Architektura Heksagonalna – projektowanie oprogramowania opartego na portach i adapterach

W szerokim świecie tworzenia oprogramowania architektura odgrywa kluczową rolę jako fundament każdej aplikacji. Decyzja dotycząca wyboru architektury ma fundamentalny wpływ na sposób projektowania, rozwijania i utrzymania systemu.

Ważnym aspektem, który trzeba uwzględnić, jest trudność zmiany architektury w trakcie realizacji projektu. Ryzyko wystąpienia problemów rośnie, a przekroczenie punktu, z którego nie ma powrotu, następuje szybko.

Tutaj właśnie pojawia się architektura heksagonalna, która ma na celu radzenie sobie z takimi wyzwaniami.

Definicja i historia architektury heksagonalnej

Architektura heksagonalna, znana także jako architektura portów i adapterów, została zaproponowana przez Alistaira Cockburna w 2005 roku. Jej główna idea zakłada, że aplikacje powinny być dostępne zarówno dla użytkowników, jak i dla programów, skryptów wsadowych czy testów automatycznych. Ważnym założeniem jest tworzenie i testowanie aplikacji w izolacji, bez bezpośrednich zależności od baz danych czy systemów operacyjnych.

Centralnym elementem tej architektury jest zasada izolacji logiki biznesowej aplikacji. Podobnie jak w projektowaniu zorientowanym na domenę (DDD), koncentruje się na znaczeniu domeny biznesowej, ale stanowi odrębną koncepcję, która może współgrać z DDD.

Zasady architektury heksagonalnej

Architektura heksagonalna opiera się na trzech głównych zasadach:

1. Izolacja logiki biznesowej: Logika biznesowa jest oddzielona od technicznych aspektów aplikacji. Architektura ta dzieli aplikację na trzy części: logikę biznesową (rdzeń), interfejs (elementy wywołujące aplikację) oraz infrastrukturę (elementy wywoływane przez aplikację).
2. Niezależność logiki biznesowej: W tej architekturze logika biznesowa pozostaje niezależna od reszty aplikacji. Interfejs i infrastruktura są zbudowane wokół rdzenia, a zależności są skierowane od zewnątrz do wewnątrz.
3. Porty i adaptery: Architektura heksagonalna wykorzystuje porty i adaptery do komunikacji między logiką biznesową a zewnętrznymi komponentami. Adaptery tłumaczą dane i funkcje między domeną biznesową a zewnętrznym światem technicznym, a porty definiują interfejsy do tej komunikacji.

Taka organizacja zapewnia, że zmiany technologiczne nie wpływają na logikę biznesową, minimalizując ryzyko błędów i ułatwiając testowanie.

Porównanie architektury heksagonalnej z innymi podejściami architektonicznymi

Architektura heksagonalna wyróżnia się na tle innych podejść, takich jak MVC i Clean Architecture.

Porównanie z MVC

Architektura Model-View-Controller (MVC) jest popularnym podejściem, które dzieli aplikację na trzy warstwy: model (logika biznesowa), widok (interfejs użytkownika) i kontroler (zarządzanie interakcjami). Jednak MVC może prowadzić do splątania logiki biznesowej z prezentacją. Z kolei architektura heksagonalna kładzie nacisk na całkowitą izolację logiki biznesowej od technicznych szczegółów, co pozwala na lepsze zarządzanie aplikacją.

Powiązanie z Domain-Driven Design (DDD)

Architektura heksagonalna i DDD podzielają podejście, które kładzie nacisk na logikę biznesową, jednak różnią się w zakresie zastosowania. DDD skupia się na głębokim zrozumieniu i modelowaniu domeny biznesowej, podczas gdy architektura heksagonalna dostarcza struktury do izolowania logiki biznesowej od infrastruktury i interfejsów.

Porównanie z czystą architekturą

Czysta architektura (Clean Architecture), zaproponowana przez Roberta C. Martina, również kładzie nacisk na oddzielenie logiki biznesowej od technicznych szczegółów, ale w bardziej zorganizowany sposób, z wyraźnymi warstwami. Architektura heksagonalna jest bardziej elastyczna, używając portów i adapterów do zarządzania interakcjami z zewnętrznymi systemami.

Podsumowanie

Architektura heksagonalna wyróżnia się dzięki skoncentrowaniu na logice biznesowej i wyraźnemu podziałowi obowiązków w aplikacji. Dzięki izolacji logiki biznesowej od technologii zewnętrznych, architektura ta może być wartościowym podejściem w projektach, które wymagają wysokiej skalowalności i adaptowalności, a także łatwości w testowaniu i utrzymaniu.

Zalety architektury heksagonalnej

Architektura heksagonalna posiada szereg zalet, które sprawiają, że jest ona chętnie wybierana w procesie tworzenia oprogramowania:

Zmniejszenie ryzyka regresji przy zmianach technicznych

Jedną z największych zalet architektury heksagonalnej jest jej zdolność do ograniczania ryzyka regresji funkcjonalnej podczas wprowadzania zmian technicznych. W przeciwieństwie do innych architektur, w których logika biznesowa jest ściśle powiązana z komponentami technicznymi, architektura heksagonalna utrzymuje logikę biznesową w odizolowanej przestrzeni (wewnątrz “heksagonu”). Dzięki temu, gdy konieczne jest modyfikowanie komponentów technicznych, takich jak bazy danych, systemy przechowywania czy inne usługi, sama logika biznesowa pozostaje nienaruszona. Taka izolacja zapewnia stabilność aplikacji i zmniejsza ryzyko wystąpienia problemów funkcjonalnych w wyniku zmian technicznych.

Łatwość dodawania nowych funkcji i modyfikowania istniejących

Dzięki wyraźnej separacji logiki biznesowej, architektura heksagonalna ułatwia wprowadzanie nowych funkcji oraz modyfikowanie już istniejących. Dzięki tej izolacji deweloperzy mogą dodawać nowe elementy do aplikacji bez zakłócania jej podstawowej funkcjonalności. Takie podejście promuje elastyczność i ułatwia skalowanie systemu, ponieważ zmiany nie mają wpływu na rdzeń aplikacji, co pozwala na dynamiczny rozwój bez obaw o destabilizację systemu.

Prostota testowania logiki biznesowej

Architektura heksagonalna znacznie upraszcza testowanie logiki biznesowej. Ponieważ logika ta jest odseparowana od innych komponentów aplikacji i nie posiada zewnętrznych zależności, testowanie staje się bardziej przewidywalne i mniej złożone. Takie podejście sprzyja praktykom takim jak Test-Driven Development (TDD) czy Behavior-Driven Development (BDD), które skupiają się na pisaniu testów przed implementacją funkcji. Dzięki temu łatwiej zapewnić wysoką jakość kodu i przewidywalność działania aplikacji.

Wsparcie dla BDD i DDD

Architektura heksagonalna naturalnie wspiera podejścia takie jak Behavior-Driven Development (BDD) oraz Domain-Driven Design (DDD). BDD koncentruje się na zachowaniu aplikacji z perspektywy użytkownika, a DDD na modelowaniu domeny biznesowej w kodzie. Dzięki jasnemu oddzieleniu logiki biznesowej i wspieraniu automatycznych testów, architektura heksagonalna ułatwia stosowanie tych podejść, co prowadzi do tworzenia bardziej zrozumiałych, stabilnych i skalowalnych systemów.

Podsumowanie zalet

Architektura heksagonalna, dzięki swojej zdolności do izolowania logiki biznesowej, ułatwia testowanie, rozwój i konserwację aplikacji. Dzięki temu podejściu systemy są bardziej elastyczne, skalowalne i odporne na zmiany, co czyni je idealnym wyborem dla projektów, które wymagają solidnej struktury opartej na logice biznesowej.

Ograniczenia i wady architektury heksagonalnej

Pomimo licznych zalet, architektura heksagonalna nie jest pozbawiona wad i ograniczeń. Zrozumienie tych aspektów jest kluczowe przy wyborze odpowiedniej architektury dla danego projektu.

Większa liczba pakietów i złożoność struktury projektu

Jedną z głównych wad architektury heksagonalnej jest zwiększona liczba pakietów i bardziej skomplikowana struktura projektu. W porównaniu do bardziej tradycyjnych architektur, takich jak monolit czy architektura 3-warstwowa, architektura heksagonalna wymaga bardziej złożonego podziału na pakiety i moduły. Ścisłe oddzielenie logiki biznesowej, interfejsów i infrastruktury skutkuje bardziej rozbudowaną organizacją plików, co może prowadzić do trudniejszego zarządzania projektem. Jednak odpowiednie zarządzanie konwencjami kodu i strukturą projektu może pomóc w złagodzeniu tej złożoności.

Potencjalna nieefektywność w prostszych projektach

Architektura heksagonalna jest najbardziej efektywna w kontekstach, gdzie logika biznesowa jest złożona, stabilna i wymaga częstych zmian technicznych. W prostszych przypadkach, gdzie aplikacja nie ma skomplikowanej logiki biznesowej lub jest stosunkowo stabilna, może się okazać, że architektura heksagonalna jest zbyt rozbudowana. W takich scenariuszach podejście to może być mniej wydajne, a alternatywne, bardziej lekkie architektury mogą okazać się bardziej odpowiednie.

Wnioski dotyczące ograniczeń

Przed wdrożeniem architektury heksagonalnej ważne jest dokładne przeanalizowanie potrzeb danego projektu. Należy rozważyć, czy zalety, takie jak łatwość testowania i dodawania nowych funkcji, przewyższają potencjalne wady, jak zwiększona złożoność struktury projektu. W niektórych przypadkach może się okazać, że bardziej tradycyjne lub uproszczone podejścia architektoniczne będą lepiej odpowiadać potrzebom zespołu i projektu.

Implementacja architektury heksagonalnej

Implementacja architektury heksagonalnej w projekcie wymaga przejścia przez kilka kluczowych kroków. Konkretne wdrożenie, takie jak aplikacja bankowa, może pomóc zrozumieć, jak ta architektura działa w praktyce.

Kroki implementacji architektury heksagonalnej

1. Zrozumienie domeny biznesowej: Pierwszym krokiem jest głębokie zrozumienie domeny biznesowej aplikacji. Zidentyfikuj aktorów, przypadki użycia i reguły biznesowe, które będą stanowić rdzeń aplikacji. Zrozumienie tych aspektów jest kluczowe dla prawidłowego wyizolowania logiki biznesowej od reszty systemu.
2. Utworzenie modelu biznesowego: Zaprojektuj model biznesowy, który jest niezależny od technologii. Ten model powinien reprezentować kluczowe koncepcje domeny biznesowej, takie jak jednostki, wartości i reguły. Ważne jest, aby model ten był stabilny i nie zależał od szczegółów technicznych.
3. Definiowanie portów i adapterów: Zidentyfikuj punkty interakcji między modelem biznesowym a resztą aplikacji. Utwórz interfejsy (porty), które definiują kontrakty dla tych interakcji. Adaptery są odpowiedzialne za implementację tych interfejsów, zapewniając izolację między logiką biznesową a technologią.
4. Implementacja interfejsów API i SPI: Podziel interfejsy na dwie kategorie: API (Application Provider Interface) dla komponentów, które muszą wywoływać model biznesowy (Drivers) oraz SPI (Service Provider Interface) do interakcji ze źródłami danych i infrastrukturą (Driven). Każdy interfejs powinien być wyraźnie zdefiniowany pod kątem swojej roli w logice biznesowej.
5. Opracowywanie logiki biznesowej: Zaimplementuj logikę biznesową w ramach modelu biznesowego. Kod tej części aplikacji powinien być całkowicie niezależny od szczegółów technicznych i źródeł danych. Można tu wykorzystać techniki takie jak inwersja kontroli (IoC), aby zachować niezależność modelu.
6. Tworzenie adapterów: Opracuj adaptery dla różnych komponentów interfejsu i infrastruktury. Adaptery te tłumaczą wywołania z portów API i SPI na konkretne operacje techniczne, np. zapis do bazy danych czy wywołanie usługi sieciowej. Adaptery pozwalają zachować stabilność logiki biznesowej mimo zmieniających się technologii.
7. Testowanie logiki biznesowej: Dzięki izolacji logiki biznesowej można ją testować niezależnie od źródeł danych lub prezentacji. Można tu wykorzystać atrapy (mocks) do symulacji interakcji z adapterami, co ułatwia testowanie jednostkowe i integracyjne.
8. Ciągła ewolucja: Wiedza domenowa i wymagania biznesowe mogą ewoluować w czasie. Ważne jest, aby model biznesowy nie był traktowany jako statyczny i uwzględniał możliwość wprowadzania zmian i rozwoju.

Przykład wdrożenia architektury heksagonalnej w konkretnym kontekście (aplikacja bankowa)

Aby zobrazować, jak wygląda implementacja architektury heksagonalnej, rozważmy przykład aplikacji bankowej, która zarządza operacjami takimi jak depozyty i wypłaty:

1. Model biznesowy: Model biznesowy może obejmować klasy reprezentujące konta bankowe, transakcje oraz związane z nimi reguły biznesowe (np. brak możliwości wypłaty większej kwoty niż saldo konta).
2. Interfejsy API: Definiują interfejsy API dla działań bankowych, takie jak „Wpłata pieniędzy na konto bankowe” i „Wypłata pieniędzy z konta bankowego”. Te interfejsy określają kontrakty dla działań, które mogą być wywoływane przez kontrolery sieciowe lub inne komponenty interakcji z użytkownikiem.
3. Interfejsy SPI: Opracowanie interfejsów SPI do pobierania danych konta bankowego i rejestrowania transakcji. Te interfejsy definiują sposób interakcji logiki biznesowej z infrastrukturą (np. bazą danych).
4. Logika biznesowa: Implementacja logiki biznesowej do zarządzania operacjami bankowymi. Logika ta sprawdza reguły biznesowe i aktualizuje model zgodnie z nimi (np. aktualizacja salda po wpłacie lub wypłacie).
5. Adaptery: Tworzenie adapterów dla prezentacji (np. kontrolery sieciowe dla REST API) oraz dla trwałości (np. warstwa dostępu do danych przy użyciu JPA lub innego frameworku ORM). Te adaptery tłumaczą wywołania z API na konkretne operacje na bazie danych.

Takie podejście pozwala na niezależne testowanie logiki biznesowej i zmniejsza ryzyko regresji funkcjonalnych podczas zmian technicznych.

Najlepsze praktyki i wskazówki we wdrożeniu architektury heksagonalnej

Wdrożenie architektury heksagonalnej wymaga starannego planowania i odpowiedniej implementacji. Oto kilka najlepszych praktyk i wskazówek, które pomogą w pełni wykorzystać to podejście architektoniczne:

Pytania przed wdrożeniem

1. Charakter aplikacji: Zastanów się nad złożonością aplikacji. Czy aplikacja ma skomplikowaną logikę biznesową? Jeśli tak, architektura heksagonalna może być odpowiednia. W przypadku prostych aplikacji jej korzyści mogą być ograniczone.
2. Stabilność reguł biznesowych: Określ, czy reguły biznesowe są stabilne czy też często się zmieniają. Architektura heksagonalna najlepiej sprawdza się w kontekstach, gdzie reguły biznesowe są stabilne, ponieważ minimalizuje ona wpływ zmian technicznych na logikę biznesową.
3. Potrzeba izolacji: Czy wymagana jest izolacja logiki biznesowej od szczegółów technicznych? Jeżeli stabilność logiki biznesowej jest kluczowa, architektura heksagonalna może być dobrym wyborem.

Zalecenia dotyczące udanej implementacji

1. Głębokie zrozumienie domeny biznesowej: Przed rozpoczęciem implementacji upewnij się, że dokładnie rozumiesz domenę biznesową. Określ kluczowych aktorów, przypadki użycia i reguły biznesowe, które będą kierować projektem.
2. Przejrzysty model biznesowy: Upewnij się, że model biznesowy jest niezależny od technologii i wiernie odzwierciedla koncepcje domeny biznesowej. Unikaj wprowadzania szczegółów technicznych do modelu.
3. Testowanie logiki biznesowej: Zainwestuj czas w testowanie logiki biznesowej. Dzięki izolacji tej części aplikacji, testy mogą być przeprowadzane niezależnie, co zwiększa niezawodność systemu.
4. Odpowiednia dokumentacja: Dobrze dokumentuj architekturę heksagonalną, w tym opisy interfejsów, adapterów i logiki biznesowej. Dobra dokumentacja ułatwia utrzymanie i rozwój aplikacji.

Zarządzanie zmianami i ewolucją modelu biznesowego

1. Elastyczność modelu biznesowego: Przygotuj się na to, że model biznesowy może wymagać zmian w miarę rozwoju aplikacji. Architektura heksagonalna ułatwia wprowadzanie takich zmian przy zachowaniu stabilności.
2. Zarządzanie wersjami: Zapewnij odpowiednie zarządzanie wersjami interfejsów API i SPI w miarę ewolucji aplikacji. To pozwoli na utrzymanie zgodności między różnymi wersjami systemu.
3. Stosowanie najlepszych praktyk: Bądź na bieżąco z najlepszymi praktykami rozwoju oprogramowania, takimi jak zasady SOLID, zarządzanie testami automatycznymi oraz stosowanie metodologii BDD (Behavior-Driven Development) i DDD (Domain-Driven Design).

Stosowanie tych najlepszych praktyk pomoże w pełnym wykorzystaniu potencjału architektury heksagonalnej, prowadząc do bardziej zrozumiałych, skalowalnych i łatwych w utrzymaniu aplikacji.

Podsumowanie

Architektura heksagonalna, znana również jako architektura portów i adapterów, oferuje podejście do tworzenia aplikacji, które izoluje logikę biznesową od szczegółów technicznych i źródeł danych. Oto kluczowe wnioski:

Zalety architektury heksagonalnej:

• Zmniejszenie ryzyka regresji funkcjonalnych: Oddzielenie logiki biznesowej od technologii sprawia, że modyfikacje techniczne są mniej ryzykowne.
• Łatwość dodawania nowych funkcji i modyfikowania istniejących: Dzięki modularnemu podejściu dodawanie nowych funkcji jest prostsze.
• Prostota testowania logiki biznesowej: Logika biznesowa jest izolowana, co umożliwia niezależne testowanie, niezależne od detali infrastruktury.
• Promocja podejść BDD i DDD: Architektura sprzyja praktykom Behavior-Driven Development (BDD) i Domain-Driven Design (DDD), co zwiększa spójność i jakość kodu.

Wady architektury heksagonalnej:

• Zwiększona liczba pakietów i złożoność struktury projektu: Więcej pakietów może prowadzić do większej złożoności, zwłaszcza w mniejszych projektach.
• Potencjalna nieefektywność w niektórych kontekstach: W prostych aplikacjach korzyści z architektury heksagonalnej mogą nie rekompensować jej złożoności.

Architektura heksagonalna kładzie nacisk na oddzielenie logiki biznesowej (wewnątrz “heksagonu”) od elementów technicznych (adapterów). Dzięki temu zmiany techniczne nie wpływają bezpośrednio na logikę biznesową, co zmniejsza ryzyko regresji funkcjonalnych i ułatwia rozwój aplikacji.

Architektura ta może być ściśle powiązana z projektowaniem zorientowanym na domenę (DDD), ale pozostaje niezależna. Wdrożenie architektury heksagonalnej obejmuje stworzenie niezależnego od technologii modelu biznesowego, jasnych interfejsów i adapterów do komunikacji z częściami technicznymi.

Największe korzyści z architektury heksagonalnej ujawniają się w kontekstach, w których logika biznesowa jest stabilna i złożona. Ostatecznie, architektura heksagonalna oferuje solidne podejście do tworzenia aplikacji, które są skalowalne, łatwe w utrzymaniu i zdolne do adaptacji do zmian technologicznych.