【ITニュース解説】The Pattern-Layer Correspondence: A Practical Guide to Organizing Design Patterns

ソフトウェア開発を進めていると、プログラムをどのように整理すれば良いか、特に「どの種類のコードをどこに置くべきか」という疑問に直面することがよくある。例えば、特定のオブジェクトを作り出すためのパターン（Factoryパターンなど）を、ビジネスルールを扱う部分に置くべきか、それともシステム全体の基盤を扱う部分に置くべきか、迷うことがあるだろう。このように、多くのプロジェクトではデザインパターンと呼ばれる再利用可能な解決策が、何の規則もなく様々な場所に散らばってしまい、結果としてコードが読みにくく、変更しにくい状態になってしまうという問題が頻繁に発生している。

この問題を解決するための一つの考え方として、「パターンと層の対応原則」というアプローチが提案されている。これは、デザインパターンをその種類に応じて、ソフトウェアの特定の層に配置することで、より整理された、理解しやすいアーキテクチャを構築しようというものだ。この原則は、長年の開発経験を通じて、「デザインパターンにはそれぞれ、自然に属すべき層がある」という気づきから生まれた。

ソフトウェアの一般的な構造として、「層化アーキテクチャ」という考え方がある。これは、システムをいくつかの独立した層に分割することで、それぞれの層が特定の責任を持つようにするものだ。代表的な層としては、「ドメイン層」「アプリケーション層」「インフラストラクチャ層」の三つが挙げられる。

まず、「ドメイン層」は、システムの最も中心的な部分で、ビジネスに関するルールや概念、データが定義される場所だ。例えば、商品の種類や価格、顧客の注文処理など、ビジネスの核心となる知識がここに集約される。この層は、特定の技術的な詳細からは独立している。

次に、「アプリケーション層」は、ユーザーからの要求を受け取り、ドメイン層の機能を活用して、具体的な処理の流れやワークフローを調整する役割を担う。ユーザーが「商品をカートに入れる」といった操作を行った際、その一連のステップをどのように進めるか、どのドメインオブジェクトを動かすかなどを管理するのがこの層だ。

そして、「インフラストラクチャ層」は、システムが動作するために必要な技術的な基盤を提供する。具体的には、データベースとのデータの読み書き、外部システムとの通信、ファイル操作、セキュリティ機能など、技術的な詳細や外部との連携に関する処理がここに含まれる。この層は、ドメイン層やアプリケーション層が必要とする技術的なサービスを提供する。

この三つの層と、デザインパターンを「生成」「振る舞い」「構造」という三つのカテゴリに分類したGoFデザインパターンという有名な分類を結びつけると、自然な対応関係が見えてくる。

一つ目の「生成パターン」は、オブジェクトをどのように作るかに関するパターンだ。例えば、複雑な条件に基づいてオブジェクトを生成する「Builderパターン」や、特定のオブジェクトの生成を抽象化する「Factoryパターン」などがある。これらのパターンは、ビジネスルールやドメインの知識に基づいて、特定のオブジェクトを正しく作り出す必要がある場合に頻繁に使われる。そのため、生成パターンは主に「ドメイン層」に配置するのが適切だと考えられる。例えば、商品の複雑な組み立てルールに基づいて、最終的な商品オブジェクトを生成するような場合、そのルールはビジネスの一部であるため、ドメイン層にBuilderパターンを置くことが理にかなっている。

二つ目の「振る舞いパターン」は、オブジェクト間の相互作用や責任の割り当て、アルゴリズムの定義など、オブジェクトがどのように振る舞うかに関するパターンだ。例えば、一連の操作をオブジェクトとしてカプセル化する「Commandパターン」や、オブジェクトの状態変化に応じて他のオブジェクトに通知する「Observerパターン」などがある。これらのパターンは、アプリケーションが特定の目的を達成するために、複数のステップやタスクをどのように調整し、実行するかというワークフローに関わることが多い。したがって、振る舞いパターンは主に「アプリケーション層」に配置するのが適切だとされている。例えば、顧客からの注文を受け付けた後、在庫確認、支払い処理、配送手配といった一連の処理を調整するようなワークフローは、アプリケーション層に属する振る舞いパターンによって表現されることが理想的だ。

三つ目の「構造パターン」は、クラスやオブジェクトを組み合わせることで、より大きな構造を形成し、柔軟性や効率性を高めるためのパターンだ。例えば、既存のオブジェクトに機能を追加する「Decoratorパターン」や、複雑なシステムを単純なインターフェースでラップする「Facadeパターン」などがある。これらのパターンは、システムの技術的な実装詳細や、外部システムとの統合、データ永続化といったインフラストラクチャに関連する部分で利用されることが多い。そのため、構造パターンは主に「インフラストラクチャ層」に配置するのが適切だと考えられる。例えば、データベース操作のログ記録や通知機能など、基盤となる機能に付加的な処理を追加するDecoratorパターンは、インフラストラクチャ層に置くのが自然だ。

このような原則に従ってデザインパターンを配置することには、いくつかの大きなメリットがある。まず、システム全体のアーキテクチャがよりクリーンで、整理されたものになる。各層が明確な役割を持ち、その役割に合ったパターンが配置されるため、どこに何があるべきかが一目でわかるようになるのだ。

次に、コードレビューが効率的になる。例えば、もしインフラストラクチャ層に置かれるべきDecoratorパターンが誤ってドメイン層に置かれていた場合、「これは構造パターンだからインフラストラクチャ層に移動すべきだ」と、明確な根拠を持って指摘できるようになる。これにより、議論がスムーズになり、品質の高いコードベースを維持しやすくなる。

さらに、新しくプロジェクトに参加する開発者にとって、システムの理解が格段に容易になるというメリットもある。例えば、「Factoryパターンを使う必要があるなら、それはドメイン層を探せばいい」といった共通の認識を持つことができるため、コードの探索にかかる時間や、システムの全体像を把握するまでの時間を大幅に短縮できる。これは、開発チーム全体の生産性向上に繋がる。

もちろん、ソフトウェアアーキテクチャは常に白黒はっきりしているわけではないため、この原則にも例外や微妙なニュアンスが存在する。例えば、特定のイベントが発生した際に複数のオブジェクトに通知するObserverパターンは、アプリケーション層だけでなく、ドメイン層でビジネスイベントを通知するために使われることもある。また、部品の集合体として表現できるCompositeパターンは、商品バンドルなどのビジネス概念を表現するためにドメイン層で使われることもあれば、UIコンポーネントの階層構造のような技術的な構造のためにインフラストラクチャ層で使われることもある。さらに、異なる抽象化レベルを橋渡しするBridgeパターンは、アプリケーション層とインフラストラクチャ層の間にまたがるようなケースも考えられる。これらの例外は、この原則が絶対的なルールではなく、あくまで強力なガイドラインであることを示している。

この「パターンと層の対応原則」を実践的に活用する方法としては、二つが考えられる。一つは、既存のプロジェクトを改善する「リファクタリング」を行う際だ。生成パターンがドメイン層にあるか、振る舞いパターンがアプリケーション層にあるか、構造パターンがインフラストラクチャ層にあるかを確認し、もし不適切な配置があれば、それを適切な層に移動させる。その後、各層の依存関係が正しく維持されているかを検証する。もう一つは、新しいプロジェクトを始める際に、この原則をテンプレートとして採用することだ。最初からパターンを適切な層に配置することで、将来的な混乱を未然に防ぎ、クリーンなアーキテクチャを保ちやすくなる。

この原則は、ソフトウェア開発における「どこに何を置くか」という長年の課題に対して、明確で実践的な指針を提供してくれる。開発チームが共通の理解を持ち、より効率的に、そして高品質なソフトウェアを開発するための強力なツールとなるだろう。