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# 10 | 代码现代化 ：代码的分层重构
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你好，我是姚琪琳。
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上节课，我带你学习了重构遗留代码的倚天剑和屠龙刀，也就是**拆分阶段**和**方法对象。**面对遗留代码，它们是披荆斩棘的利器。
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不过，单块逻辑的代码重构好了之后，我们还要迎接新的挑战。今天我们就来看看如何重构整体的代码，也就是如何对代码分层。
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## 遗留系统中常见的模式
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我还记得大学时做的编程作业，用VB6做一个学校图书馆的借书系统。当时的做法十分“朴素”，在点击“借阅”按钮的事件处理器中，我直接读取借书列表中的书籍ID，然后连接数据库，执行一条update语句，把这些书籍的借阅者字段改成当前的学生ID。
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后来，我看到了Eric Evans的《领域驱动设计》这本书，才发现这种做法就是书中介绍的**Smart UI模式**。它虽然简单好理解，但归根结底还是一种面向过程的编程思想。一旦逻辑变得更复杂，这种模式的问题就会凸显出来。
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举个最简单的例子，比如借书前需要校验学生的类型，本科生最多可以借3本，而研究生最多可以借10本。如果本科生借阅了5本书，在点击按钮的时候就会弹出错误消息。我们用伪代码来表示就是：
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```java
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var bookCount = bookDataTable.count
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var studentType = DB.query("SELECT TYPE FROM STUDENTS WHERE ID = " + studentId)
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if (studentType = "本科生" && bookCount > 3)
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MessageBox.error("本科生一次最多借阅3本图书")
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if (studentType = "研究生" && bookCount > 10)
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MessageBox.error("研究生一次最多借阅10本图书")
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for(var book in bookDataTable.values)
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DB.update("UPDATE BOOKS SET BORROWER_ID = " + studentId + " WHERE BOOK_ID = " + book.id)
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```
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也许只是添加这几行代码，你并不觉是什么大问题，但紧接着教师的借阅数量也需要校验，讲师和教授的借阅数量也会有不同的限制。当逻辑越来越复杂，这种过程式的代码就只能向一个地方堆代码。即使可以抽一些函数出来，也只能是杯水车薪。
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其实还有更严重的问题：由于将界面展示、业务逻辑、数据库访问都放在一个文件中，**发散式变化**的坏味道十分严重。调整界面布局要改这个文件，修改业务逻辑要改这个文件，甚至修改表名、列名也要修改这个文件。
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除了早期的桌面客户端应用，还有在JSP和ASP中直接写业务逻辑并访问数据库的，也属于Smart UI。除此之外，Martin Fowler在《企业应用架构模式》还提出了**事务脚本（Transaction Script）模式**。该模式分离了用户界面和业务逻辑，但仍然还是按数据的方式去组织业务，没有建立对象模型。
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为了改善这种状况，人们开始重构这种模式。将界面逻辑、业务逻辑和数据库访问分离开来，形成了UI、Service、Dao这样的三层结构。
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上面的代码也就变成了下面这样（让我们从伪代码切换回Java）。
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```java
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// UI层
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BookService bookService = new BookService();
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bookService.borrowBook(userData, bookDataList);
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// Service层
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if ("教师".equals(userData.getType())) {
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if ("讲师".equals(userData.getLevel()) || "助教".equals(userData.getLevel())) {
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if (bookDataList.count() > 20) {
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throw new BookBorrowException("讲师和助教一次最多借阅20本图书");
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}
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}
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else if ("教授".equals(userData.getLevel()) || "副教授".equals(userData.getLevel())) {
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if (bookDataList.count() > 50) {
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throw new BookBorrowException("教授和副教授一次最多借阅50本图书");
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}
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}
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}
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else if ("学生".equals(userData.getType())) {
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if ("本科生".equals(userData.getLevel())) {
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if (bookDataList.count() > 3) {
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throw new BookBorrowException("本科生一次最多借阅3本图书");
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}
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}
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else if ("研究生".equals(userData.getLevel())) {
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if (bookDataList.count() > 10) {
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throw new BookBorrowException("研究生一次最多借阅50本图书");
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}
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}
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}
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BookDao bookDao = new BookDao();
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bookDao.borrowBook(userData.getUserId(), bookDataList)
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// Dao层
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for(var book in bookDataList)
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DB.update("UPDATE BOOKS SET BORROWER_ID = " + userId + " WHERE BOOK_ID = " + book.getId())
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```
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感觉是不是跟你平时编写的代码十分类似？
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然而在我看来，这样的分层仍然是过程式的，和事务脚本相比，并没有本质区别。它虽然在Service层向Dao层传递数据时使用了对象，但这种不含任何行为的**贫血模型**也只是起了数据传递的作用。
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而且，像代码中的UserData和BookData所定义的位置往往都是很随意的，有时定义在UI层，有时定义在Service层，有时定义在Dao层。上面图中所画的箭头只是代表了数据流动的方向，而不是对象依赖的方向。
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这种模式最大的问题在于，当逻辑变得复杂时，服务层的代码会变得越来越臃肿，不同的服务之间也很难相互调用和复用逻辑，每一个服务类都将变成上帝类（God Class）。
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## 领域模型
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随着面向对象编程范式的流行，越来越多的人倾向于**用对象为要解决的问题建立模型（Domain Model）**，**用对象来描述问题中的不同元素**。**元素中所有的数据和行为都将在对象中有所体现**。也就是说，我们不再用过程来控制逻辑，而是将逻辑分别放入不同的对象中。
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对于上面借书的例子，如果我们把各种判断借书数量是否合规的逻辑，放到不同的User对象中去，将书籍借阅的逻辑，也就是设置书籍借阅状态的逻辑，放到Book中去，就会得到这样的代码：
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```java
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public abstract class User {
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public abstract void borrow(Book[] books);
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}
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public class UndergraduateStudent extends User {
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@Override
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public void borrow(Book[] books) {
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if (books.length > 3) {
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throw new BookBorrowException("本科生一次最多借阅3本图书");
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}
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for(Book book : books) {
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book.lendTo(this);
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}
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}
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}
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public class Book {
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public void lendTo(User user) {
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status = BookStatus.LEND_OUT;
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borrowerId = user.getId();
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}
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}
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```
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可以看到，这段代码充分利用了面向对象继承和封装的优势，分解了原来的复杂逻辑，将其分散到不同的对象中去。
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乍一看你也许有点困惑，因为逻辑十分分散，而且想看懂一个业务场景，要在不同的对象之间来回跳转，远不如过程式代码那样直观。而且还会有各种纠结的地方，比如到底是“人借阅书”，还是“书借给人”。
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但这其实就是面向对象的优雅之处，它对客观世界进行了建模，但是并不需要完全去照搬客观世界。
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“人借阅书”还是“书借给人”并不重要，重要的是如何更顺畅地编写代码。比如在我的例子中，既有“人借阅书”，又有“书借给人”。“人借阅书”是为了解决在借阅时的校验问题，“书借给人”是为了将人的信息标记在书上。
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在了解了领域模型模式后，你一定迫不及待地想把事务脚本模式的代码都重构成领域模型了吧？这个重构过程中，你可能分辨不出自己的代码到底属于哪种模式。我可以教你一个小技巧，就是看你要获取一个值的时候，是**从对象中获取**，还是**直接从数据库中查询**。
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比如你想查询一本书是否被借出了，你查询数据库BOOKS表，如果BORROWER\_ID这个字段为空，就返回1，那这就是事务脚本模式：
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```java
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String sql = "SELECT COUNT(*) FROM BOOKS WHERE BOOK_ID = :bookId AND BORROWER_ID IS NULL";"
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boolean isBorrowed = DB.query(sql) == 0;
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```
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这种处理方式把数据和模型割裂开了，而且IS NULL和==0大概率会把人搞晕，认知负载非常高。
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如果你用SQL去获取一个模型，然后在代码中判断getBorrowerId方法的返回值是否为空，那就是贫血模型模式：
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```java
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String sql = "SELECT * FROM BOOKS WHERE BOOK_ID = :bookId";
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Book book = DB.query(sql);
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if (book.getBorrowerId() != null) { }
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```
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这种处理方式把模型当做数据的载体，比单纯的事务脚本要好很多。但是所有判断逻辑都会落在客户端代码处。
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如果你用SQL去获取一个模型，然后调用模型的isBorrowed方法来判断书籍是否被借出，就是领域模型模式：
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```java
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String sql = "SELECT * FROM BOOKS WHERE BOOK_ID = :bookId";
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Book book = DB.query(sql);
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if (book.isBorrowed()) { }
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```
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这种处理方式把模型当做数据和行为的载体，把行为封装在了领域模型内部。
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**领域模型最重要的一点是，要随着业务的变化而不断演进**。尽管上面的模型对于大学编程课的作业，可能还说得过去，但真实的借阅场景显然更复杂。
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比如，我希望查询一本书籍的所有借阅历史。再比如，书籍的借阅是有有效期的，当有效期快到了的时候，我希望给用户发短信提醒，有效期过了就会有相应的惩罚逻辑。当“借阅”这个名词在业务的描述中频繁出现时，就是一种要为它建模的信号了。
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对于现在的模型来说，“借阅”体现在Book对象的borrowerId这个字段上。你也可以继续在Book上添加validTo这种字段来表示借阅的有效期，但显然借阅历史是无法表示出来的。对于持久化来讲，借阅历史的多条数据显然无法用书籍的一条数据来表示。
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这时，我们就需要为“借阅”来单独建模了。作为书籍和用户之间的关联关系，它其实是某种**关联对象（Association Object）**。
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```java
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public class Borrowing {
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private User user;
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private Book book;
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}
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public class User {
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private List<Borrowing> borrowings;
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public void borrow(Book[] books) {
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for(Book book : books)
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borrowings.add(new Borrowing(this, book));
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}
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}
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```
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当Borrowing这个模型建立起来后，它就可以持久化起来作为借阅的历史记录，也可以在它上面添加各种业务字段，如有效期等。
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## 数据映射器和仓库
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你可能注意到了，在上面的代码中，我并没有添加任何数据访问相关的逻辑。这也是领域模型模式的一个难点。**领域模型中的字段需要与数据库中的表字段进行双向映射**，通常来说，你可以继续使用之前的Dao来实现这种映射。
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例如当一个借阅发生时，你可以：
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```java
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public class BorrowingDao {
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public void insert(Borrowing borrowing) {
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String sql = "INSERT INTO BORROWINGS...";
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// 执行SQL
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}
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}
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```
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我们把这种方式叫做**数据映射器（Data Mapper）模式**，它**分离了领域模型和数据库访问代码的细节，也封装了数据映射的细节**。
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然而不管是叫BorrowingDao还是BorrowingMapper，都暗示了它们与数据库的关系。在领域模型中，我们往往希望模型更加“干净”，希望使用的是一种和数据访问无关的组件。
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另一方面，这种模式也导致表和领域对象的一一对应。在简单的业务场景下这并不是问题，但在复杂的情况下，你就无法设计出合理的模型。比如上面的例子，一个借阅就是一个Borrowing，这时你很可能放弃给User和Book建模，而直接去构建Borrowing模型，这就又回到**事务脚本**的老路上去了。
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还有一点就是，当查询的需求变得复杂时，数据映射器就显得力不从心了。
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这时我们需要使用的是**仓库（Repository）模式**，让它来负责协调领域模型和数据映射器。仓库模式又被翻译为资源库或者仓储，不过我更倾向于翻译为仓库。在领域驱动设计中，构造一个新的复杂的领域模型时，我们可以使用**工厂（Factory）模式**，那工厂“生产”出来的“产品”，自然要放到仓库中了。
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Repository还有一层意思，就是“知识库”或“智囊团”。之所以把它放在数据映射器之前，就是因为它比数据映射器更懂得如何去查询领域对象，你可以基于它来设计任何你想要的查询。
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仓库的接口与集合的接口十分接近，你可以向仓库中添加对象，也可以从中删除对象，就好像是在操作内存中的集合一样。而实际上，真正执行操作的，是封装在仓库内部的数据映射器。仓库不过是提供了一个更加面向对象的方式，将领域对象和数据访问隔离开来。
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```java
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public class UserRepository {
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public void add(User user) { }
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public void save(User user) { }
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public User findById(long userId) { }
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}
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```
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你还可以为各个仓库创建接口，定义在领域对象所在的包中。将仓库的实现类和数据映射器定义在一起，这样领域模型不依赖任何数据访问的组件，就显得十分整洁了。
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在使用仓库模式时，我们只从领域对象的源头操作。我们不会去对Borrowing创建一个BorrowingRepository，而是将Borrowing放到User内部，然后通过UserRepository去获取User，进而获取到当前User所有的Borrowing。
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这么做的原因是，Borrowing只是一个关联对象，并不是一个所谓的“源头”。如果用领域驱动设计中的术语来说就是，Borrowing不是一个**聚合根（Aggregate Root）**。你也可以将这个“源头”理解为工厂模式创建出来的产品。你要去仓库中取的是一个产品（聚合根），而不是这个产品的某个零件（关联对象）。这也是为什么在DDD中，仓库只是针对聚合根的，只有聚合根才有仓库，聚合根上的其他实体或值对象是没有仓库的。
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最后，由于仓库的接口是面向集合的，复杂查询自然也不在话下。
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我们在实际设计时，为了实现依赖倒置，即领域层不依赖数据访问组件，可以将仓库的接口定义在领域层，而将实现类和数据映射器定义在数据访问层。
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## 应用服务
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解决了业务逻辑和数据访问分离的问题，我们把目光向“前”看，看看业务逻辑之前的逻辑应该如何处理。
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一个软件系统，除了业务逻辑之外，还存在一些非业务的逻辑。比如用户认证、事务、日志记录等。像前面说过的如果一个借阅快到期了就发送通知，这种对于第三方（短信通知）服务的编排，也属于这类逻辑。Martin Fowler等人把这类逻辑叫做**应用逻辑（Application Logic）**。你可以理解成是因为有了应用程序，才会有的逻辑。
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为了把业务逻辑和应用逻辑分离，我们可以使用**服务层（Service Layer）模式**。它是一组在领域模型之上构建的**应用服务（Application Service）**，用来处理某个业务场景相关的应用逻辑。
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从某种意义上，也可以认为服务层是对领域模型的封装，可以对UI层提供更加友好的接口。由于它跟业务场景一一对应，所以Bob大叔在整洁架构里，管它叫做**用例（Usecase）**。
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对于短信通知的场景，应用服务的代码如下所示：
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```java
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public class BorrowingValidityService {
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public void validate(long userId) {
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User user = userRepository.findById(userId);
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for(Borrowing borrowing : users.allBorowings()) {
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if(!borrowing.isValid()) {
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notificationService.send(new BorrowingInvalidMessage(borrowing.getBook()));
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}
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}
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}
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}
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```
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注意，判断一个借阅是否有效属于业务逻辑，而在无效时发送短信则属于应用逻辑，要在应用服务中处理。这相当于，领域模型提供了判断借阅是否有效的能力，而如何使用这种能力，是应用逻辑来决定的，不同的场景有不同的用法。
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而对于借阅的应用服务，代码如下：
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```java
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public class BorrowService {
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public void borrow(long userId, long[] bookIds) {
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User user = userRepository.findById(userId);
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Book[] books = bookRepository.findByIds(bookIds);
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user.borrow(books);
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userRepository.update(user);
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}
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}
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```
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我们在应用服务中，通过仓库获取领域模型，调用领域模型中的方法，然后再通过仓库更新领域模型。
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如果你了解领域驱动设计（DDD），一定会相当熟悉应用服务、领域模型、仓库这些模式。但这些模式并不只属于DDD。在DDD诞生之前，这些模式就已经存在了，《企业应用架构模式》中甚至还提出了很多可以替代的模式。DDD只是把这些模式进行组合，形成了一套以领域模型模式为基础的最佳实践。
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## 小结
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我们今天从遗留系统中常见的代码样例说起，将一个事务脚本一步步重构成了DDD中常见的分层架构。这期间穿插着介绍了领域模型、数据映射器、仓库、应用服务等多种模式。不管你的系统位于这个路线的哪个阶段，你都应该有能力把它重构好。
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你可能会说，你的项目业务没有这么复杂，事务脚本也能解决绝大部分应用场景。没错，事务脚本本身就是一种解决领域逻辑位置的模式，但以我的经验，这条路最终会走向混乱。
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有的时候，你之所以觉得业务没那么复杂，是因为在脑子里将业务映射成了数据库表，那么写出的代码自然是事务脚本。如果你不用大脑做这一层映射，而是先将业务直接反映到领域模型中，然后再用代码去实现到数据库表的映射，往往情况就会有所好转。
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你应该刻意培养自己领域建模的意识，如果没有这种意识，那么绝大多数软件对你来说，都只不过是CRUD。
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[下节课](https://time.geekbang.org/column/article/514516)我们开启架构现代化的挑战，从建设新城区说起，敬请期待。
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## 思考题
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感谢你学完了今天的内容，今天的思考题是这样的。请你把自己的项目对号入座，看看属于哪种模式，你们有没有计划去重构它们呢 ？
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感谢你学完了今天的课程，欢迎你把它分享给你的同事或朋友，我们一起来重构遗留代码。
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