「関心の分離」と「疎結合」 - ソフトウェアアーキテクチャのひとかけら

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April 01, 23

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「持続可能なソフトウェア」の探求がライフワーク。C#、.NET、WPFあたりが住処。Microsoft MVP for Development Technologies(2017/01〜)。

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各ページのテキスト
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「関心の分離」と「疎結合」 ソフトウェアアーキテクチャのひとかけら Atsushi Nakamura

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About Me 中村 充志 / Atsushi Nakamura • • • • リコージャパン株式会社 金融事業部所属 Enterprise系のITアーキテクト JavaからC#へ渡り歩く 趣味はXamarin • Blog http://www.nuits.jp • Blog(英語)https://blog.nuits.jp • Twitter @nuits_jp Copyright 2017 @nuits_jp

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「関心の分離」と「疎結合」 Today’s Goal

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Today’s Goal 1. ソフトウェア アーキテクチャの概略を理解いただく 2. 特に理解いただきたいこと 1. 関心(関心事)の分離 2. カプセル化 3. 密結合と疎結合 4. 疎結合を実現する代表的な手段 Xamarin.Forms Navigation Overview Slide 4

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「関心の分離」と「疎結合」 アーキテクトとは?

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アーキテクトとはなにか? class Class Model IT アーキテクチャ ≒ システム アーキテクチャ アプリケーション アーキテクチャ (≒ソフトウェア アーキテクチャ) 設計・構築する インフラストラクチャ アーキテクチャ ITアーキテクト インテグレーション アーキテクチャ Copyright 2017 @nuits_jp Slide 6

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アーキテクトとはなにか? class Class Model IT アーキテクチャ ≒ システム アーキテクチャ アプリケーション アーキテクチャ (≒ソフトウェア アーキテクチャ) 設計・構築する インフラストラクチャ アーキテクチャ ITアーキテクト インテグレーション アーキテクチャ Copyright 2017 @nuits_jp Slide 7

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「関心の分離」と「疎結合」 ソフトウェア アーキテクチャといえば何を思い浮かべますか? Copyright 2017 @nuits_jp

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ソフトウェア アーキテクチャといえば何を思い浮かべますか? 1. MVC 2. MVP 3. MVVM 4. MVPVM 5. クリーン アーキテクチャ 6. レイヤー アーキテクチャ 7. オニオン アーキテクチャ などなど これらはソフトウェア アーキテクチャの類型的なパターン群です Copyright 2017 @nuits_jp Slide 9

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ソフトウェア アーキテクチャとは何か? ソフトウェアアーキテクチャでは、ソフトウェア システムの構成に関する一連 の重要な判断を網羅しています。これには、システムを構成する要素とイン ターフェイスの選択、要素間のコラボレーションとして指定される動作、この ような構成と動作の要素のより大きなサブシステムに対する構成、この構成の 指針となるアーキテクチャスタイルが含まれます。また、機能性、ユーザビリ ティ、復元性、パフォーマンス、再利用性、理解できること、経済的な制約、 テクノロジの制約、トレードオフ、および外観への配慮も必要です。 by Philippe Kruchten, Grady Booch, Kurt Bittner, Rich Reitman Microsoft 「アプリケーション アーキテクチャ ガイド2.0」より引用 Copyright 2017 @nuits_jp Slide 10

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ソフトウェア アーキテクチャとは何か? アーキテクチャは、システムを大きなレベルで分解したもので、決定事項の変 更は困難です。システムには複数のアーキテクチャが存在し、アーキテクチャ にとって重要な事項はシステムの運用中に変化します。要するに、重要な要素 は、すべてアーキテクチャということになります。 by Martin Fowler Microsoft 「アプリケーション アーキテクチャ ガイド2.0」より引用 Copyright 2017 @nuits_jp Slide 11

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ソフトウェア アーキテクチャとは何か? ソフトウェアアーキテクチャとは、抽象化と問題の分割によって複雑性を減ら すことを主に念頭に置いたものである。ただし、今までのところ、「ソフト ウェアアーキテクチャ」という用語に関して、万人が合意した厳密な定義は存 在しない Wikipedia「ソフトウェアアーキテクチャ」より引用 Copyright 2017 @nuits_jp Slide 12

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とは言え、おおよその共通認識はある Copyright 2017 @nuits_jp Slide 13

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ソフトウェア アーキテクチャとは何か?かみ砕くと… 1. ソフトウェアアーキテクチャとは システムアーキテクチャのうち、ソフトウェア領域のアーキテク チャである この時「システム」とは「IT」だけではなく、それらを取り巻く 社会やビジネスを含めた「仕組み」を指すことも多い ※ 元来「System」とは制度・組織・体系・系統などのこと Copyright 2017 @nuits_jp

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ソフトウェア アーキテクチャとは何か?かみ砕くと… 2. ソフトウェア アーキテクチャとは 1. ソフトウェアにおける重要な決定事項全てである 2. その中でも特につぎの2点が重要 1. ソフトウェア全体を、どのように分割するか 2. 分割した部分同士を、どのように相互作用させるか Copyright 2017 @nuits_jp

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ソフトウェア アーキテクチャとは何か?かみ砕くと… 3. ソフトウェアアーキテクチャを構築するのはなぜか? • 「システムの実現をサポートする」 • 「持続可能なソフトウェア」を • 「バランスよく」構築するため 4. ソフトウェアアーキテクチャのバランスとは? 1. Quality(機能・非機能) 2. Cost 3. Delivery(開発期間) 特にアーキテクチャは非機能要求から受ける影響が大きい Copyright 2017 @nuits_jp

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「関心の分離」と「疎結合」 Again, today’s Goal Copyright 2017 @nuits_jp

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Today’s Goal 1. ソフトウェア アーキテクチャの概略を理解いただく 2. 特に理解いただきたいこと 1. 関心(関心事)の分離 2. カプセル化 3. 密結合と疎結合 4. 疎結合を実現する代表的な手段 Xamarin.Forms Navigation Overview Slide 18

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Today’s Goal 1. ソフトウェア アーキテクチャの概略を理解いただく 2. 特に理解いただきたいこと 1. 関心(関心事)の分離 2. カプセル化 3. 密結合と疎結合 4. 疎結合を実現する代表的な手段 Xamarin.Forms Navigation Overview Slide 19

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「関心の分離」と「疎結合」 関心(関心事)の分離 Copyright 2017 @nuits_jp

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Separation of Concerns さて、アーキテクチャとは「どう分割し、どう結合するか」が重要 だとお話ししました。 その観点で非常に重要な概念として Separation of Concerns(SoC):関心(関心事)の分離 という考え方があります。 プログラムは異なる関心事は、異なる部分に分離せよという設計原 則です。 Copyright 2017 @nuits_jp

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MVC, MVP, MVVM, MVPVM, … たとえば、MVC・MVP・MVVMなども、ある「何かと何か」の関心 を分離するための仕組みです。 Binding & Command Update Notification Notification Copyright 2017 @nuits_jp Slide 22

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MVC, MVP, MVVM, MVPVM, … MVC・MVP・MVVMなどはつぎの二つの関心事を分離するものです。 • プレゼンテーション • プレゼンテーション以外 Binding & Command Update Notification Notification プレゼンテーション Copyright 2017 @nuits_jp その他 Slide 23

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なぜプレゼンテーションを分離するのか? いくつか明確な理由があります。 1. プレゼンテーションは専門性が高い →プレゼンテーションのみを分業できる仕組みを用意したい 2. 一般的にコードによるテストが困難である →プレゼンテーション以外はコードによるテストを行いたい こう言った理由から、プレゼンテーションとそれ以外を分離して設計する 考え方を「Presentation Domain Separation(PDS)」と言います。 Copyright 2017 @nuits_jp Slide 24

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MVC, MVP, MVVM, MVPVM, … is PDS Presentation Domain Separation:PDS Copyright 2017 @nuits_jp Slide 25

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MVC, MVP, MVVM, MVPVM, … is PDS 目的 Presentation Domain Separation:PDS 手段 Copyright 2017 @nuits_jp Slide 26

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PDS is SoC Separation of Concerns:SoC Presentation Domain Separation:PDS Copyright 2017 @nuits_jp Slide 27

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PDS is SoC 目的 Separation of Concerns:SoC Presentation Domain Separation:PDS 手段 Copyright 2017 @nuits_jp Slide 28

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プレゼンテーション以外の関心は? Copyright 2017 @nuits_jp Slide 29

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ところで 多くのソフトウェアのプレゼンテーションと、それ以外の比率は プレゼンテーション < それ以外 です。 Binding & Command Update Notification Notification その他 プレゼンテーション Copyright 2017 @nuits_jp Slide 30

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これらの概念だけでは足りない 目的 Separation of Concerns:SoC Presentation Domain Separation:PDS 手段 何かがここに必要! 何が必要なのか? Copyright 2017 @nuits_jp Slide 31

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ケースバイケースで銀の弾丸はない Copyright 2017 @nuits_jp Slide 32

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とはいえ参考となるものは存在する 1. Domain Driven Design(ドメイン駆動設計) 2. レイヤー アーキテクチャ 3. クリーン アーキテクチャ 4. Microsoft アプリケーション アーキテクチャ ガイド2.0 など Copyright 2017 @nuits_jp Slide 33

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ここからはモデルケースを見ながら進めます Copyright 2017 @nuits_jp Slide 34

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題材 【要求】 • 端末の位置情報を利用し、周辺のレストラン一覧を表示する • レストラン情報は「リクルートWEBサービス」のグルメサー チAPIを利用させていただく https://webservice.recruit.co.jp/hotpepper/reference.html • コンソールアプリケーションとして実装する 【制限事項】 • Unit Testの実装例はごく一部に限らせていただきます 【ソースコード】 https://github.com/nuitsjp/SoC-and-Loosely-Coupled Copyright 2017 @nuits_jp Slide 35

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関心の分離方針 全体としてはレイヤー アーキテクチャを採用 Presentation • プレゼンテーション層 • ユーザーインターフェース(コンソール)を実現する Usecase • ビジネスロジック層 • ユースケース単位でクラスを分割 • 今回は「周辺のレストランを探す」ユースケースのみ Integration • プログラム外との統合するための層 • 現在地座標の取得と、指定座標のレストラン情報の取 得の2種類に分割 Copyright 2017 @nuits_jp Slide 36

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それではコードを見てみましょう! Copyright 2017 @nuits_jp Slide 37

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現在の構造 class Class Model Presentation RestauranListConsole Usecase FindRestaurants + FindNearbyRestaurantsAsync(): GourmetSearchResult Integration GourmetSearchResult GourmetService + GeoCoordinator SearchGourmetInfosAsync(): GourmetSearchResult Copyright 2017 @nuits_jp Slide 38

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NGポイント:関心の未分離 Copyright 2017 @nuits_jp Slide 39

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NGポイント:関心の未分離 class Class Model Presentation RestauranListConsole Usecase FindRestaurants + FindNearbyRestaurantsAsync(): GourmetSearchResult Integration GourmetSearchResult GourmetService + GeoCoordinator SearchGourmetInfosAsync(): GourmetSearchResult Copyright 2017 @nuits_jp Slide 40

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関心をカプセル化する Copyright 2017 @nuits_jp Slide 41

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めざす姿 class Class Model Presentation RestauranListConsole ③ Usecase Restaurant FindRestaurants + FindNearbyRestaurantsAsync(): IList<Restaurant> ② Integration GourmetInfo GourmetService + GeoCoordinator SearchGourmetInfosAsync(): IList<GourmetInfo> ① GourmetSearchResult Copyright 2017 @nuits_jp Slide 42

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現在の構造 class Class Model Presentation RestauranListConsole Usecase Restaurant FindRestaurants + FindNearbyRestaurantsAsync(): IList<Restaurant> Integration GourmetInfo GourmetService + GeoCoordinator SearchGourmetInfosAsync(): IList<GourmetInfo> GourmetSearchResult Copyright 2017 @nuits_jp Slide 43

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NGポイント:密結合 Copyright 2017 @nuits_jp Slide 44

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NGポイント:密結合 class Class Model Presentation RestauranListConsole Usecase Restaurant FindRestaurants + FindNearbyRestaurantsAsync(): IList<Restaurant> Integration GourmetInfo GourmetService + GeoCoordinator SearchGourmetInfosAsync(): IList<GourmetInfo> GourmetSearchResult Copyright 2017 @nuits_jp Slide 45

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NGポイント:密結合 class Class Model new FindRestaurants + FindNearbyRestaurantsAsync(): IList<Restaurant> GourmetService + SearchGourmetInfosAsync(): IList<GourmetInfo> use • クラスとクラスが直接依存関係にある • 各レイヤー間が密結合状態となっている Copyright 2017 @nuits_jp Slide 46

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NGポイント:密結合 class Class Model Presentation RestauranListConsole Usecase Restaurant FindRestaurants + FindNearbyRestaurantsAsync(): IList<Restaurant> Integration GourmetInfo GourmetService + GeoCoordinator SearchGourmetInfosAsync(): IList<GourmetInfo> GourmetSearchResult Copyright 2017 @nuits_jp Slide 47

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なぜ密結合が悪いのか? 一般論 • 利用者側が、依存先の影響を強く受ける • 結果、保守性・拡張性が低下する Copyright 2017 @nuits_jp Slide 48

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NGポイント:密結合 class Class Model Presentation RestauranListConsole Usecase Restaurant FindRestaurants + FindNearbyRestaurantsAsync(): IList<Restaurant> Integration GourmetInfo GourmetService + GeoCoordinator SearchGourmetInfosAsync(): IList<GourmetInfo> GourmetSearchResult Copyright 2017 @nuits_jp Slide 49

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NGポイント:密結合 class Class Model Presentation RestauranListConsole Usecase Restaurant FindRestaurants + FindNearbyRestaurantsAsync(): IList<Restaurant> Integration GourmetInfo GourmetService + GeoCoordinator SearchGourmetInfosAsync(): IList<GourmetInfo> GourmetSearchResult Copyright 2017 @nuits_jp Slide 50

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閑話:Unit Test Copyright 2017 @nuits_jp Slide 51

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テストが難しいクラス class Class Model テストコード テスト対象 Copyright 2017 @nuits_jp 依存先 Slide 52

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テストが難しいクラス class Class Model テストコード テスト対象 Copyright 2017 @nuits_jp 依存先 Slide 53

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テストが難しいクラス class Class Model テストコード テスト対象 依存先 • 依存先がテストを困難にする要素を持っている • 時間 • 位置情報 • ネットワーク • 大量の再依存クラス • など Copyright 2017 @nuits_jp Slide 54

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依存先を置き換え可能にする class Class Model テストコード «interface» 依存先 テスト対象 依存先 Copyright 2017 @nuits_jp テスト用の偽物 Slide 55

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依存先を置き換え可能にする class Class Model テストコード «interface» 依存先 テスト対象 依存先 Copyright 2017 @nuits_jp テスト用の偽物 Slide 56

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依存先を置き換え可能にする class Class Model テストコード Driver «interface» 依存先 テスト対象 依存先 Copyright 2017 @nuits_jp テスト用の偽物 Slide 57

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依存先を置き換え可能にする class Class Model テストコード «interface» 依存先 テスト対象 依存先 テスト用の偽物 Stub Fake Mock Copyright 2017 @nuits_jp Slide 58

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閑話終了 疎結合を目指す Copyright 2017 @nuits_jp Slide 59

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疎結合を実現する class Class Model FindRestaurants + «interface» IGourmetService FindNearbyRestaurantsAsync() + 利用者がインターフェースにのみ 依存している状態を目指す SearchGourmetInfosAsync() GourmetService + Copyright 2017 @nuits_jp SearchGourmetInfosAsync() Slide 60

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疎結合の実現 その1 インターフェースの抽出 Copyright 2017 @nuits_jp Slide 61

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インターフェースの抽出結果 class Class Model FindRestaurants + FindNearbyRestaurantsAsync() «interface» IGourmetService use + SearchGourmetInfosAsync() new 利用箇所の依存性は分離できたが インスタンス生成箇所がクラスに 依存している。 GourmetService + Copyright 2017 @nuits_jp SearchGourmetInfosAsync() Slide 62

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解決方法は二つ 1. Dependency Injectionパターン 2. Service Locatorパターン Copyright 2017 @nuits_jp Slide 63

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解決方法は二つ 1. Dependency Injectionパターン 2. Service Locatorパターン Copyright 2017 @nuits_jp Slide 64

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インターフェースの抽出結果 class Class Model FindRestaurants + FindNearbyRestaurantsAsync() «interface» IGourmetService use + SearchGourmetInfosAsync() new 利用箇所の依存性は分離できたが インスタンス生成箇所がクラスに 依存している。 GourmetService + Copyright 2017 @nuits_jp SearchGourmetInfosAsync() Slide 65

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疎結合の実現 その2 依存性の注入 Copyright 2017 @nuits_jp Slide 66

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疎結合の実現 class Class Model FindRestaurants + FindNearbyRestaurantsAsync() «interface» IGourmetService use + SearchGourmetInfosAsync() injection Program GourmetService new Copyright 2017 @nuits_jp + SearchGourmetInfosAsync() Slide 67

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Unit Testを書いてみよう! Copyright 2017 @nuits_jp Slide 68

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Dependency Injection 面倒ですよね? Copyright 2017 @nuits_jp Slide 69

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Dependency Injection Containerを使おう! Copyright 2017 @nuits_jp Slide 70

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「関心の分離」と「疎結合」 まとめ Copyright 2017 @nuits_jp

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まとめ ① 1. ソフトウェア アーキテクチャとは 1. 重要な決定事項の全てがアーキテクチャ 2. 特にその中でも次の2点が重要 1. 全体をどう部分に分割するか 2. ソフトウェア内部と外部、部分と部分をどう結合し、どう 相互作用させるか Copyright 2017 @nuits_jp

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まとめ ② 1. 関心の分離 分割する際「関心の分離(SoC)」を実現すること 2. カプセル化 分割された対象は、依存先の関心を内部にカプセル化すること 3. 密結合と疎結合 分割された対象間は、密結合しないよう疎結合を保つこと 4. 疎結合を実現する代表的な手段 インターフェースを活用し疎結合を実現すること その際、結合はDependency Injection Patternなどを利用すること Copyright 2017 @nuits_jp

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まとめ ③ これらを実践するにあたり、いくつかのツールを紹介した • Unit Testの実施 → Unit Test Frameworkを利用しよう • Unit Test時のMockについて → Mock生成をサポートするライブラリを使おう • Dependency Injection Pattern → Dependency Injection Containerを使うと良い Copyright 2017 @nuits_jp Slide 74

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Thank You! Any Questions?