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Javaにおけるコマンドクエリ責務分離：スケーラビリティのためのデータインタラクションの最適化

アーキテクチャイベント駆動パフォーマンススケーラビリティ約3分

別名

  • CQRS

コマンドクエリ責務分離デザインパターンの意図

コマンドクエリ責務分離（CQRS）は、アプリケーションの状態を変更する操作（コマンド）と、状態を読み取る操作（クエリ）を分離することを目的としています。この分離により、複雑なソフトウェアシステムにおけるスケーラビリティ、パフォーマンス、保守性が向上します。

コマンドクエリ責務分離パターンの詳細な説明と実世界の例

実世界の例

本の貸し出しと返却（コマンド）のタスクがフロントデスクで処理され、本の検索と閲覧（クエリ）のタスクが閲覧エリアで行われる現代の図書館を想像してください。フロントデスクは、本が適切にチェックインおよびチェックアウトされるように、トランザクションの効率と記録管理を最適化します。一方、閲覧エリアは快適さとアクセスしやすさを最適化し、読者が本を見つけて利用しやすくします。この分離は、CQRSパターンがソフトウェアシステムのパフォーマンスと保守性を向上させるのと同じように、図書館全体の効率とユーザーエクスペリエンスを向上させます。

平易な言葉で

CQRSデザインパターンは、ソフトウェアシステムでパフォーマンス、スケーラビリティ、保守性を向上させるために、データの変更（コマンド）のアクションとデータの取得（クエリ）のアクションを分離します。CQRSを実装することで、システム内の読み取りおよび書き込み操作を個別に最適化でき、より効率的なデータ処理と全体的なシステムパフォーマンスの向上につながります。

Microsoftのドキュメントでは

CQRSは、読み取りと書き込みを異なるモデルに分離し、コマンドを使用してデータを更新し、クエリを使用してデータを読み取ります。

JavaにおけるCQRSパターンのプログラム例

コマンドクエリ責務分離（CQRS）パターンを実装する1つの方法は、読み取りおよび書き込み操作を異なるサービスに分離することです。

まずコードの実装を見て、その後、その仕組みを説明しましょう。

public static void main(String[] args) {

    // Create Authors and Books using CommandService
    var commands = new CommandServiceImpl();

    commands.authorCreated(AppConstants.E_EVANS, "Eric Evans", "evans@email.com");
    commands.authorCreated(AppConstants.J_BLOCH, "Joshua Bloch", "jBloch@email.com");
    commands.authorCreated(AppConstants.M_FOWLER, "Martin Fowler", "mFowler@email.com");

    commands.bookAddedToAuthor("Domain-Driven Design", 60.08, AppConstants.E_EVANS);
    commands.bookAddedToAuthor("Effective Java", 40.54, AppConstants.J_BLOCH);
    commands.bookAddedToAuthor("Java Puzzlers", 39.99, AppConstants.J_BLOCH);
    commands.bookAddedToAuthor("Java Concurrency in Practice", 29.40, AppConstants.J_BLOCH);
    commands.bookAddedToAuthor("Patterns of Enterprise"
            + " Application Architecture", 54.01, AppConstants.M_FOWLER);
    commands.bookAddedToAuthor("Domain Specific Languages", 48.89, AppConstants.M_FOWLER);
    commands.authorNameUpdated(AppConstants.E_EVANS, "Eric J. Evans");

    // Query the database using QueryService
    var queries = new QueryServiceImpl();

    var nullAuthor = queries.getAuthorByUsername("username");
    var evans = queries.getAuthorByUsername(AppConstants.E_EVANS);
    var blochBooksCount = queries.getAuthorBooksCount(AppConstants.J_BLOCH);
    var authorsCount = queries.getAuthorsCount();
    var dddBook = queries.getBook("Domain-Driven Design");
    var blochBooks = queries.getAuthorBooks(AppConstants.J_BLOCH);

    LOGGER.info("Author username : {}", nullAuthor);
    LOGGER.info("Author evans : {}", evans);
    LOGGER.info("jBloch number of books : {}", blochBooksCount);
    LOGGER.info("Number of authors : {}", authorsCount);
    LOGGER.info("DDD book : {}", dddBook);
    LOGGER.info("jBloch books : {}", blochBooks);

    HibernateUtil.getSessionFactory().close();
}

  1. コマンドサービス：CommandServiceImplクラスは書き込み操作に使用されます。著者と本を作成し、著者に本を追加するメソッドを提供します。

  2. クエリサービス：QueryServiceImplクラスは読み取り操作に使用されます。著者と本の詳細を取得するメソッドを提供します。

この関心の分離により、アプリケーションがデータアクセスと操作を処理する方法に柔軟性がもたらされ、CQRSパターンの重要な側面となります。

プログラムの出力

17:37:56.040 [main] INFO  com.iluwatar.cqrs.app.App - Author username : null
17:37:56.040 [main] INFO  com.iluwatar.cqrs.app.App - Author evans : Author(name=Eric J. Evans, email=evans@email.com, username=eEvans)
17:37:56.041 [main] INFO  com.iluwatar.cqrs.app.App - jBloch number of books : 3
17:37:56.041 [main] INFO  com.iluwatar.cqrs.app.App - Number of authors : 3
17:37:56.041 [main] INFO  com.iluwatar.cqrs.app.App - DDD book : Book(title=Domain-Driven Design, price=60.08)
17:37:56.042 [main] INFO  com.iluwatar.cqrs.app.App - jBloch books : [Book(title=Effective Java, price=40.54), Book(title=Java Puzzlers, price=39.99), Book(title=Java Concurrency in Practice, price=29.4)]

Javaでコマンドクエリ責務分離パターンを使用する場合

  • eコマースプラットフォームや高トラフィックWebサイトなど、スケーラビリティと保守性のために読み取りおよび書き込み操作に異なるモデルを必要とするシステム。
  • 金融サービスやヘルスケアアプリケーションなど、オブジェクトの更新タスクがオブジェクトデータの読み取りタスクと大幅に異なる複雑なドメインモデル。
  • 読み取り操作のパフォーマンス最適化が重要であり、システムが読み取りと書き込みに異なるデータモデルまたはデータベースを使用することでメリットが得られ、データ取得の速度と精度が向上するシナリオ。

JavaにおけるCQRSパターンの実世界での応用

  • 分散システムおよびマイクロサービスアーキテクチャ。異なるサービスが読み取りと書き込みの責任を管理します。
  • イベントソースシステム。アプリケーションの状態への変更がイベントのシーケンスとして保存されます。
  • 高性能Webアプリケーション。読み取りおよび書き込みデータベースを分離して、負荷処理を最適化します。

コマンドクエリ責務分離パターンの利点とトレードオフ

利点

  • スケーラビリティ：読み取りおよび書き込みモデルを分離することで、それぞれの固有の要求に応じて個別にスケールできます。
  • 最適化：クエリ効率のための読み取りモデルとトランザクション整合性のための書き込みモデルの最適化が可能です。
  • 保守性：関心を分離することで複雑さが軽減され、よりクリーンで保守性の高いコードにつながります。
  • 柔軟性：要件に応じて、読み取り側と書き込み側で異なるテクノロジーを選択できる柔軟性を提供します。

トレードオフ

  • 複雑さ：特に整合性の維持において、読み取りモデルと書き込みモデル間の同期のために複雑さが増します。
  • オーバーヘッド：メリットが追加の複雑さを上回らない単純なシステムでは、過剰な機能となる可能性があります。
  • 学習曲線：効果的に実装するには、より深い理解と慎重な設計が必要であり、初期の学習曲線が長くなります。
  • イベントソーシング：CQRSと組み合わせて使用​​されることが多く、アプリケーション状態への変更がイベントのシーケンスとして保存されます。
  • ドメイン駆動設計（DDD）：CQRSは、DDDコンテキストにうまく適合し、明確な境界と関心の分離を提供します。
  • リポジトリ：データレイヤーを抽象化するために使用でき、コマンド側とクエリ側間のよりシームレスな統合を提供します。

参考文献とクレジット

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