id: string;
  // 用户服务
  private productService: ProductService;

  constructor(id: string, name: string; productService: IProductService) {}

  // 获取商品详情
  public async getDetail() {
      // 获取商品基本信息和库存信息
      const baseInfo = await this.productService.getBaseInfoById(this.id);
      const stockInfo = await this.productService.getStockInfoById(this.id, city);
      // 组合详情数据
      const detail = {
          id: this.id,
          name: baseinfo.name,
          images: baseinfo.name,
          stockNum: stockInfo.num,
      };
      return detail;
  }

  // 根据地区获取库存信息
  public addToCart(num：number) {
      return this.productService.getStockInfoById(this.id, city);
  }
};

用例层

用例层主要充当“协调者”的角色，组合各个实体的操作，实现业务逻辑，这层的逻辑代码会“面向过程”。

本例子中，需要结合用户实体和商品实体，实现根据用户所在地获取商品库存信息

// 获取商品详情用例 ./shared/domain/usercases/get-product-detail.ts

import { User } from './shared/domain/entities/user.ts';
import { Product } from './shared/domain/entities/product.ts';
// 用户服务、产品服务的具体实现，见适配器层
import { UserService } from './server/services/user-service.ts';
import { ProductService } from './server/services/product-service.ts';

export async function getProductDetail(userId: string, productId: string) {
    // 示例化用户实体和商品实体，省略部分代码
    const user = new User(userId, UserService);
    const product = new Product(productId, ProductService);

    // 获取用户所在城市
    const city: City = await user.getCity();
    // 获取商品基本信息
    const productBaseInfo = await product.getBaseInfo();
    // 根据城市获取商品库存
    const productStockInfo = await product.getStockInfo(city);
    return {
        baseInfo: productBaseInfo,
        stockInfo: productStockInfo,
    };
}

适配器层

  • 包含 UI 框架的代码，及 store 相关的代码，如 vuex，通过更新 vuex 的数据更新视图
  • 调用第三方服务，并将其转化成用例层的端口格式
// 用户服务具体实现 ./server/services/user-service.ts
import { IUserService } from './shared/domain/entities/user.ts';

class UserService implements IUserService {
    getCity(userId: string): Promise<City> {
        // 通过后台接口获取用户所在城市
        const resp = get('https://api.xxx.com/queryUserCity', { userId });
        if (resp.ret !== 0) {
            throw new Error('查询用户所在城市失败');
        }

        return resp.data.city as City;
    }

}
// 商品服务具体实现 ./server/services/product-service.ts
import { IProductService } from './shared/domain/entities/product.ts';

class ProductService implements IProductService {
    getBaseInfoById(id: string): Promise<ProductBaseInfo> {
        // 调用后台商品服务接口，省略具体实现
    }
    getStockInfoByIdAndCity(id: string, city: City): Promise<ProductStockInfo> {
        // 调用后台商品服务接口，省略具体实现
    }
}
// 商品详情页 store ./client/store/product-store.ts
import { getProductDetial } from './shared/domain/usercases/get-product-detail.ts'

export default new Vuex.Store({
  state: {
    productDetail: ProductDetail,
  },
  mutations: {
    async getProductDetail(state) {
        // 用例已包含具体业务逻辑，这里直接调用用例方法
        state.productDetail = getProductDetial(userId, productId);
    },
  },
}
// 商品详情页 ./client/pages/product-detail.ts

import { defineComponent, ref, onMounted } from 'vue';

export defineComponent({
  name: 'ProudctDetailPage',
  setup() {

     onMounted(() => {
         setLoading(true);
         await store.getProductDetail();
         setLoading(false);
      });

    return () => (
      <div>
        <p> {{ store.productDetail.baseInfo }}</p>
        <p> {{ store.productDetail.stockInfo }}</p>
      </div>
    );
  },
});

框架和驱动层

  • 这里是用到的第三方服务、框架，如 vue、svelte 等

如以下伪代码

import vue from 'Vue'

vue.render(App);

整体数据流向图如下

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4.2.2 依据 SOLID 原则实现分层
  • S 单一职责原则
  • O 开闭原则
  • L 里氏替换原则
  • I 接口隔离原则
  • D 依赖倒置原则

PS: 😁 由于网上对 SOLID 原则有较多介绍，这里就不额外展开了，有兴趣的同学可查阅学习

4.3.3 架构及目录示例

基于此，我们采用整洁架构后目录结构如下，如下图所示

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img
  • 单独抽离领域层（包括实体层、用例层、防腐层）目录
  • 将 utils 工具进行拆解，无"副作用" 的 utils 移动至 shared 目录下，界面相关如 jump 存放到对应的 client 的 utils 下

5、总结

整洁架构不是"银弹"，在实践上存在以下优缺点：

✅ 优点：

  • 业务领域层逻辑更干净，业务逻辑可适配到不同的 UI 框架、对于同构的 SSR 服务也可以公用同一套业务逻辑
  • 职责边界更为明确，内层的业务逻辑可覆盖单元测试，ui 层则依赖 e2e 端对端测试覆盖

❌ 缺点：

  • 构建边界的成本较大，由于核心业务层无法直接引用外层 UI 的 store 和 api，需额外声明端口依赖，开发效率变低

所以说没有最好的架构，只有最适合自己团队和业务的架构。对于是否使用整洁架构，我们应考量项目复杂度、项目的生命周期，综合来衡量。对于业务逻辑简单、业务生命周期较短的项目，直接使用照搬整洁架构，会导致开发效率地变低；但是对于需要长期维护的复杂项目，如腾讯文档、vsCode 内核、低代码引擎等，就非常适合整洁架构，能大大降低系统的维护成本，并在前端技术快速变迁的情况下，非常方便后续对 UI 库、框架的升级改造。

期望大家在日常工作中除了关注系统的行为，多一些对架构的关注和思考，以提升系统的整洁性，让每次变更都短小简单，易于实施，并且避免缺陷，用最小的成本，最大程度地满足功能性和灵活性的要求。

最后感谢您的阅读，如果本文给你带来了一些启发，欢迎动动手指，一键三连，这是对笔者最大的支持和鼓励。

 

6、 参考文献

《整洁架构之道》书籍

《基于 DDD 的应用架构设计和实践》视频分享

DDD 实战课

领域驱动架构及其演变史（EBI、DDD、端口适配、洋葱、整洁）

 

作者：owen、avery、challen 等

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