Unit of Work – Паттерны Объектно-Реляционной логики (PoEAA)

Почему нужно использовать Unit Of Work и Repository

В приложениях часто юзается шаблон Repository для инкапсуляции логики работы с БД. Часто приходится оперировать множеством сущностей и моделей, для управления которыми создается также большое количество репозиториев. Паттерн Unit of Work помогает упростить работу с различными репозиториями и дает уверенность, что все репозитории будут использовать один и тот же DbContext.

Так же использование шаблона Репозиторий и UoW позволяет создать правильную структуру для развертывания приложения и внедрения DI практик которые в том числе помогают в тестировании проекта:

Паттерн Unit of Work как правило не является полностью самостоятельным, обычно тесно связан с паттерном Identity Map и Metadata Mapping, которые реализованы внутри DbContext'a (если вы используете Entit Framework). Вдаваться в подробности реализации контекста не буду. Опишу пару слов про эти шаблоны PoeAA:

Identity Map — реализует сохранение карты созданных объектов, взятых из стореджа с тем чтобы гарантировать что одна единица информации из хранилища представлена ровно одним экземпляром объекта данных в приложении. Это помогает избежать конфликтов изменений т.к. не допускает ситуации когда два объекта, представляющих один и тот же элемент данных в хранилище, изменены по-разному (по сути реализует уровень изоляции во избежание коллизий данных) 

Metadata Mapping — Поскольку для вычисления разницы (и определения того что и каким образом что и где должно быть изменено в хранилище (Tracking Changes) ) необходимо знать какие данные и как именно хранятся в объектах - как правило это реализуется с помощью MetaData Mapping паттерна, описывающего связь между содержимым БД (к примеру таблицами и столбцами базы данных) и классами / свойствами объектов.

Реализация паттерна Unit of Work на C#

Прежде чем рассмотреть реализацию UoW, нам нужно рассмотреть реализацию репозитория. Паттерн Репозиторий и его реализация описана тут, по этому не буду повторятся и приведу лишь интерфейс:

   /// <summary>
    /// Generic repository provide all base needed methods (CRUD)
    /// </summary>
    public interface IGenericRepository<T> where T : class
    {
        /// <summary>
        /// Persists all updates to the data source
        /// </summary>
        void SaveChanges();

        /// <summary>
        /// Persists all updates to the data source async
        /// </summary>
        Task SaveChangesAsync();

        /// <summary>
        /// Get first entity by predicate 
        /// </summary>
        /// <param name="predicate">LINQ predicate</param>
        /// <returns>T entity</returns>
        T First(Expression<Func<T, bool>> predicate);

        /// <summary>
        /// Get first entity by predicate 
        /// </summary>
        /// <param name="predicate"></param>
        /// <returns>T entity</returns>
        T FirstOrDefault(Expression<Func<T, bool>> predicate);

        /// <summary>
        /// Get first entity
        /// </summary>
        /// <returns>T entity</returns>
        T FirstOrDefault();

        /// <summary>
        /// Get first entity async
        /// </summary>
        /// <returns>T entity</returns>
        Task<T> FirstOrDefaultAsync();

        /// <summary>
        /// Get all queries
        /// </summary>
        /// <returns>IQueryable queries</returns>
        IQueryable<T> GetAll();

        /// <summary>
        /// Find queries by predicate (where logic)
        /// </summary>
        /// <param name="predicate">Search predicate (LINQ)</param>
        /// <returns>IQueryable queries</returns>
        IQueryable<T> FindBy(Expression<Func<T, bool>> predicate);

        /// <summary>
        /// Find queries by predicate
        /// </summary>
        /// <param name="predicate">Search predicate (LINQ)</param>
        /// <returns>IQueryable queries</returns>
        bool Any(Expression<Func<T, bool>> predicate);

        /// <summary>
        /// Find entity by keys
        /// </summary>
        /// <param name="keys">Search key</param>
        /// <returns>T entity</returns>
        T Find(params object[] keys);

        /// <summary>
        /// Add new entity
        /// </summary>
        /// <param name="entity">Entity object</param>
        void Add(T entity);

        /// <summary>
        /// Add new entities
        /// </summary>
        /// <param name="entities">Entity collection</param>
        void AddRange(IEnumerable<T> entities);

        /// <summary>
        /// Remove entity from database
        /// </summary>
        /// <param name="entity">Entity object</param>
        void Delete(T entity);

        /// <summary>
        /// Remove entities from database
        /// </summary>
        /// <param name="entity">Entity object</param>
        void DeleteRange(IEnumerable<T> entity);

        /// <summary>
        /// Update entity
        /// </summary>
        /// <param name="entity">Entity object</param>
        void Update(T entity);

        /// <summary>
        /// Order by
        /// </summary>
        IOrderedQueryable<T> OrderBy<K>(Expression<Func<T, K>> predicate);

        /// <summary>
        /// Order by
        /// </summary>
        IQueryable<IGrouping<K, T>> GroupBy<K>(Expression<Func<T, K>> predicate);

        /// <summary>
        /// Remove range of given entities
        /// </summary>
        void RemoveRange(IEnumerable<T> entities);
    }

Реализацию Unit of Work я позаимствовал у юзера Arch в  гитхабе. И немножко улучшил его.

Давайте рассмотрим для начала интерфейсы.

IUnitOfWork и UnitOfwork<TContext>

  /// <summary>
    /// Defines the interface(s) for generic unit of work.
    /// </summary>
    public interface IUnitOfWork<TContext> : IUnitOfWork where TContext : DbContext
    {
        /// <summary>
        /// Gets the db context.
        /// </summary>
        /// <returns>The instance of type <typeparamref name="TContext"/>.</returns>
        TContext DbContext { get; }

        /// <summary>
        /// Saves all changes made in this context to the database with distributed transaction.
        /// </summary>
        /// <param name="ensureAutoHistory"><c>True</c> if save changes ensure auto record the change history.</param>
        /// <param name="unitOfWorks">An optional <see cref="IUnitOfWork"/> array.</param>
        /// <returns>A <see cref="Task{TResult}"/> that represents the asynchronous save operation. The task result contains the number of state entities written to database.</returns>
        Task<int> SaveChangesAsync(bool ensureAutoHistory = false, params IUnitOfWork[] unitOfWorks);
    }
    /// <summary>
    /// Defines the interface(s) for unit of work.
    /// </summary>
    public interface IUnitOfWork : IDisposable
    {
        /// <summary>
        /// Changes the database name. This require the databases in the same machine. NOTE: This only work for MySQL right now.
        /// </summary>
        /// <param name="database">The database name.</param>
        /// <remarks>
        /// This only been used for supporting multiple databases in the same model. This require the databases in the same machine.
        /// </remarks>
        void ChangeDatabase(string database);

        /// <summary>
        /// Gets the specified repository for the <typeparamref name="TEntity"/>.
        /// </summary>
        /// <param name="hasCustomRepository"><c>True</c> if providing custom repositry</param>
        /// <typeparam name="TEntity">The type of the entity.</typeparam>
        /// <returns>An instance of type inherited from <see cref="IGenericRepository{TEntity}"/> interface.</returns>
        IGenericRepository<TEntity> GetRepository<TEntity>(bool hasCustomRepository = false) where TEntity : class;

        /// <summary>
        /// Saves all changes made in this context to the database.
        /// </summary>
        /// <param name="ensureAutoHistory"><c>True</c> if sayve changes ensure auto record the change history.</param>
        /// <returns>The number of state entries written to the database.</returns>
        int SaveChanges(bool ensureAutoHistory = false);

        /// <summary>
        /// Asynchronously saves all changes made in this unit of work to the database.
        /// </summary>
        /// <param name="ensureAutoHistory"><c>True</c> if save changes ensure auto record the change history.</param>
        /// <returns>A <see cref="Task{TResult}"/> that represents the asynchronous save operation. The task result contains the number of state entities written to database.</returns>
        Task<int> SaveChangesAsync(bool ensureAutoHistory = false);

        /// <summary>
        /// Executes the specified raw SQL command.
        /// </summary>
        /// <param name="sql">The raw SQL.</param>
        /// <param name="parameters">The parameters.</param>
        /// <returns>The number of state entities written to database.</returns>
        int ExecuteSqlCommand(string sql, params object[] parameters);

        /// <summary>
        /// Uses raw SQL queries to fetch the specified <typeparamref name="TEntity"/> data.
        /// </summary>
        /// <typeparam name="TEntity">The type of the entity.</typeparam>
        /// <param name="sql">The raw SQL.</param>
        /// <param name="parameters">The parameters.</param>
        /// <returns>An <see cref="IQueryable{T}"/> that contains elements that satisfy the condition specified by raw SQL.</returns>
        IQueryable<TEntity> FromSql<TEntity>(string sql, params object[] parameters) where TEntity : class;

        /// <summary>
        /// Uses TrakGrap Api to attach disconnected entities
        /// </summary>
        /// <param name="rootEntity"> Root entity</param>
        /// <param name="callback">Delegate to convert Object's State properities to Entities entry state.</param>
        void TrackGraph(object rootEntity, Action<EntityEntryGraphNode> callback);
    }

Реализация IUnitOfWork<TContext> в данном случае нужна для поддержки нескольких БД. Если в вашем случае это не нужно, можно упустить его реализацию

Реализация UnitOfWork выглядит следующим образом:

    /// <summary>
    /// Represents the default implementation of the <see cref="IUnitOfWork"/> and <see cref="IUnitOfWork{TContext}"/> interface.
    /// </summary>
    /// <typeparam name="TContext">The type of the db context.</typeparam>
    public class UnitOfWork<TContext> : IRepositoryFactory, IUnitOfWork<TContext>, IUnitOfWork where TContext : DbContext
    {
        private bool _disposed;
        private Dictionary<Type, object> _repositories;

        /// <summary>
        /// Initializes a new instance of the <see cref="UnitOfWork{TContext}"/> class.
        /// </summary>
        /// <param name="context">The context.</param>
        public UnitOfWork(TContext context)
        {
            DbContext = context ?? throw new ArgumentNullException(nameof(context));
        }

        /// <summary>
        /// Gets the db context.
        /// </summary>
        /// <returns>The instance of type <typeparamref name="TContext"/>.</returns>
        public TContext DbContext { get; }

        /// <summary>
        /// Changes the database name. This require the databases in the same machine. NOTE: This only work for MySQL right now.
        /// </summary>
        /// <param name="database">The database name.</param>
        /// <remarks>
        /// This only been used for supporting multiple databases in the same model. This require the databases in the same machine.
        /// </remarks>
        public void ChangeDatabase(string database)
        {
            var connection = DbContext.Database.GetDbConnection();
            if (connection.State.HasFlag(ConnectionState.Open))
            {
                connection.ChangeDatabase(database);
            }
            else
            {
                var connectionString = Regex.Replace(connection.ConnectionString.Replace(" ", ""), @"(?<=[Dd]atabase=)\w+(?=;)", database, RegexOptions.Singleline);
                connection.ConnectionString = connectionString;
            }

            // Following code only working for mysql.
            var items = DbContext.Model.GetEntityTypes();
            foreach (var item in items)
            {
                if (item.Relational() is RelationalEntityTypeAnnotations extensions)
                {
                    extensions.Schema = database;
                }
            }
        }

        /// <summary>
        /// Gets the specified repository for the <typeparamref name="TEntity"/>.
        /// </summary>
        /// <param name="hasCustomRepository"><c>True</c> if providing custom repositry</param>
        /// <typeparam name="TEntity">The type of the entity.</typeparam>
        /// <returns>An instance of type inherited from <see cref="IGenericRepository{TEntity}"/> interface.</returns>
        public IGenericRepository<TEntity> GetRepository<TEntity>(bool hasCustomRepository = false) where TEntity : class
        {
            if (_repositories == null)
            {
                _repositories = new Dictionary<Type, object>();
            }

            // what's the best way to support custom reposity?
            if (hasCustomRepository)
            {
                var customRepo = DbContext.GetService<IGenericRepository<TEntity>>();
                if (customRepo != null)
                {
                    return customRepo;
                }
            }

            var type = typeof(TEntity);
            if (!_repositories.ContainsKey(type))
            {
                _repositories[type] = new GenericRepository<TEntity>(DbContext);
            }

            return (IGenericRepository<TEntity>)_repositories[type];
        }

        /// <summary>
        /// Executes the specified raw SQL command.
        /// </summary>
        /// <param name="sql">The raw SQL.</param>
        /// <param name="parameters">The parameters.</param>
        /// <returns>The number of state entities written to database.</returns>
        public int ExecuteSqlCommand(string sql, params object[] parameters) => DbContext.Database.ExecuteSqlCommand(sql, parameters);

        /// <summary>
        /// Uses raw SQL queries to fetch the specified <typeparamref name="TEntity" /> data.
        /// </summary>
        /// <typeparam name="TEntity">The type of the entity.</typeparam>
        /// <param name="sql">The raw SQL.</param>
        /// <param name="parameters">The parameters.</param>
        /// <returns>An <see cref="IQueryable{T}" /> that contains elements that satisfy the condition specified by raw SQL.</returns>
        public IQueryable<TEntity> FromSql<TEntity>(string sql, params object[] parameters) where TEntity : class => DbContext.Set<TEntity>().FromSql(sql, parameters);

        /// <summary>
        /// Saves all changes made in this context to the database.
        /// </summary>
        /// <returns>The number of state entries written to the database.</returns>
        public int SaveChanges(bool ensureAutoHistory = false)
        {
            return DbContext.SaveChanges();
        }

        /// <summary>
        /// Asynchronously saves all changes made in this unit of work to the database.
        /// </summary>
        /// <returns>A <see cref="Task{TResult}"/> that represents the asynchronous save operation. The task result contains the number of state entities written to database.</returns>
        public async Task<int> SaveChangesAsync(bool ensureAutoHistory = false)
        {
            return await DbContext.SaveChangesAsync();
        }

        /// <summary>
        /// Saves all changes made in this context to the database with distributed transaction.
        /// </summary>
        /// <param name="ensureAutoHistory"><c>True</c> if save changes ensure auto record the change history.</param>
        /// <param name="unitOfWorks">An optional <see cref="IUnitOfWork"/> array.</param>
        /// <returns>A <see cref="Task{TResult}"/> that represents the asynchronous save operation. The task result contains the number of state entities written to database.</returns>
        public async Task<int> SaveChangesAsync(bool ensureAutoHistory = false, params IUnitOfWork[] unitOfWorks)
        {
            using (var ts = new TransactionScope())
            {
                var count = 0;
                foreach (var unitOfWork in unitOfWorks)
                {
                    count += await unitOfWork.SaveChangesAsync(ensureAutoHistory);
                }

                count += await SaveChangesAsync(ensureAutoHistory);

                ts.Complete();

                return count;
            }
        }

        /// <summary>
        /// Performs application-defined tasks associated with freeing, releasing, or resetting unmanaged resources.
        /// </summary>
        public void Dispose()
        {
            Dispose(true);

            GC.SuppressFinalize(this);
        }

        /// <summary>
        /// Performs application-defined tasks associated with freeing, releasing, or resetting unmanaged resources.
        /// </summary>
        /// <param name="disposing">The disposing.</param>
        protected virtual void Dispose(bool disposing)
        {
            if (!_disposed)
            {
                if (disposing)
                {
                    // clear repositories
                    _repositories?.Clear();

                    // dispose the db context.
                    DbContext.Dispose();
                }
            }

            _disposed = true;
        }

        public void TrackGraph(object rootEntity, Action<EntityEntryGraphNode> callback)
        {
            DbContext.ChangeTracker.TrackGraph(rootEntity, callback);
        }
    }

Конфигурация проекта

Для того чтобы "завести" эту машину на нашем проекте, давайте добавим пару extension методов для использования их в Startup'e

     public static IServiceCollection AddUnitOfWork<TContext>(this IServiceCollection services) where TContext : DbContext
        {
            services.AddScoped<IRepositoryFactory, UnitOfWork<TContext>>();            
            services.AddScoped<IUnitOfWork, UnitOfWork<TContext>>();
            services.AddScoped<IUnitOfWork<TContext>, UnitOfWork<TContext>>();

            return services;
        }

   public static IServiceCollection AddCustomRepository<TEntity, TRepository>(this IServiceCollection services)
            where TEntity : class
            where TRepository : class, IGenericRepository<TEntity>
        {
            services.AddScoped<IGenericRepository<TEntity>, TRepository>();

            return services;
        }

Теперь инициализируем наш UnitOfWork в Startup'е в методе ConfigureServices. Для тестирования я буду использовать InMemoryDb.

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
        {
            services               
                .AddDbContext<BloggingContext>(opt => opt.UseInMemoryDatabase("UnitOfWork"))
                .AddUnitOfWork<BloggingContext>()
                .AddCustomRepository<Blog, CustomBlogRepository>();

            services.AddMvc();
        }

Использование паттерна UnitOfWork в Asp.NET Core controller'e

Юзание UoW в контроллере будет выглядеть приблизительно так:

 [Route("api/[controller]")]
    public class ValuesController : Controller
    {
        private readonly IUnitOfWork _unitOfWork;
        public ValuesController(IUnitOfWork unitOfWork)
        {
            _unitOfWork = unitOfWork;
            _logger = logger;
        }

        // GET api/values/4
        [HttpGet("{id}")]
        public async Task<Blog> Get(int id)
        {
            return await _unitOfWork.GetRepository<Blog>().FindAsync(id);
        }

        // POST api/values
        [HttpPost]
        public async Task Post([FromBody]Blog value)
        {
            var repo = _unitOfWork.GetRepository<Blog>();
            repo.Insert(value);
            await _unitOfWork.SaveChangesAsync();
        }
    }