lundi 2 novembre 2015

Persister un pur domain model : le pattern State-Interface

Dans le précédent article, nous avons vu comment mettre en place un compromis sur la conception objet afin d'obtenir rapidement de la persistance sur des applications dites "court terme". Nous allons maintenant aborder le pattern State-Interface qui permet la persistance de modèles du domaine parfaitement encapsulés, notamment dans le contexte d'applications plus importantes.

Sommaire


Le pattern State-Interface

Ce pattern est composé de 3 acteurs :
  • Un Domain Model : classe qui contient de la logique métier lié à un domaine
  • Un Persistent Model : classe responsable de la persistance des informations du domaine
  • Une interface IModelState représentant les états commun entre Domain Model et Persistent Model. Les états du domaine à persister.

Voici un petit schéma pour résumer les interactions de ces acteurs.


Le pattern State-Interface se décompose en 4 étapes :
  1. Déterminer les états du domaine à persister et en faire une interface IModelState
  2. Implémenter explicitement l'interface IModelState dans le Domain Model
  3. Implémenter normalement (implicitement) l'interface IModelState dans un Persistant Model
  4. Implémenter la copie d'information d'un IModelState à un autre IModelState


Adaptons l'exemple

Nous allons faire une nouvelle implémentation de notre exemple de commande de produits, en utilisant le pattern State-Interface. Nous utiliserons EntityFramework comme outil de persistance.

Dans un premier temps, nous devons définir les interfaces qui représentent les données à persister :
    public interface IOrderStates<TOrderLine> where TOrderLine : IOrderLineStates
    {
        Guid Id { get; set; }
        OrderStatus OrderStatus { get; set; }
        DateTime? SubmitDate { get; set; }
        double TotalCost { get; set; }
        IEnumerable<TOrderLine> Lines { get; set; }
    }
et
    public interface IOrderLineStates
    {
        Product Product { get; set; }
        int Quantity { get; set; }
        DateTime CreationDate { get; set; }
    }
Nous implémentons de manière explicite IOrderStates dans la classe Order. De cette manière, nous n'exposons pas au monde extérieur ses données :
    public class Order : IOrderStates<OrderLine>
    {
        Guid IOrderStates<OrderLine>.Id
        {
            get { return Id; }
            set { Id = value; }
        }
        OrderStatus IOrderStates<OrderLine>.OrderStatus
        {
            get { return _orderStatus; }
            set { _orderStatus = value; }
        }
        DateTime? IOrderStates<OrderLine>.SubmitDate
        {
            get { return SubmitDate; }
            set { SubmitDate = value; }
        }
        double IOrderStates<OrderLine>.TotalCost
        {
            get { return TotalCost; }
            set { TotalCost = value; }
        }
        IEnumerable<OrderLine> IOrderStates<OrderLine>.Lines
        {
            get { return _lines.ToArray(); }
            set { _lines = value.ToList(); }
        }
        
        // ...
    }
De même pour la classe OrderLine avec l'interface IOrderLineStates :
    public class OrderLine : IOrderLineStates
    {
        int IOrderLineStates.Quantity
        {
            get { return Quantity; }
            set { Quantity = value; }
        }
        DateTime IOrderLineStates.CreationDate
        {
            get { return _creationDate; }
            set { _creationDate = value; }
        }
        Product IOrderLineStates.Product
        {
            get { return Product; }
            set { Product = value; }
        }
        
        // ...
    }
Puis dans la classe OrderPersistantModel dédiée à la persistance, nous implémentons IOrderStates de manière classique :
    public class OrderPersistentModel : IOrderStates<OrderLinePersistentModel>
    {
        public IEnumerable<OrderLinePersistentModel> Lines { get; set; }
        public Guid Id { get; set; }
        public OrderStatus OrderStatus { get; set; }
        public DateTime? SubmitDate { get; set; }
        public double TotalCost { get; set; }
        public List<OrderLinePersistentModel> Lines { get; set; }
    }
De même pour la classe OrderLinePersistentModel avec l'interface IOrderLineStates 
    public class OrderLinePersistentModel : IOrderLineStates
    {
        public Product Product { get; set; }
        public int Quantity { get; set; }
        public DateTime CreationDate { get; set; }

        // EF properties
        public Guid OrderId { get; set; }
    }

Remarque: comme nous utilisons EntityFramework, nous devons ajouter un champs OrderId permettant de gérer la relation de la table OrderLine vers Order.

Nous pouvons maintenant, écrire le mapping EntityFramework directement sur les classes de persistance. Aucun problème ici car les propriétés sont toutes accessibles en lecture/écriture.

Mapping OrderPersistentModel:
    public class OrderMapping : EntityTypeConfiguration<OrderPersistentModel>
    {
        public OrderMapping()
        {
            this.ToTable("Order");
            this.HasKey(x => x.Id);
            this.Property(x => x.OrderStatus);
            this.Property(x => x.TotalCost);
            this.Property(x => x.SubmitDate);
            this.HasMany(x => x.Lines).WithRequired().HasForeignKey(x=>x.OrderId);
        }
    }

Mapping OrderLinePersistentModel:
    public class OrderLineMapping : EntityTypeConfiguration<OrderLinePersistendModel>
    {
        public OrderLineMapping()
        {
            this.ToTable("OrderLine");
            this.HasKey(x => new {x.OrderId, x.Product});
            this.Property(x => x.OrderId);
            this.Property(x => x.Product);
            this.Property(x => x.Quantity);
            this.Property(x => x.CreationDate);
        }
    }
Maintenant que nous avons déclarer nos classes de mappings, nous pouvons implémenter le repository de la classe Order :
    public class EntityFrameworkOrderRepository : IOrderRepository
    {
        private readonly IOrderMapper _orderMapper;

        public EntityFrameworkOrderRepository(IOrderMapper orderMapper)
        {
            _orderMapper = orderMapper;
        }

        public Order Get(Guid id)
        {
            using (var dataContext = new DataContext()) {
                var persistentModel = dataContext
                    .Set<OrderPersistentModel>()
                    .Include("Lines")
                    .FirstOrDefault(x => x.Id == id);

                if (persistentModel == null) {
                    return null;
                }
                return _orderMapper.ToDomainModel(persistentModel);
            }
        }

        public void Add(Order order)
        {
            var persistentModel = _orderMapper.ToPersistentModel(order);
            using (var dataContext = new DataContext()) {
                dataContext.Set<OrderPersistentModel>().Add(persistentModel);
                dataContext.SaveChanges();
            }
        }
    }
Vous avez surement remarqué le méthode ToDomainModel et ToPersistentModel de l'interface IOrderMapper. C'est la dernière étape qui consiste à convertir un Order vers un OrderPersistentModel et réciproquement. Même chose pour les concepts OrderLine et OrderLinePersistentModel. Ce qui nous intéresse ici est de copier les informations de l'interface IOrderStates et IOrderLineStates.

Pour cela, plusieurs solutions :
  • AutoMapper : petite librairie permettant de faire de la copie d'objets.
  • Copie à la main via une méthode d'extension sur l'interface IOrderStates et IOrderLineStates
Ce code technique n'est pas très intéressant. Si vous souhaitez en savoir plus, vous pouvez jeter un coup d’œil sur l'exemple complet (Cf fin de l'article).

Un très bon article de blog d'Aurélien Boudoux présente une manière de faire grâce à une interface IMergeableCopy qui utilise la reflection pour trouver les champs d'une interface à copier.


Critique de cette approche


Avantages :
  • La classe Order reste parfaitement encapsulée 
  • Il y a une séparation claire entre le modèle du domaine et le modèle de persistance (Domain model vs Persistant model) 
  • Les méta-données requises par les ORM pour permettre la persistance sont ajoutées dans les Persistent Models et ne polluent pas nos Domain Models.

Inconvénients :
  • Une interface est sensée représenter un comportement. L'utiliser pour masquer l'état interne d'un objet n'est pas très propre. 
  • Le code d'implémentation implicite n'est pas très lisible dans l'objet métier Order. 
  • Une partie de la stratégie repose sur une copie de données d'une interface à une autre, un code technique à peu de valeur ajoutée.


Conclusion

Ce pattern est particulièrement intéressant car il crée une nette séparation entre Domain Models et Persistent Models. Nous masquons ainsi les problématiques de persistance à nos objets métiers. Nous pouvons ainsi tisser un domaine métier complexe, à travers l’interaction de nombreuses classes purement concentrées l'expression du métier.

Cependant, l'implémentation explicite de l'interface est un code technique sans valeur ajoutée qui complexifie la lisibilité de notre domaine. De plus, si à chaque objet du domaine, nous devons lier un objet de persistance, nous pouvons rapidement obtenir un très grand nombre de classes à gérer.

Tout n'est pas parfait dans ce pattern, mais je vous recommande de le tester afin de forger votre propre point de vue.

En résumé : vous êtes libre de designer vos objets du domaine comme vous le souhaitez, ... tant que vous respecter les interfaces de données.


Code

Vous pouvez retrouver l'intégralité de l'exemple avec EntityFramework et Dapper sur Github ici : https://github.com/pierregillon/DomainModelPersistencePatterns/tree/master/Patterns/StateInterface


La suite

Une autre solution intéressante et qui se rapproche beaucoup du pattern State-Interface, se nomme le State-Shapshot. Une différence ? Plus d'implémentation explicite dans nos classes métiers !

Persister l'état interne d'un objet via le pattern State-Snapshot <<



Persister un pur domain model : compromis sur la conception objet

Comme nous l'avons vu dans l'article précédent, il est compliqué de persister un pur modèle du domaine, qui suit les principes de POO, SOLID, Tell don't ask. Quelles solutions permettent de répondre à ces besoins de bonne conception et de persistance ? La première solution simple consiste à faire un compromis sur la conception objet.


Sommaire


Un compromis

Dans beaucoup de cas, nous souhaitons faire une application simple. Quelques classes, quelques centaines de lignes de code, c'est tout. Il est souvent préférable de faire un compromis sur la conception objet et d'en exposer une partie des états internes afin d'en faciliter la persistance, via un ORM par exemple.

Tant que la complexité du domaine n'est pas importante, ce compromis peut faire gagner beaucoup de temps et reste "contrôlable".


Adaptons l'exemple

Nous allons faire une nouvelle implémentation de notre exemple de commande de produits, en utilisant un compromis sur la conception objet. Nous utiliserons EntityFramework comme outil de persistance.

Faire un compromis est très simple : exposer les états internes de notre Order, via des propriétés publiques accessibles en lecture et écriture (get/set en public). Voilà le résultat :

    public class Order
    {
        public Guid Id { get; set; }
        public OrderStatus OrderStatus { get; set; }
        public DateTime? SubmitDate { get; set; }
        public double TotalCost { get; set; }
        public List<OrderLine> Lines { get; set; }

        // ...
    }

Je n'ai pas repris le code métier qui est exactement identique à la précédente classe Order, (cf article d'introduction). Ce n'est pas le but ici.
Une fois les propriétés définies, nous pouvons persister la classe Order via EntityFramework, en déclarant un simple mapping :

    public class OrderMapping : EntityTypeConfiguration<Order>
    {
        public OrderMapping()
        {
            this.ToTable("Order");
            this.HasKey(x => x.Id);
            this.Property(x => x.OrderStatus);
            this.Property(x => x.TotalCost);
            this.Property(x => x.SubmitDate);
            this.HasMany(x => x.Lines).WithRequired().HasForeignKey(x=>x.OrderId);
        }
    }

Idem pour la sous-classe OrderLine : nous exposons ses états internes, via des propriétés publiques :

    public class OrderLine
    {
        public DateTime CreationDate { get; set; }
        public Product Product { get; set; }
        public int Quantity { get; set; }
        public Guid OrderId { get; set; }

        // ...
    }

Avec sa classe de mapping :

    public class OrderLineMapping : EntityTypeConfiguration<OrderLine>
    {
        public OrderLineMapping()
        {
            this.ToTable("OrderLine");
            this.HasKey(x => new {x.OrderId, x.Product});
            this.Property(x => x.OrderId);
            this.Property(x => x.Product);
            this.Property(x => x.Quantity);
            this.Property(x => x.CreationDate);
        }
    }

Une fois les mappings écrits, un repository de la classe Order s’implémente de la manière suivante :

    public class EntityFrameworkOrderRepository : IOrderRepository
    {
        public Order Get(Guid id)
        {
            using (var dataContext = new DataContext()) {
                return dataContext
                    .Set<Order>()
                    .Include("Lines")
                    .FirstOrDefault(x => x.Id == id);
            }
        }

        public void Add(Order order)
        {
            using (var dataContext = new DataContext()) {
                dataContext.Set<Order>().Add(order);
                dataContext.SaveChanges();
            }
        }
    }

EntityFramework fait ensuite le reste, il s'occupe de mapper les propriétés publiques directement dans les colonnes des tables appropriées.


Critique de cette approche

Cette solution est très simple et fonctionnelle. Nous pouvons désormais persister nos objets du domaine Order et OrderLine. Mais à quel prix ? Il est important d'en connaître les avantages et les inconvénients.

Avantages :
  • Simplicité d'implémentation = gain de temps
  • Un seul modèle pour la logique métier et la persistance : simplicité, pas de mapping vers d'autres modèles

Inconvénients :
  • Les états internes peuvent désormais être modifié depuis l'extérieur, sans évaluer les règles métiers définies dans les méthodes.
  • Notre modèle du domaine devient un modèle de persistance, couplé à la structure de la table Order.
  • Les méta-données requises par les ORM pour permettre la persistance sont ajoutées directement dans les modèles du domaine.

Conclusion

Pour certains puristes, ce compromis est une fausse solution. Je considère que cela dépend. De quoi ? Du contexte bien sûr.
Quand cette solution est adoptée de manière réfléchie, en toute connaissance de cause, et uniquement sur des projets de taille réduite, elle atteint ses objectifs sans nécessité de complexifier la stratégie de persistance.

Un prototype, un proof of concept, un début d'application, nous ne sommes pas obligé de commencer par un design de persistance avancé. Restons pragmatique. Le plus important est de bien concevoir son application, de la tester, afin d'adapter l'architecture au fur à mesure des nouveaux besoins. Tant que la complexité du domaine n'est pas importante, ce compromis peut faire gagner beaucoup de temps.

Malheureusement, aujourd'hui, cette solution est trop souvent systématisée, sans avoir conscience de ses gros inconvénients. J'ai travaillé avec plusieurs clients ayant conçus de bonnes architectures mais dont la couche d'infrastructure et de persistance n'ont pas été réfléchies. Des centaines de classes métiers se transforment en modèles anémiques (Anemic Domain Model Antipattern) et la logique métier se voit alors déportée dans des services ou même dans des méthodes d'extension ! Ce résultat est souvent provoqué par la mauvaise utilisation des ORMs, notamment EntityFramework pour le monde .NET.

Pour résumer, le compromis sur la conception objet pour permettre la persistance de modèles métiers,  est à utiliser, avec parcimonie ; principalement dans le cadre de petits projets avec un domaine métier à faible complexité.


Code

Vous pouvez retrouver l'intégralité de l'exemple avec EntityFramework et Dapper sur Github ici : https://github.com/pierregillon/DomainModelPersistencePatterns/tree/master/Patterns/Compromise


La suite

Fini, les solutions temporaires, place aux solutions de long terme. Le prochain article concernera le pattern State-Interface permettant d'extraire et de persister les états internes d'un objet en concervant une bonne encapsulation.

Persister un pur domain model : pas si simple !

En programmation orienté objet (POO), nous avons l'habitude de manipuler des objets qui représente des instances du monde réel. Nous essayons de les concevoir le plus fidèlement possible, afin de résoudre plus facilement les problématiques liées au métier dans lequel nous évoluons.

Comme un système ne s'exécute que pour une durée déterminée, il nous faut persister ces objets du domaine dans une structure de données afin de sauvegarder l'état général du système. Ainsi, à n'importe quel moment, nous pourrons restaurer le système dans l'état où nous l'avions laissé.

Avez-vous déjà conçu un modèle parfaitement encapsulé, puis été obligé de le corrompre afin de permettre sa persistance ? Comment éviter d'exposer les états internes de ses objets ?


Exemple de modèle bien encapsulé

Pour bien comprendre cette problématique, prenons un exemple simple. Nous nous y référerons tout au long de cet article. Soit un ensemble de classes permettant de commander des produits. Voici un petit schéma relationnel :



Un commande (Order) est composé de plusieurs lignes (OrderLine) qui définie chacune un produit (Product) avec une quantité. Un catalogue de prix (PriceCatalog) permet de trouver le prix d'un produit.

Par la suite, nous n'utiliseront que les termes anglais.

On peut définir l'objet métier Order sous forme d'une interface :

    public interface IOrder
    {
        Guid Id { get; }
        double TotalCost { get; }
        DateTime? SubmitDate { get; }

        void AddProduct(Product product, int quantity);
        void RemoveProduct(Product product);
        int GetQuantity(Product product);
        void Submit();
    }

Pour simplifier l'exemple en C#, nous considérerons que Product est un enum :

    public enum Product
    {
        Tshirt,
        Jacket,
        Computer,
        Shoes
    }

Nous considérerons aussi que le catalogue de prix est un simple dictionnaire en mémoire Product/Price. Les prix ne changent pas au cours du temps.

    public class PriceCatalog
    {
        private readonly Dictionary<Product, double> _prices = 
            new Dictionary<Product, double>
        {
            {Product.Tshirt, 3.00},
            {Product.Jacket, 200.50},
            {Product.Computer, 688.00},
            {Product.Shoes, 120.20},
        };

        public double GetPrice(Product product)
        {
            double price;
            if (_prices.TryGetValue(product, out price)) {
                return price;
            }
            return 0;
        }
    }

Quelques règles métiers sont implémentées :
  • L'ajout d'un produit nécessite une quantité valide (> 0)
  • L'ajout d'un produit déjà existant incrémente sa quantité
  • L'ajout, la suppression d'un produit et la soumission de la commande ne peuvent se faire que si la commande n'a pas déjà été soumise.
  • Le montant total est cohérent avec l'ensemble des produits ajoutés à la commande en fonction du catalogue.

Une implémentation de cette commande sans aucune notion de persistance peut se faire de la manière suivante :

    public class Order : IOrder
    {
        private readonly PriceCatalog _catalog = new PriceCatalog();
        private readonly List<OrderLine> _lines = new List<OrderLine>();

        private OrderStatus _orderStatus;

        public Guid Id { get; private set; }
        public DateTime? SubmitDate { get; private set; }
        public double TotalCost { get; private set; }

        // ----- Constructor
        public Order()
        {
            Id = Guid.NewGuid();
        }

        // ----- Public methods
        public void AddProduct(Product product, int quantity)
        {
            CheckIfDraft();
            CheckQuantity(quantity);

            var line = _lines.FirstOrDefault(x => x.Product == product);
            if (line == null) {
                _lines.Add(new OrderLine(product, quantity));
            }
            else {
                line.IncreaseQuantity(quantity);
            }

            ReCalculateTotalPrice();
        }
        public void RemoveProduct(Product product)
        {
            CheckIfDraft();

            var line = _lines.FirstOrDefault(x => x.Product == product);
            if (line != null) {
                _lines.Remove(line);
            }

            ReCalculateTotalPrice();
        }
        public int GetQuantity(Product product)
        {
            var line = _lines.FirstOrDefault(x => x.Product == product);
            if (line == null) {
                return 0;
            }
            return line.Quantity;
        }
        public void Submit()
        {
            CheckIfDraft();
            SubmitDate = DateTime.Now;
            _orderStatus = OrderStatus.Submitted;
        }

        // ----- Internal logic
        private void CheckIfDraft()
        {
            if (_orderStatus != OrderStatus.Draft)
                throw new OrderOperationException("The operation is only allowed if the order is in draft state.");
        }
        private void CheckQuantity(int quantity)
        {
            if (quantity < 0) {
                throw new OrderOperationException("Unable to add product with negative quantity.");
            }
            if (quantity == 0) {
                throw new OrderOperationException("Unable to add product with no quantity.");
            }
        }
        private void ReCalculateTotalPrice()
        {
            if (_lines.Count == 0) {
                TotalCost = 0;
            }
            TotalCost = _lines.Sum(x => _catalog.GetPrice(x.Product)*x.Quantity);
        }
    }

Ce que nous pouvons dire de cette implémentation de la classe Order :
  • Elle encapsule parfaitement ses états internes
  • Elle expose des méthodes pour effectuer des actions sur l'objet en tenant compte des règles métiers
  • Elle expose des propriétés publiques en lecture seule pour effectuer des requêtes.
Maintenant, nous souhaitons persister les instances de cette classe.


Et là ... problème ...

Que souhaitons-nous sauvegarder ?

Probablement les données internes de l'objet Order et de ses sous-objets OrderLine :
  • Id
  • OrderStatus
  • SubmitDate
  • TotalCost
  • OrderLines
    • OrderId
    • Product
    • Quantity
    • CreationDate

- " Et alors, quel est le problème ?"

Si nous voulons ajouter un objet Order dans une base relationnelle en utilisant par exemple EntityFramework, nous devons déclarer deux classes de mapping, une pour Order et une pour OrderLine :

    public class OrderMapping : EntityTypeConfiguration<Order>
    {
        public OrderMapping()
        {
            this.ToTable("Order");
            this.HasKey(x => x.Id);
            this.Property(x => x.OrderStatus);
            this.Property(x => x.TotalCost);
            this.Property(x => x.SubmitDate);
            this.HasMany(x => x.Lines).WithRequired().HasForeignKey(x=>x.OrderId);
        }
    }

    public class OrderLineMapping : EntityTypeConfiguration<OrderLine>
    {
        public OrderLineMapping()
        {
            this.ToTable("OrderLine");
            this.HasKey(x => new {x.OrderId, x.Product});
            this.Property(x => x.OrderId);
            this.Property(x => x.Product);
            this.Property(x => x.Quantity);
            this.Property(x => x.CreationDate);
        }
    }

Le problème est que toutes les propriétés des objets Order et OrderLine ne sont pas forcément accessibles. Par exemple, OrderStatus et la collection Lines de OrderLine de la classe Order sont des attributs privés. De même pour OrderId et CreationDate de la classe OrderLine. Nous ne pouvons donc pas lire les états de l'objet à persister.

Si nous remplaçons EntityFramework par un autre ORM (micro) comme Dapper, le problème reste le même. Par exemple :

    public class DapperOrderRepository : IOrderRepository
    {
        public void Add(Order order)
        {
            using (var connection = new SqlConnection(@"Server=localhost\\SQLEXPRESS;database=DomainModelPatterns.Compromise;")) {
                connection.Execute("INSERT INTO [dbo].[Order] (Id, OrderStatus, TotalCost, SubmitDate) " + 
                                   "VALUES (@Id, @OrderStatus, @TotalCost, @SubmitDate)", 
                new {
                    Id = order.Id,
                    OrderStatus = order.OrderStatus,
                    TotalCost = order.TotalCost,
                    SubmitDate = order.SubmitDate
                });

                connection.Execute("INSERT INTO [dbo].[OrderLine] (CreationDate, Product, Quantity, OrderId) " +
                                   "VALUES(@CreationDate, @Product, @Quantity, @OrderId)", 
                    order.Lines.Select(line=> new {
                        CreationDate = line.CreationDate,
                        Product = line.Product,
                        Quantity = line.Quantity,
                        OrderId = line.OrderId
                    }));
            }
        }
    }

Cette problématique est la même lors de la récupération des données depuis une structure quelconque : nous voulons injecter ces données lues dans l'objet. Or, même les propriétés publiques sont en lecture seule. Et ne parlons pas des champs privés, non visibles.

- " Bah, tu n'as qu'à mettre ces états en public et puis basta! "

Le problème que nous avons ici n'est pas d'ordre technique, mais plutôt d'ordre philosophique.
Si nous rendons les états de la classe Order, publiques, rien ne garantira que ses consommateurs interagiront avec les méthodes contenant les règles métiers ! L'objet pourrait donc devenir incohérent car modifier directement depuis les propriétés. Est-ce vraiment une bonne solution ?

Les instances des classes Order et OrderLine, définies plus haut, ne peuvent pas être persister telles quelles. Nous devons apporter des modifications à notre design pour permettre la persistance.


Pistes de réflexion

Cette problématique m'a beaucoup tracassé et j'ai longtemps réfléchi, parcouru de nombreux articles sur le web, expérimenté différentes approches ... De mes réflexions sont ressorties différentes solutions que j'aborderais dans les prochains articles.
  • Faire un compromis sur la conception objet
  • Le pattern State-Interface
  • Le pattern State-Snapshot
  • L'event sourcing


La suite

Étudions tout d'abord une solution de cours terme, pour des projets à petite échelle avec un domaine métier très simple.