Hexagonal Architecture: Почему старая добрая многослойка больше не работает?

Гексагональная архитектура — подход к организации кода, направленный на создание гибких и легко поддерживаемых программных продуктов. Паттерн отделяет логику приложений от внешних интерфейсов, тем самым обеспечивая автономность и модульность компонентов системы. Другое название подхода — порто-ориентированная архитектура, то есть привязанная к портам и адаптерам.

Узнаем, что собой представляет гексагональная архитектура, каковы ее основные принципы, как она работает и применяется.

Основные принципы Hexagonal Architecture

Мобильные и веб-приложения становятся все более сложными и производительными, поэтому требования к ним постоянно повышаются — ПО должно быть адаптивным, тестируемым и модульным, а компоненты в нем — независимыми. Hexagonal Architecture в Java предоставляет разработчикам эффективные решения, позволяющие достигать максимальных результатов с минимальными усилиями.

Основная логика приложения в формате гексагональной архитектуры: центральное ядро, которое соединяется с внешним миром через специальные интерфейсы — порты и адаптеры.

Визуально этот архитектурный паттерн можно представить в виде шестиугольника (гексагона), на всех сторонах которого находятся различные адаптеры, соединяющие центр с внешними сервисами — отсюда название подхода. Схема отражает гибкость такой структуры — новые адаптеры можно добавлять либо удалять без ущерба для ядра.

Принцип работы Hexagonal Architecture заключается во взаимодействии портов и адаптеров. Порты — это границы приложения, взаимодействующие с внешней для ядра средой: интерфейсами, сообщениями, базами данных, запросами командной строки и т.д. Адаптеры отвечают за трансляцию данных между разными интерфейсами.

Схема Hexagonal Architecture

Связь Hexagonal Architecture с принципами SOLID

Шестиугольная архитектура в java или скриптоподобном языке PHP работает по принципам объектно-ориентированного программирования SOLID. Согласно концепции, код нужно максимально упрощать, избегая запутанных конструкций.

Ключевым для Hexagonal Architecture считается пятый принцип SOLID — Dependency Inversion Principle (DIP), т.е. принцип инверсии зависимостей. Он гласит, что модули верхнего порядка не должны зависеть от модулей нижнего порядка. Код пишется таким образом, чтобы зависимости между компонентами приложения основывались на абстракциях вместо конкретных реализаций. Так, компоненты будет просто заменить, не воздействуя на другие части системы.

Сегодня компании, специализирующиеся на создании сложного и масштабируемого софта, активно используют паттерн для повышения устойчивости, удобства поддержки и развития своих продуктов.

Структура Hexagonal Architecture

Шестигранная программная архитектура в java предполагает, что приложение имеет одинаковую управляемость со стороны пользователей, других приложений и автоматических текстов. Для логики не имеет значения источник вызова. Свойства Hexagonal Architecture обеспечиваются ее структурой, которую стоит рассмотреть в подробностях.

Центральное ядро — логика основного домена

Бизнес-логика — центральная часть любого приложения, отвечающая за реализацию внутренних правил и процессов. В рамках Hexagonal Architecture ядро рассматривается как ключевой компонент всей системы, куда поступают входные данные и откуда выходят через порты.

Бизнес-логика отвечает за обработку запросов, управление данными и выполнение всех требований заказчика. Грамотная организация бизнес-логики гарантирует корректную и эффективную работу приложения независимо от изменений в пользовательских интерфейсах или внешних системах.

Гексагональная архитектура изолирует бизнес-логику от любых внешних зависимостей. За изоляцию отвечают порты, которые берут на себя все сторонние взаимодействия. Это обеспечивает приложениям гибкость и поддерживаемость — то есть высокую скорость, удобство и простоту при внесении изменений.

На практике изоляция означает, что изменения в одной части системы никак не влияют на другие компоненты приложения, что на порядок упрощает разработку, тестирование и дальнейшее развитие продукта.

Порты

Порты — интерфейсы, которые определяют способы взаимодействия бизнес-логики приложения с внешними системами. Они работают как контракты, задающие стандарты для коммуникации.

Используется два типа портов:

• Управляющие. Их используют внешние участники в процессе взаимодействия с системой — например, элементы пользовательского интерфейса. Управляющие порты определяют способы, которые внешние клиенты применяют для запросов к бизнес-логике.
• Управляемые. С их помощью приложение взаимодействует с внешними сервисами — данными, системами обмена сообщениями, сторонним API. Эти порты отвечают за методы, обеспечивающие полноценную работу приложения.

Важная особенность портов в рамках гексагональной архитектуры и принципа DIP — их абстрактная природа, которая сохраняет независимость логики от деталей реализации. Порты определяют форматы ввода/вывода данных и протоколов, по которым ядро взаимодействует с адаптерами.

Адаптеры

Задача адаптеров — реализовать работу портов и преодолеть разрыв между логикой домена и любыми внешними сервисами. Эти компоненты структуры переводят внешние данные в формат, понятный приложению, и проделывают обратную трансформацию.

Применяется два типа адаптеров:

• Входные. Преобразуют данные извне (например запросы HTTP или пользовательский ввод) в команды, понятные ядру приложения. 
• Выходные. Преобразуют выходные данные логики домена в команды для работы с внешними компонентами. Например, получив преобразованный запрос HTTP, приложение с помощью управляемого адаптера выдает результат в формате JSON.

Адаптеры — ключевой компонент, обеспечивающий системе гибкость. Базовая бизнес-логика, благодаря адаптерам и портам, общается с разными интерфейсами, что особенно важно для масштабируемых приложений. С каждым портом могут взаимодействовать несколько адаптеров, что обеспечивает бизнес-логике независимость от типа входных устройств.

Преимущества Hexagonal Architecture

Зачем использовать гексагональную архитектуру в программировании на Java? Все дело в преимуществах, которые обеспечивает этот паттерн. Рассмотрим основные плюсы «шестигранного» подхода.

Строгое разделение ответственности

Бизнес-логика изолирована от внешних зависимостей, что позволяет разрабам сосредоточиться на основных задачах приложения, не заморачиваясь на специфике внешних интеграций.

За взаимодействия отвечают порты и адаптеры — разделение функций значительно упрощает не только разработку, но и все остальные этапы реализации приложения как готового продукта.

Разделение ответственности обеспечивает гибкость программного обеспечения, то есть возможность менять бизнес-логику независимо от способов взаимодействия с внешними системами. Порты и адаптеры выступают посредниками между ядром и внешним миром, что минимизирует взаимозависимости.

Повышенная тестируемость

Поскольку логика домена изолирована от внешних сервисов, программисты могут создавать модульные тесты для бизнес-правил без использования заглушек и имитации.

Тестируемость — одно из ключевых преимуществ Hexagonal Architecture. Она позволяет проверять работу отдельных компонентов системы в изоляции, что делает тесты более корректными и эффективными.

Снижаются затраты на обнаружение и исправление багов, прогеры быстрее выявляют и устраняют проблемы. Итог такого подхода — более надежное и устойчивое ПО.

Улучшенная адаптивность

Разделение ответственности исключает влияние внешних зависимостей на основную логику приложения. Продукты проще обновлять, рефакторить (перерабатывать код с целью его упрощения), менять внешние компоненты — подключать новые адаптеры при смене баз данных и добавлении новых API. При этом на основной функционал такие изменения не повлияют.

Масштабируемость

Благодаря модульной структуре любую часть системы можно расширить, модифицировать или заменить, не затрагивая при этом другие компоненты.

Масштабируемость делает Hexagonal Architecture идеальным выбором для крупных и постоянно развивающихся проектов типа банковских приложений, в которые регулярно добавляются новые функции.

Упрощенная интеграция

Наличие портов и адаптеров позволяет без проблем подключать приложения к разным типам внешних сервисов, что повышает адаптивность и конкурентоспособность продукта. Бизнес-логика не зависит от конкретных технологий или протоколов — ее можно интегрировать в новые системы без переписки кода.

Если одну базу данных нужно заменить на другую, это не вызовет у программиста никаких сложностей. Или если изначально приложение использовало REST API, а затем возникла необходимость перейти на GraphQL, достаточно создать новый адаптер для GraphQL, не трогая бизнес-логику.

Учитывая, что тестирование новых интеграций упрощено, подключение дополнительных сервисов становится предельно доступной и быстрой процедурой. На этапе проверки реальные адаптеры можно заменить на их тестовые версии, что позволяет моделировать различные сценарии без необходимости подключения к реальным системам.

Такой подход не только ускоряет тестирование, но и снижает затраты: согласно исследованиям, использование модульных архитектур снижает расходы на интеграцию на 30%.

Недостатки и сложности применения

Минусов у гексагональной архитектуры немного:

• Подход может оказаться слишком сложным для простых продуктов — затраты будут избыточными по сравнению с полученными результатами. В профессиональной среде это называется оверинжирирг. 
• Повышенное количество абстракций иногда становится проблемой для приложения и отражается на его функциональности.

Отдельно стоит рассмотреть сложности в начальной реализации подхода. К числу наиболее распространенных ошибок при внедрении Hexagonal Architecture относится недостаточное разделение ответственности между компонентами системы. Возникает зависимость бизнес-логики от внешних интерфейсов, что противоречит базовым принципам гексагона.

Чтобы избежать ошибок, необходимо уделить максимум внимания проектированию портов и адаптеров. Важно также проводить регулярные ревью кода и применять автоматизированное тестирование, чтобы убедиться, что архитектурные принципы соблюдаются.

Сравнение с другими архитектурными подходами

Многослойная архитектура (Layered Architecture), которая используется еще с 1970-х годов, представляет собой классический подход к построению программных систем. Такие приложения разделены на зависимые друг от друга слои, каждый из которых отвечает за конкретный аспект функционала — ядро, интерфейс, логику.

В отличие от такого паттерна, Hexagonal Architecture вводит концепцию портов и адаптеров, которая минимизирует зависимость между слоями. Это делает продукт более устойчивым, поскольку изменения в одном компоненте минимально затрагивают остальные части.

К примеру, в классической многослойной архитектуре изменение интерфейса доступа к данным может требовать значительных изменений в бизнес-логике, тогда как в Hexagonal Architecture такое обновление ограничивается заменой адаптера.

Гексагональная архитектура имеет схожие черты с Clean Architecture. Более того, Clean Architecture основана на принципах шестигранного паттерна.

Здесь тоже есть разделение на уровни ответственности, которые в значительной степени изолированы друг от друга. При этом модули также зависят не от конкретных компонентов, а от абстракций, что позволяет без проблем адаптировать приложение к различным технологиям.

Можно сказать, что Clean Architecture — это эволюция паттернов разработки. В таких приложениях код слабо зависит от изменений в изолированных слоях (бережем труд программиста), а сам продукт легко тестировать, масштабировать и поддерживать.

Примеры реализации

Реальные примеры Hexagonal Architecture и изолированной бизнес-логики можно найти в банковских приложениях. В таких системах логика обработки транзакций, проверки баланса и расчета комиссий отделена от пользовательских интерфейсов и взаимодействия с базами данных. Такое разделение упрощает обновление или расширение функционала — сотрудникам ИТ-отдела не придется вмешиваться в ядро, когда потребуется прикрепить новую опцию.

Адаптеры используются и в таких крупных проектах, как Amazon и Netflix — масштабируемость позволяет развивать приложения практически в реальном времени, улучшая пользовательский интерфейс и быстродействие.

В онлайн-магазинах адаптеры с одинаковым успехом обрабатывают запросы от веб-приложений, мобильного софта и REST API, направляя их в одну и ту же бизнес-логику. Разработчики могут добавлять новые интерфейсы, например, голосовых помощников, без изменения базового кода.

Рекомендации по внедрению Hexagonal Architecture

Внедрение Hexagonal Architecture в проект начинается с анализа текущей архитектуры приложения и определения, какие компоненты можно выделить в качестве бизнес-логики. Это важно, поскольку основная цель архитектуры заключается в четком отделении ядра продукта от интерфейсов взаимодействия.

Следующий шаг — проектирование портов, которые будут связывать бизнес-логику и внешние адаптеры. На этом этапе определяют, какие операции и данные должны быть доступны для взаимодействия с внешними системами.

Затем разрабатываются адаптеры, которые реализуют взаимодействие через порты с конкретными внешними системами (базами данных, веб-интерфейсами или API).

Завершающий этап — тестирование новой архитектуры: нужно убедиться, что она соответствует требованиям и хорошо интегрируется в существующую экосистему приложения.

Для успешной интеграции Hexagonal Architecture в проект стоит начать с небольших изолированных модулей, чтобы минимизировать риски и протестировать подход. Важно уделить внимание документированию портов и адаптеров, чтобы все в команде могли легко понять их назначение и использовать в дальнейшей работе.

Также необходимо применять современные инструменты, которые поддерживают модульность и тестируемость кода. Например, автоматизация тестирования значительно упростит проверку соответствия новой архитектуры текущим требованиям. Наконец, регулярно проводить ревизию архитектуры, чтобы убедиться, что она все еще удовлетворяет потребности проекта по мере его роста и развития.