Abro debate: ¿Cómo serializar correctamente las entidades?

[montyclt]

En esta entrada, más que exponer algo sobre mi experiencia, me gustaría abrir un debate sobre la forma correcta de serializar tus entidades –o cualquier objeto o estructura– para poder ser reconstruido en un futuro, incluso durante la ejecución otra instancia de la aplicación.

La entrada la voy a orientar al mundo de .NET porque es aquel en el que tengo más experiencia, pero esto podría ser aplicable y debatible con cualquier otro lenguaje de programación.

Algo de introducción a la arquitectura

Para abrir el debate, necesitamos un poco de contexto de cómo sería la arquitectura de la misma. Esto es sólo un ejemplo y no representa una arquitectura real, pero nos sirve para orientarnos.

Por una parte, nuestras entidades están diseñadas para mantener sus invariantes por sí mismas. Esto requiere que cada vez que se quiera modificar algo de las mismas, sea necesario cargar la entidad entera en memoria.

Habrá un componente –al que llamaremos repositorio– que se encargará de cargar y persistir la entidad. En este ejemplo nos vamos a quedar aquí y no vamos a meter más complejidad con otros elementos como una unidad de trabajo porque es irrelevante. Por simplicidad, lo expresaré como una clase estática, ya que para esto también es irrelevante si es una interfaz o si hay inyección de dependencias.

Tampoco importa dónde y cómo se almacena la entidad, si va a una base de datos, al disco duro en forma de fichero o a una tarjeta perforada. Lo único que nos importa es que hace el repositorio para serializar y deserializar la entidad.

Las entidades

Para ilustrar esto, necesitamos dos tipos de entidades diferentes, una simple que pueda reconstruirse sin problemas a través del constructor y una más compleja cuya reconstrucción no sea algo trivial.

La entidad simple será Person:

class Person
{
    public int Id { get; }
    public string GivenName { get; set; }
    public string FamilyName { get; set; }

    public Person(string givenName, string familyName)
    {
        GivenName = givenName;
        FamilyName = familyName;
    }
}

La entidad más compleja será Order:

enum OrderState
{
    New,
    Processing,
    PendingApplication,
    InProvision,
    PendingCompletion,
    Finalized
}

class Order
{
    // Rest of the class

    private OrderState _state;

    public Order(int customerId)
    {
        // Do some operations in the constructor.
    }

    public void SetState(OrderState state)
    {
        // Check if the new state can be applied and
        // throw InvalidOperationException if it cannot.

        _state = state;
    }
}

Cargando y modificando entidades

Las entidades existen para que mantengan por sí mismas sus invariantes, por lo que será necesario cargarla, modificarla y volverla a guardar para hacer un cambio. Aquí un simple ejemplo de cambio de nombre:

var ivan = PersonRepository.GetById(1);
ivan.GivenName = "Pedro";
PersonRepository.Save(ivan);

La primera construcción de la entidad

La primera vez que se creó la entidad, tuvo que hacerse utilizando el constructor en algún punto de la aplicación. Incluso aunque se usase un named constructor, dentro de este método se llamará a un constructor privado.

Técnicamente es posible instanciar una clase ignorando el constructor (más adelante veremos cómo), pero vamos a asumir que siempre lo usaremos, al menos en la primera instancia.

Así pues la entidad de arriba lo podríamos construir y persistir así:

var ivan = new Person("Ivan", "Montilla");
PersonRepository.Save(ivan);

Por ahora voy a ignorar cómo se está serializando la entidad, pero más adelante hablaremos de ello.

Reconstrucción de la entidad

A partir de aquí es donde entramos en materia de debate. De alguna forma hemos serializado la entidad y persistido en algún medio. Esto puede haber sido con serialización binaria, JSON, XML, nos da igual.

Sin embargo, cuando se invoca a FindById toca de alguna forma reconstruir dicha entidad. El repositorio (o el ORM/ODM/lo que séa, en caso de que el repositorio abstraiga alguna de estas herramientas) necesitará reconstruir la entidad. En una clase tan sencilla como Person, podría simplemente invocar el constructor y pasarle ambos parámetros (ya sea de forma explícita o a través de reflexión).

De hecho, lo que la mayoría de ORM hacen es esto, invocan el constructor vía reflexión y mapean el nombre del parámetro con el nombre de la columna de la tabla.

El problema de esto llega cuando tenemos otras entidades más complejas cuyo mantenimiento de invariantes complican la construcción por constructor.

Utilicemos para ello la clase Order, que está basada en un ejemplo real con el que me he topado. Aquí la entidad está diseñada para que siempre se inicialice con un estado inicial usando como modificador del mismo únicamente el ID del cliente. Luego será a través de métodos que comprobarán si pueden avanzar hacía ciertos estados concretos y mutaría la instancia en caso de ser así.

Este aproximación hace mucho más complicado la deserialización cuando se usa un constructor y te obliga a:

• O bien, crear un constructor sin parámetros privado y setters privados para los campos y propiedades, que el ORM llamará vía reflexión, lo que constituye un architecture leak.
• O bien, crear una serie de mappers, converters, deserializers o como se llamen según tu ORM/ODM que se encarguen analizar los datos en bruto guardados y a partir de ellos ir mutando dicha entidad llamado a los métodos adecuados.
• O bien, construir una instancia zeroed (sin llamar a ningún constructor) y rellenar los campos (incluyendo los backing fields de propiedades automáticas).

Zeroed objects

Vamos a hablar un poco de esta última opción. Una instancia zeroed de una clase o estructura es aquella que se crea sin llamar al constructor y cuyos campos están inicializado a sus valores por defecto.

Puedes crear una instancia de una estructura zeroed simplemente utilizando el operador default(StructName). Este operador inicializará la estructura con todos sus campos en su valor por defecto.

En cuanto a clases, la cosa se complica un poco más, pero también es posible crear una instancia que no llama a ningún constrctor e inicialize todos sus campos al valor por defecto. Para ello puedes utilizar el método GetSafeUninitializedObject.

Rellenando los campos

Inmediatamente después de instanciar un objeto zeroed, se debería mutar los campos con los valores que tenemos persistidos para completar la deserialización.

La forma más limpia de hacer esto es asignando el valor serializado directamente a cada field (y no a las propiedades, pues estas ya están respaldadas por un field).

Diseñar las entidades teniendo esto en cuenta

A la hora de diseñar entidades, hay que tener en cuenta como estas van a ser deserializadas, pues no lo es lo mismo diseñarlas teniendo en cuenta que el constructor sólo se llamará la primera vez que se instancie y no en las deserializaciones a diseñarlas pensando en que se tendrá que poder deserializar y mutar propiedades durante la deserialización.

Con la primera aproximación nunca tendremos constructores sin parámetros o setters privados puestos ahí sólo para satisfacer a nuestro ORM, mientras que con la segunda opción, tendremos que tener en cuenta esos aspectos a la hora de diseñar entidades.

Incluso aunque consigas no tener ningún tipo de architecture leak porque mantengas una serie de mappers en la capa de tu ORM, cuando estos mappers llamen a métodos para mutar el estado de la entidad, debes de tener sus posibles efectos secundarios.

Debatamos sobre esto

Teniendo en cuenta que la mayoría (por no decir todos) los ORM y ODM deserializan usando un constructor, me gustaría conocer si hay algún motivo para ello. Quiero abrir un debate alrededor de esto para saber si lo que estoy planteando es una buena o mala idea.

Por el momento el único problema que se me ocurre es, que al no inicializar la entidad usando su constructor y mutarla utilizando sus setters y métodos apropiados para ello, corremos el riesgo de construir una instancia que se salte las invariantes y cuyo valor no sea correcto.

El problema que le veo a este argumento es, si la primera instancia se construyó usando el constructor y las futuras modificaciones siempre se han hecho utilizando el API que la entidad proporciona para ello, entonces nunca deberías de tener en tu base de datos una entidad inválida (a no ser que modifiques la base de datos desde fuera de tu aplicación, cosa que nunca deberías de hacer).

En cuanto al beneficio de utilizar zeroed objects, lo veo clarísimo: podemos diseñar las entidades para que sólo se inicializen la primera vez y elimina todos los architecture leaks. Esto facilita la escritura de clases que mantendrán sus invariantes.

¿Qué opináis sobre esto?