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はじめてのDuct

Blog 開発

　SPEEDA開発の中村です。今回の内容は，弊社主催のclj-ebisu #2で発表した「実践Duct（仮）」です。 ClojureのサーバサイドフレームワークDuctを業務で使って学んだことを紹介します。 connpass.com 勉強会で発表した資料はこちらです。

　はじめに，Ductのコアで使われているフレームワークIntegrantを紹介し， サーバサイドでIntegrantを使って感じた課題についてお話しします。 次に，課題に役立つDuctのmoduleのしくみと作り方を説明します。 想定読者は，Clojureを書いたことがあってDuctを使ったことがない方です。

Integrantのつかいかた

　Integrantは，アプリケーションのモジュール構成をmapやednのようなデータで表現するためのDIフレームワークの一種です。 Integrantは，アプリケーション起動時にデータが示すモジュールの依存関係を解決し，アプリケーションを初期化します。 Integrantのドキュメントでは，データで構造が表現されたアプリケーションをデータドリブンアーキテクチャと呼んでいます。

　まず，例題を通してIntegrantのイメージをつかみましょう。とりあげる例題は，ヘルスチェックを行うringサーバのハンドラを初期化する処理です。 get-healthは引数に与えられたURL先のステータスを問い合わせる関数と考えてください。

(def endpoint “http://localhost/health”)

(defn handler [request]
  (get-health endpoint))

(defn -main []
  (jetty/run-jetty handler {:port 3000}))

なんてことはないプレーンなコードですが，変数や関数のスコープが必要以上に大きいという問題があります。 mainはhandlerに，handlerはendpointに依存しており，本来mainからendpointが見える必要はありません。 しかし，mainとendpointがグローバルなスコープを持っているため，お互いに参照できるようになっています。 関数のスコープは呼び出される関数だけから見える大きさで十分です。

　Integrantは，このスコープと依存解決の問題をクロージャで解決します。 次の2つのコードは上のコードをIntegrantで再実装したものです。 この2つのコードは，上段がdefmethodで囲まれたモジュールの実装で，下段がモジュール間の依存関係の定義するednです。 依存するオブジェクトをdispatchの引数として関数に与えることで，Integrantはスコープを小さくします。

(defmethod ig/init-key :ebisu/hanlder
  [_ endpoint]
  (fn [request] (get-health endpoint)))

(defmethod ig/init-key :ebisu/jetty
  [_ {:keys [handler] :as options}]
  (jetty/run-jetty handler options))

{:ebisu/handler “http://localhost/health”
 :ebisu/jetty {:handler #ig/ref :ebisu/handler
               :port 3000}}

　この依存関係を宣言するednが，コンフィグレーションマップと呼ばれるアプリケーションの構造を定義するデータです。 マップの最上位の各キーはそれぞれモジュールであり，キーの値はモジュールの初期化に必要な別モジュールや値です。 #ig/refを使えば別のキーワードを参照できます。 ここでは，ハンドラはURLに依存し，jettyサーバはハンドラとポート番号に依存するという関係があります。

　アプリケーションを初期化するには，コンフィグレーションマップをintegrant.core/initに渡します。

(integrant.core/init 
  (integrant.core/read-string (slurp "config.edn")))

initは，最上位のキーの値がマルチメソッドの返り値に置き換わったマップを返します。 上の例であれば，initは，マップにある:ebisu/handlerがget-healthを本体で呼び出す高階関数に置き換わったマップを返します。

　余談ですが，IntegrantもDuctもClojureのライブラリをたくさん作られているweavejester先生の作品です。 本稿ではDuctより先にIntengrantについて説明しますが，IntegrantはDuctより後に生まれたフレームワークです。 Integrantが担っているDuctの機能には，もともとComponentが使われていました。 後に，先生は何かに不満を覚えたのか，Componentを使っていた部分をIntegrantに置き換えました。

Integrantなせかい

　これまでみたように，Integrantは，モジュールの実装(defmethodの本体)とアプリケーションの構造(コンフィグレーションマップ)にプログラムを分離します。 次は，分割の後ろにある考え方を説明します。

　Integrantは，Arachneから影響を受けて作られたため，Arachneの考えを受け継いでいます。 Arachneの世界観を詳しく知りたい方は，Clojure eXchange 2016での作者によるプレゼンテーションを観るとよいでしょう。 プレゼン前半のテーマは，フレームワークとライブラリの違いです。 自分たちのコードを呼び出す側にあるのがフレームワークで呼び出される側にあるのがライブラリ， そしてフレームワークはアプリケーションの構造を規定する，という主張でした。 テーマの後ろには制御の反転やハリウッドの法則があります。

　IntegrantはArachneのアイデアをベースにしているので，Integrantにも，アプリケーションの構造を定義する役割があります。 モジュールを指すシグネチャがあれば，アプリケーションの構造（モジュールの依存関係）を宣言できます。 モジュールの実装はアプリケーションを実際に起動するまでいりません。 このように，モジュールの実装とモジュール間の依存関係は別の関心事とみなせることができます。 それゆえに，関心の分離にしたがって，Integrantは，モジュールの実装とモジュールの依存関係をマルチメソッドとコンフィグレーションマップに分けています。

Integrantでこまること

　弊社では，Clojureで作るものは主にWebアプリケーションです。 Webアプリケーションには，ルーティングやDBアクセスなどドメインを問わず実装すべきものがあります。 フルスタック系のWebフレームワークであればこれらをサポートしているものもありますが，Integrantにはありません。 使いたい機能があれば，自分でそれをIntegrantのモジュールにする必要があります。

Ductのmodule

　DuctはIntegrantをベースとするサーバサイドのフレームワークです。 フレームワークとしてIntegrantと同じ役割を果たし， module1と呼ばれる形式でアプリケーションを問わずよく使われる機能を提供しています。 moduleを使えば，Integrantで必要だったボイラープレートコードを減らせることができます。 有名なmoduleはductのリポジトリのREADMEで紹介されています。 github.com

Ductでこまること

　上のサイトを見た方は気づいたかと思いますが，執筆時点においてmoduleの数は多くありません。 moduleを使えばボイラープレートコードを減らすことができますが，なければどうしようもありません。 アプリケーション間で再利用したいコードがあり，その機能を担うmoduleがないのであれば，moduleを自分で作るしかないでしょう。

　ところが，module同様に，moduleを作るための参考資料もまた少ないのです。 いざmoduleを自作してみようとしたところ，情報が少なくて困りました。 そこで，moduleの作成する上で知っておくと役立つmoduleの振る舞いと作り方について紹介します。

Ductによるコンフィグレーションマップの展開

　moduleのしごとは，アプリケーションのig/init-keyマルチメソッドを呼び出す前にコンフィグレーションマップにエントリを追加したり， 追加したエントリに対応する実装（マルチメソッド）を提供したりすることです。 Integrantではアプリケーションの初期化手順は

  1. (read step) コンフィグレーションマップを読み込み
  2. (init step) init-keyマルチメソッドを呼び出す

という2手順に分解できます。 Ductにはread stepとinit stepの間にprep stepがあり，prep stepでコンフィグレーションマップが展開されます。

　一例として，logging moduleが，コンフィグレーションマップを書き換える過程を追ってみましょう。 moduleは，自分たちで作るモジュールと同様，Integrantのキーワードにすぎません。 logging moduleの場合は:duct.module/loggingです。 以下では，devで開発環境用のコンフィグレーションマップを読み込んで初期化処理をread stepまで進めています。

$ cat resources/ebius/config.edn
{:duct.module/logging {}
  ...}
$ lein repl
user => (dev)
:loaded

　次にprepでprep stepまで進めます。 configを評価すると展開後のコンフィグレーションマップを確認できます。

(dev) => (prep)
:prepped
dev => (pprint config)
{:duct.logger/timbre {:level :debug,
                             :appenders {: ...}
 :duct.logger.timbre/spit {:fname “logs/..”}
 :duct.module/logging {}
 ...}

コンフィグレーションマップにログのレベルや出力先が追加されました。 logging moduleはロギングライブラリtimbreを利用するため，追加されたキーワードにはtimbreが含まれています。

　最後にgoを呼び出すことで，展開後のコンフィグレーションマップに従い初期化されたWebサーバが起動します。

(go)
:duct.server.http.jetty/starting-server
{:port 3000}
:initiated

Ductのmoduleのつくりかた

　ここまでで，外から見たmoduleの振る舞いを確認しました。 次は，Google pubsubを非同期pullで購読するためのmoduleの実装duct.module/messageを作り，moduleの振る舞いの実装方法を紹介します。

　例題で扱うのは，公式のpull サブスクライバー ガイドにあるjavaコードです。 プロジェクトIDとサブスクリプションIDで指定したキューからのメッセージの受け取り処理を開始するプログラムです。 このJavaコードは，Clojureで次のように書き直せます。

(def s-name // -> moduleに
  (SubscriptionName/create “project-id” “subscription-id”))

(def receiver // -> ig/init
  (reify MessageReceiver
    (receiveMessage [this message consume]
      (println (. message getData)))))

(def subscriber
  (Subscriber/newBuilder s-name receiver))

(. (. subscriber build) startAsync) // -> protocol

s-nameで購読するキューを指定，receiverでメッセージを処理し， subscriberが受信したメッセージをreceiverに渡しています。 moduleが担う処理はドメインを問わず行うべき処理なので，s-nameを文字列から作る処理をmodule化することを目指しましょう。

　leiningenプロジェクトをDuctのmoduleにするには，srcに以下のようなマップが書かれたファイルduct_hierarchy.ednを作る必要があります。

{:duct.module/message [:duct/module]}

コンフィグレーションマップのキーワード間には継承関係を定義でき， これにより，クラスの継承と同じ考え方でコンフィグレーションマップの抽象度を上げることができます。 全てのmoduleのキーワードは，:duct/moduleを継承する必要があり， 上のコードはduct.module/messageがduct/moduleの子キーワードであることを宣言しています。

　prep stepでは，duct/moduleを継承するキーワードのマルチメソッドが呼ばれます。 このマルチメソッドは次のように:fnをキーとするマップを返す必要があります。

(defmethod ig/init-key :duct.module/message
  [_ options]
  {:fn (fn [config]
    (core/merge-configs
      config ; ユーザが書いたコンフィグレーションマップ
        {:duct.message/pubsub ; 追加するキー
          {:logger (ig/ref :duct/logger)}}))})

:fnの設定すべき値は，コンフィグレーションマップを受取り新しいコンフィグレーションマップを返す関数です。 prep stepでのコンフィグレーションマップの書き換えは，:fnの関数適用の結果です。 上のコードは，ユーザが定義したコンフィグレーションマップに:duct.message/pubsubをキーとするエントリを追加しています。 merge-configsは引数に渡されたマップをマージし，マージ後のマップを返します。

　コンフィグレーションマップに追加したキーワード:duct.message/pubsubを追加したので， moduleには，このキーワードのマルチメソッドも含める必要があります。

(defmethod ig/init-key :duct.message/pubsub
  [_ {:keys [p-id s-id] :as opt}]
  (assoc
    opt
    :s-name
    (SubscriptionName/create p-id s-id)))

購読したいキューを指定するにはプロジェクトIDとサブスクリプションIDが必要なので， ユーザにはduct.message/pubsubの値にIDを書いてもらうようにします。 これでmoduleの出来上がりです。

　最後に，作ったmoduleを実際に使ってみます。 まず，キューのIDとmoduleのキーワードを含んだコンフィグレーションマップを作ります。

{:duct.message/pubsub {:p-id "project-id"
                       :s-id "subscription-id"}
 :duct.module/message {}
 :ebisu.boundary/message #ig/ref :duct.message/pubsub}

マルチメソッドでは，コールバックと購読の開始処理を書いています。 s-nameには，moduleにあるSubscriptionName/createの返り値が渡ります。

(defprotocol Receiver
  (start [this])
  (stop [this]))

(defrecord PubSubReceiver [subscriber]
    Receiver
    (start [this]
      (. subscriber startAsync))
    (stop [this]
        (. subscriber stopAsync)))

(defmethod ig/init-key :clj-ebis2.boundary/message [_ {:keys [s-name]}]
  (let [subscriber (. (Subscriber/newBuilder
                       subscription-name
                       (reify MessageReceiver
                         (receiveMessage [this message consumer]
                           (println (.. message getData toStringUtf8))
                           (. consumer ack)))) build)]
    (let [receiver (->PubSubReceiver subscriber)]
      (start receiver)
      receiver)))

参考資料

  1. Duct Framework and supporting libraries
  2. Arachne: building a framework in Clojure
  3. Productive Duct
  4. Enter Integrant: a micro-framework for data-driven architecture with James Reeves
  5. Duct, Covered
  1. 本稿の前半でモジュールと表現しているIntengrantのマルチメソッドとは異なるものなので，英語表記にして両者を区別します。↩

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