Event Sourcing: Vorzeitige Datenstrukturoptimierung vermeiden

Datenstrukturen wohin Sie schauen. Wenn Sie Anforderungen studieren, sucht Ihr Gehirn sofort nach Zusammenhängen und Mustern für Daten. So sind Sie einfach trainiert. Die Objektorientierung scheint das nahezulegen. Der Umgang mit Datenbanken erfordert das allemal.

Ich kenne diesen Reflex jedenfalls genau. Wenn ich vor der Aufgabe stehe, einen Stack zu implementieren, frage ich mich, wie dafür die Daten strukturiert sein sollen. Speichere ich die Einträge in einem Array? Oder benutze ich besser eine Liste? Sollte die Liste einfach oder doppelt verkettet sein?

Oder wenn ich vor der Aufgabe stehe, ein Tic Tac Toe Spiel zu implementieren, dann frage ich mich, wie das Spielbrett intern abgebildet werden sollte. Ist es besser, alle Spielfelder in einem eindimensionalen Array zu halten? Oder sollte ich ein zweidimensionales Array benutzen?

Und falls dazu noch die Anforderung kommt, die Daten zu persistieren, dann mache ich mir Gedanken über das Persistenzparadigma – relational oder dokumentenorientiert oder key-value store usw. – und ein dazugehöriges Schema.

Puh… ganz schön viele Gedanken, die sich um Datenstrukturen drehen. Aber das ist ja auch verständlich, weil es um die eine Datenstruktur geht, quasi das Herzstück der Codes. Denn alle Funktionalität muss damit leben. Da greift man besser nicht daneben, sonst knirscht das Software-Getriebe später.

Dieses Vorgehen scheint alternativlos. So haben wir es schon immer gemacht. So muss man Softwareentwicklung planen.

Oder?

Nein! Ich glaube daran nicht mehr. Historisch gesehen finde ich diese Herangehensweise zwar verständlich – nur müssen wir deshalb ja nicht so weitermachen.

Für mich scheint der “data structure first” Ansatz zunehmend kontraproduktiv. Er versucht gleich zu Beginn der Entwicklung etwas zu optimieren, das sich eigentlich erst über die Zeit ergeben muss. Beim Stack und für Tic Tac Toe mag das noch nicht so offensichtlich sein. Liegen da die Datenstrukturen nicht sehr klar auf der Hand? Aber bei Ihren Anwendungen ist das sicherlich anders. Beweis dafür ist die Bewegung, die über Jahre in Ihren Schemata stattgefunden hat. Die sehen sicherlich nicht mehr so aus wie am Anfang.

Datenstrukturen sind kein Selbstzweck. Wenn Sie eine Datenstruktur planen, müssen Sie vielmehr immer genau im Blick haben, wer deren Konsument ist. Was sind dessen Bedürfnisse? Wissen Sie das aber genau? Können Sie das wissen? Ist das nicht auch eine Form von Big Design Up-Front (BDUF) und ein Fall von Premature Optimization?

Klar, bei Tic Tac Toe ist da natürlich zunächst einmal der Anwender. Der will auf seinem Bildschirm ein zweidimensionales Spielbrett sehen.

Und dann ist da die Domänenlogik. Die muss auch mit dem Spielbrett umgehen. Aber ist für sie ebenfalls eine zweidimensionale Struktur die beste? Vielleicht. Vielleicht aber auch nicht. Herausfinden werden Sie das erst, wenn Sie die Domänenlogik implementieren.

Vielleicht ist es sogar so, dass verschiedene Aspekte der Domänenlogik unterschiedliche Datenstrukturen bevorzugen würden. Braucht die Bestimmung des nächsten Spielers eine zweidimensionale oder eindimensionale Datenstruktur oder gar etwas anderes? Wie steht es mit der Prüfung, ob ein Spieler gewonnen hat? Wie wird am leichtesten festgestellt, ob ein Zug überhaupt gültig ist?

Wenn Sie nach der einen Datenstruktur zur Erfüllung aller Anforderungen an den Entwurf herangehen, befinden Sie sich schnell im Kreuzfeuer vieler “Stakeholder”, d.h. Aspekte. Die Suche nach einem Optimum ist da vergeblich, würde ich sagen. Es kann immer nur ein Kompromiss herauskommen. Die Frage ist nur, wie sehr Sie sich dabei aufreiben.

Warum also nicht Zeit sparen? Schluss mit BDSDUF = Big Data Structure Design Up-Front. Seien Sie schnell statt gründlich – insbesondere wenn die Gründlichkeit ja ohnehin kein stabiles Ergebnis liefern kann. Statt in die Glaskugel schauen Sie auf die ohnehin stattfindende Entwicklung beim Umgang mit Daten und versuchen, Muster zu entdecken. Dann kommen Sie früher oder später schon zu stabile(re)n Datenstrukturen.

Den Plural meine ich hier ernst. Statt sich auf die eine Datenstruktur zu kaprizieren, versuchen Sie mal, mehrere zuzulassen.

Events als Datengranulat

Ich will versuchen, Ihnen konkreter zu beschreiben, was ich damit meine. Als Beispiel soll Tic Tac Toe dienen. Die Verarbeitung eines Zuges könnte so aussehen:

image

Klar ist dabei, womit die Verarbeitung angestoßen wird – durch Meldung der Koordinate des Spielfeldes, auf das ein Spieler einen Stein setzen will – und was die Verarbeitung am Ende als Ergebnis liefern soll: die aktuelle Konfiguration des Spielfeldes sowie den Spielstand (ob es weitergeht oder das Spiel zuende ist durch Gewinn oder Unentschieden).

Alle anderen Daten liegen im Dunkeln. Also könnte es losgehen mit der Spekulation, wie denn “das Spiel” über diese Kette von Verarbeitungsschritten am besten repräsentiert werden sollte, was die eine beste Repräsentation sein sollte.

Was immer Sie nun dazu denken… Ich möchte Ihnen etwas anderes vorschlagen. Wie wäre es, wenn es keine spielspezifische gemeinsame Datenstruktur gäbe? Wie wäre es, wenn es keine Datenstruktur gäbe, die den aktuellen Zustand darstellte?

Stattdessen schlage ich vor, eine Liste von Zustandsänderungen zu führen. Im Falle von Tic Tac Toe ist das ganz, ganz einfach. Diese Zustandsänderungen sind die Züge. Jeder Zug verändert die Konfiguration des Spielbretts und den Spielstand. Das kann als Ereignis (Event) angesehen werden. Und diese Events schlage ich vor zu speichern.

Statt Spielbrett mit Daten für Spielfeldbelegungen…

image

…gibt es eben nur eine Liste von Events:

image

Diese Events beziehen sich zwar auf die Vorstellung eines zweidimensionalen Spielbretts, doch das existiert eben nicht statisch.

Und wie sollen die Verarbeitungsschritte nun vorgehen?

Fangen wir mal einfach an: Für den Spielerwechsel muss nichts getan werden. Es ist kein spezieller Zustand zu führen. Welcher Spieler dran ist, ergibt sich aus der Anzahl der Züge:

private void Spieler_wechseln()
{   // nichts zu tun
}

Das ist auch nur relevant für das Rendering des Spielbretts.


Wie ist es mit der Zugausführung – vorausgesetzt, der Zug ist valide? Das ist ein Einzeiler:

private void ausführen(string spielfeldkoordinate)
{   _eventsource.Add(spielfeldkoordinate);
}

Es muss ja nur memoriert werden, welcher Zug gemacht wurde. Kein Spielstein wird auf einem Spielbrett platziert.


Und wie sieht die Validation aus? Die beschränkt sich auf die Prüfung, ob die Koordinate des Zuges schon einmal vorgekommen ist:

private void validieren(string spielfeldkoordinate)
{   if (_eventsource.Any(e => e == spielfeldkoordinate))   throw new InvalidOperationException("…");
}

Falls ja, liegt ein Fehler vor. Nur der Einfachheit halber bricht das Spiel dann mit einer Exception ab.


Jetzt die Spielstandprüfung. Die ist aufwändiger. Aber das wäre sie auch, wenn der Spielbrettzustand vorgehalten würde:

private Spielstände Spielstand_ermitteln()
{   if (_eventsource.Count == 9) return Spielstände.Unentschieden;   foreach (var reihe in new[] { new[] { "00", "01", "02" }, …})   {   var spielstand = Prüfe_Reihe_auf_Gewinn(reihe);   if (spielstand != Spielstände.Läuft) return spielstand;   }   return Spielstände.Läuft;
}
private Spielstände Prüfe_Reihe_auf_Gewinn(IEnumerable<string> reihe)
{   var belegungssumme =
_eventsource.Select((e, i) => new { Zug = e, Index = i })   .Where(zi => reihe.Contains(zi.Zug))   .Select(zi => zi.Index % 2 == 0 ? 1 : -1)   .Sum();   if (Math.Abs(belegungssumme) != 3) return Spielstände.Läuft;   return belegungssumme > 0 ? Spielstände.GewinnX
: Spielstände.GewinnO;
}
Ob ein Unentschieden vorliegt oder nicht, ist schnell entschieden. Wenn alle Felder belegt sind, also 9 Züge gemacht wurden, geht nichts mehr.
Die möglichen Gewinnpositionen werden einzeln geprüft. Züge auf horizontale, vertikale und diagonale Feldreihen werden selektiert. Falls in einer Reihe nur Züge desselben Spielers gemacht wurden, liegt ein Gewinn vor.
Züge von Spieler X werden mit 1 bewertet, die von O mit –1. Eine Gewinnreihe hat dann den Wert 3 bzw. –3.
Zum Schluss ist natürlich doch ein Spielbrett der herkömmlichen Art nötig. Das zeigt das obige Flow-Diagramm ja schon. Allerdings überlasse ich das nicht dem Spielerwechsel – das wäre ein Widerspruch zum SRP -, sondern verpacke es in eine eigene Routine:
private Tuple<string[,], Spielstände> ReadModel_generieren
(Spielstände spielstand)
{   var spielbrett =
_eventsource.Select((e, i) => new {Zug=e, Index=i})   .Aggregate(new string[3,3], (sb, zi) => {   var zeile = int.Parse(zi.Zug[0].ToString());   var spalte = int.Parse(zi.Zug[1].ToString());   sb[zeile, spalte] = Bestimme_Spieler(zi.Index);   return sb;   });   return new Tuple<string[,], Spielstände>(spielbrett, spielstand);
}
private static string Bestimme_Spieler(int zugIndex)
{   return zugIndex % 2 == 0 ? "X" : "O";
}
Bei CQRS spricht man von ReadModels auf der Query-Seite. Und genau darum geht es ja auch hier: eine Datenstruktur, die nur für lesenden Gebrauch bestimmt ist. Dass die jedes Mal neu generiert wird, macht nichts. Auch ein Cache ist eine Optimierung, die hier vorzeitig wäre.
Zur Abrundung noch die Integration dieser Operationen in einer eigenen Methode:
public class TTTSpiel
{   private readonly List<string> _eventsource;   …   public Tuple<string[,], Spielstände> Ziehen
(string spielfeldkoordinate)   {   validieren(spielfeldkoordinate);   ausführen(spielfeldkoordinate);   var spielstand = Spielstand_ermitteln();   Spieler_wechseln();   return ReadModel_generieren(spielstand);   }

Fazit

Ich habe mir die Entscheidung für die eine alleinseligmachende Datenstruktur gespart. Alle Aspekte des Tic Tac Toe Spiels haben für sich entscheiden können, was ihnen am besten taugt. Und wie sich herausstellt, konnten alle mit einer Event Source sehr gut leben.
Das ist insofern bemerkenswert, als dass eine Event Source eine generische Datenstruktur ist. Die sieht in allen Anwendungen gleich aus. Es ist nicht mehr als eine Liste von Events. Zugegeben, die sind bei TTT sehr, sehr simpel. Aber auch wenn Events eigene Klassen sind, ändert sich das Prinzip nicht. Eine Event Source ist und bleibt eine schlichte Liste. Und aus der kann bei Bedarf jede konkretere Datenstruktur generiert werden.
Deshalb bezeichne ich die Events auch als Datengranulat. Sie sind wie kleine Kunststoffkügelchen, aus denen man bei Bedarf allerlei Nützliches formen kann.
Mit einer Event Source bin ich also schneller am Start. Und wenn ich feststelle, dass ich aus den Events die eine oder andere Datenstruktur öfter generiere, also sich ein Muster herausschält, dann kann ich mir Gedanken darüber machen, ob ich dafür einen Cache einrichte. Denn nichts anderes sind die üblichen fein ziselierten Datenstrukturen in unseren Anwendungen.
Ihre Bevorratung dient der Effizienz – und kostet uns Zeit in der Entwicklung und Flexibilität während der Evolution der Software.
Deshalb: Versuchen Sie doch einmal, solche vorzeitige Optimierung zu vermeiden. Geben Sie solchem Event Sourcing eine Chance.

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