深入理解六邊形架構

六邊形架構或六角架構是Alistair Cockburn在2005年提出，解決了傳統的分層架構所帶來的問題，實際上它也是一種分層架構，只不過不是上下或左右，而是變成了內部和外部。在領域驅動設計（DDD）和微服務架構中都出現了六邊形架構的身影，在《實現領域驅動設計》一書中，作者將六邊形架構應用到領域驅動設計的實現，六邊形的內部代表了application和domain層，而在Chris Richardson對微服務架構模式的定義中，每個微服務使用六邊形架構設計，足見六邊形架構的重要性。那么讓我們一探究竟，它為何如此受青睞。

問題

傳統的分層架構具有廣泛的應用，例如經典的三層架構，把系統分為表示層、業務邏輯層、數據訪問層。在Martin Fowler的《企業應用架構模式》一書中做過深入闡述，本書04年出版，時至今日分層架構仍然是常用的設計方法，分層架構可以降低耦合、提高復用、分而治之，但同時也還是存在一些問題：

• 應用邏輯在不同層泄露，導致替換某一層變得困難、難以對核心邏輯完整測試：你是否有過困惑，代碼到底應該放在哪個層，雖然定義了各層的職責，但是總有人不嚴格遵循層次的分界，對於三層架構，常常會出現業務邏輯寫在了表示層，或者業務邏輯直接和數據訪問綁定。
• 傳統的分層架構是一維的結構，有時應用不光是上下的依賴，可能是多維的依賴，這時一維的結構就無法適應了。

架構說明

六邊形架構又稱為端口-適配器，這個名字更容器理解。六邊形架構將系統分為內部（內部六邊形）和外部，內部代表了應用的業務邏輯，外部代表應用的驅動邏輯、基礎設施或其他應用。內部通過端口和外部系統通信，端口代表了一定協議，以API呈現。一個端口可能對應多個外部系統，不同的外部系統需要使用不同的適配器，適配器負責對協議進行轉換。這樣就使得應用程序能夠以一致的方式被用戶、程序、自動化測試、批處理腳本所驅動，並且，可以在與實際運行的設備和數據庫相隔離的情況下開發和測試。

內涵

六邊形架構的重點體現在以下幾個方面：

• 關注點
  對於分層架構中層次的界定，Martin Fowler給出了一個判定的方法，就是如果把表示層換成其他實現，如果和原來的表示層有重復實現的內容，那么這部分內容就應該放到業務邏輯層。那么如何讓開發人員在系統設計過程中始終保持這種視角，傳統的分層架構是難以做到的。六邊形架構有一個明確的關注點，從一開始就強調把重心放在業務邏輯上，外部的驅動邏輯或被驅動邏輯存在可變性、可替換性，依賴具體技術細節。而業務邏輯相對更加穩定，體現應用的核心價值，需要被詳盡的測試。

• 外部可替換
  一個端口對應多個適配器，是對一類外部系統的歸納，它體現了對外部的抽象。應用通過端口為外界提供服務，這些端口需要被良好的設計和測試。內部不關心外部如何使用端口，從一開始就要假定外部使用者是可替換的。六邊形的六並沒有實質意義，只是為了留足夠的空間放置端口和適配器，一般端口數不會超過4個。適配器可以分為2類，“主”、“從”適配器，也可稱為“驅動者”和“被驅動者”。

• 自動測試
  在六邊形架構中，自動化測試和用戶具有同等的地位，在實現用戶界面的同時就需要考慮自動化測試。它們對應相同的端口。六邊形架構不僅讓自動化測試這件事情成為設計第一要素，同時自動化測試也保證應用邏輯不會泄露到用戶界面，在技術上保證了層次的分界。

• 依賴倒置
  六邊形架構必須遵循如下規則：內部相關的代碼不能泄露到外部。所謂的泄露是指不能出現內部依賴外部的情況，只能外部依賴內部，這樣才能保證外部是可以替換的。對於驅動者適配器，就是外部依賴內部的。但是對於被驅動者適配器，實際是內部依賴外部，這時需要使用依賴倒置，由驅動者適配器將被驅動者適配器注入到應用內部，這時端口的定義在應用內部，但是實現是由適配器實現。

代碼示例

https://github.com/zhongpan/hexagonal-architecture-sample

• app層

app.h

#pragma once

namespace app {
    class RateRepository {
    public:
        virtual double getRate(double amount) = 0;
    };
    
    class Discounter {
    public:
        Discounter(RateRepository* rateRepository)
        : _rateRepository(rateRepository) {}
        
        double discount(double amount);
        
    private:
        RateRepository* _rateRepository;
    };
     
}

app.cpp

#include "app.h"

namespace app {
    
    double Discounter::discount(double amount) {
        if (amount <= 0) return 0;
        double rate = _rateRepository->getRate(amount);
        return amount * rate;
    }
}

• 命令行adapter

cmd.cpp

#include "app.h"
#include "repo.h"
#include <iostream>

using namespace app;
using namespace repo;

int main(int argc, char* argv[]) {
    double amount = 0.0;
    std::cout << "please enter amount:";
    std::cin >> amount;
    MockRateRepository repo;
    Discounter app(&repo);
    std::cout << "discount is:" << app.discount(amount) << std::endl;
}

• 單元測試adapter

test.cpp

#define BOOST_TEST_MAIN
#include "app.h"
#include <boost/test/unit_test.hpp>
#include <boost/smart_ptr.hpp>
using namespace boost;

class MockConstRateRepository : public app::RateRepository {
public:
    MockConstRateRepository(double rate) : _rate(rate) {}
    double getRate(double amount) {
        return _rate;
    }
private:
    double _rate;
};

BOOST_AUTO_TEST_SUITE(s_discount)

BOOST_AUTO_TEST_CASE(t_discount)
{
    double RATE_0point01 = 0.01;
    MockConstRateRepository repo(RATE_0point01);
    app::Discounter app(&repo);
    BOOST_CHECK_EQUAL(app.discount(100), 100*RATE_0point01);
    BOOST_CHECK_EQUAL(app.discount(0), 0);
    BOOST_CHECK_EQUAL(app.discount(-100), 0);
}

BOOST_AUTO_TEST_SUITE_END()

• 持久化adapter

repo.h

#pragma once
#include "app.h"

namespace repo {
    class MockRateRepository : public app::RateRepository {
    public:
        double getRate(double amount);
    };
}

repo.cpp

#include "repo.h"

namespace repo {
    double MockRateRepository::getRate(double amount) {
        if (amount <= 100) return 0.01;
        if (amount <= 1000) return 0.02;
        return 0.05;
    }
}