クリーンアーキテクチャで大規模なPythonシステムを構築する（実践サンプル・図解付き）
なぜクリーンアーキテクチャなのか？
システムが大きくなるほど、フレームワーク依存やロジックのスパゲティ化、テスト困難が発生しやすくなります。
クリーンアーキテクチャは、「ビジネスロジック（業務ルール）」をフレームワークやDB、UIから分離して保守性・拡張性を向上させる設計手法です。
「ビジネスロジックはフレームワークやDBから独立し、テストや変更が簡単にできるべきだ」
重要な原則
コアロジックは、どんなフレームワークにも依存せずテスト可能であるべきです。
（エンティティやユースケースはPythonだけでテストできるのが理想）
クリーンアーキテクチャのレイヤ構造
レイヤごとに責務を明確に分けることで、拡張性・テスト容易性・保守性が格段にアップします。
- Entities（エンティティ）: 業務データを表現する純粋なクラス（例：
Car,Rental） - Use Cases（ユースケース）: 業務処理のロジック（例：「車を借りる」「車一覧取得」など）
- Repositories/Interfaces（リポジトリ・インターフェース）: データアクセスや外部連携の抽象化
- Frameworks/Drivers（フレームワーク/ドライバ）: Django, Flask, DB, UI など具体的な実装
クラス図（UML Class Diagram）
classDiagram
class Car {
+int car_id
+str make
+str model
+bool is_available
}
class Rental {
+int rental_id
+int car_id
+int user_id
+str start_date
+str end_date
}
class CarRepository {
+save(car)
+get_by_id(car_id)
+get_all()
+delete(car_id)
}
class RentalRepository {
+save(rental)
+get_by_id(rental_id)
+get_all()
+delete(rental_id)
}
class CarCRUDUseCase {
-car_repository
+create_car(car_id, make, model)
+get_car(car_id)
+list_cars()
+update_car(car_id, make, model, is_available)
+delete_car(car_id)
}
class RentCarUseCase {
-car_repository
-rental_repository
+execute(car_id, user_id, start_date, end_date)
}
class DjangoCarRepository {
+save(car)
+get_by_id(car_id)
+get_all()
+delete(car_id)
}
class MongoCarRepository {
+save(car)
+get_by_id(car_id)
+get_all()
+delete(car_id)
}
class DjangoRentalRepository
class MongoRentalRepository
CarCRUDUseCase --> CarRepository
RentCarUseCase --> CarRepository
RentCarUseCase --> RentalRepository
DjangoCarRepository --|> CarRepository
MongoCarRepository --|> CarRepository
DjangoRentalRepository --|> RentalRepository
MongoRentalRepository --|> RentalRepositoryフロー図（シーケンス図）
「車を借りる」処理の流れを例に、各クラスがどう連携するか示します。
sequenceDiagram
participant User
participant UI as UI/View (Django/Flask)
participant UC as RentCarUseCase
participant CarRepo as CarRepository
participant RentalRepo as RentalRepository
participant DB as DB/Framework
User->>UI: フォーム送信 (car_id, user_id, 日付)
UI->>UC: execute(car_id, user_id, start_date, end_date)
UC->>CarRepo: get_by_id(car_id)
CarRepo->>DB: 車情報取得
CarRepo-->>UC: Car entity
UC->>CarRepo: save(car) (利用不可に更新)
CarRepo->>DB: 車情報更新
UC->>RentalRepo: save(rental)
RentalRepo->>DB: レンタル記録登録
RentalRepo-->>UC: Rental entity
UC-->>UI: 結果返却
UI-->>User: 結果表示（成功/エラー）各レイヤのサンプルコード（Python）
1. Entities（エンティティ層）
class Car:
def __init__(self, car_id, make, model, is_available=True):
self.car_id = car_id
self.make = make
self.model = model
self.is_available = is_available
class Rental:
def __init__(self, rental_id, car_id, user_id, start_date, end_date):
self.rental_id = rental_id
self.car_id = car_id
self.user_id = user_id
self.start_date = start_date
self.end_date = end_date2. Use Cases（ユースケース層）
class CarCRUDUseCase:
def __init__(self, car_repository):
self.car_repository = car_repository
def create_car(self, car_id, make, model):
car = Car(car_id=car_id, make=make, model=model, is_available=True)
self.car_repository.save(car)
return car
def get_car(self, car_id):
return self.car_repository.get_by_id(car_id)
def list_cars(self):
return self.car_repository.get_all()
def update_car(self, car_id, make, model, is_available):
car = Car(car_id=car_id, make=make, model=model, is_available=is_available)
self.car_repository.save(car)
return car
def delete_car(self, car_id):
self.car_repository.delete(car_id)
class RentCarUseCase:
def __init__(self, car_repository, rental_repository):
self.car_repository = car_repository
self.rental_repository = rental_repository
def execute(self, car_id, user_id, start_date, end_date):
car = self.car_repository.get_by_id(car_id)
if not car or not car.is_available:
raise Exception("Car not available")
car.is_available = False
self.car_repository.save(car)
rental = Rental(
rental_id=None, car_id=car_id, user_id=user_id,
start_date=start_date, end_date=end_date
)
self.rental_repository.save(rental)
return rental3. リポジトリ実装例
Django ORM リポジトリ例
from entities.car import Car
from myapp.models import CarModel
class DjangoCarRepository(CarRepository):
def save(self, car):
obj, _ = CarModel.objects.update_or_create(
pk=car.car_id,
defaults={'make': car.make, 'model': car.model, 'is_available': car.is_available}
)
return car
def get_by_id(self, car_id):
try:
obj = CarModel.objects.get(pk=car_id)
return Car(car_id=obj.pk, make=obj.make, model=obj.model, is_available=obj.is_available)
except CarModel.DoesNotExist:
return None
def get_all(self):
return [
Car(
car_id=obj.pk,
make=obj.make,
model=obj.model,
is_available=obj.is_available
)
for obj in CarModel.objects.all()
]
def delete(self, car_id):
CarModel.objects.filter(pk=car_id).delete()MongoDB リポジトリ例
class MongoCarRepository(CarRepository):
def __init__(self, db):
self.collection = db['cars']
def save(self, car):
self.collection.update_one(
{'car_id': car.car_id},
{'$set': {'make': car.make, 'model': car.model, 'is_available': car.is_available}},
upsert=True
)
return car
def get_by_id(self, car_id):
doc = self.collection.find_one({'car_id': car_id})
if not doc:
return None
return Car(
car_id=doc['car_id'],
make=doc['make'],
model=doc['model'],
is_available=doc.get('is_available', True)
)
def get_all(self):
return [
Car(
car_id=doc['car_id'],
make=doc['make'],
model=doc['model'],
is_available=doc.get('is_available', True)
)
for doc in self.collection.find()
]
def delete(self, car_id):
self.collection.delete_one({'car_id': car_id})4. Djangoビュー + テンプレート例
from django.shortcuts import render
from use_cases.car_crud import CarCRUDUseCase
from frameworks.django_repositories import DjangoCarRepository
def car_list_view(request):
use_case = CarCRUDUseCase(DjangoCarRepository())
cars = use_case.list_cars()
return render(request, "car_list.html", {"cars": cars})HTMLテンプレート（car_list.html）:
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Car List</title>
</head>
<body>
<h1>利用可能な車一覧</h1>
<table border="1">
<tr>
<th>ID</th>
<th>メーカー</th>
<th>モデル</th>
<th>利用可能</th>
</tr>
{% for car in cars %}
<tr>
<td>{{ car.car_id }}</td>
<td>{{ car.make }}</td>
<td>{{ car.model }}</td>
<td>{{ car.is_available|yesno:"はい,いいえ" }}</td>
</tr>
{% endfor %}
</table>
</body>
</html>5. Flask API 実装例（MongoDB対応）
from flask import Flask, request, jsonify
from pymongo import MongoClient
from use_cases.car_crud import CarCRUDUseCase
from frameworks.mongo_car_repository import MongoCarRepository
app = Flask(__name__)
client = MongoClient("mongodb://localhost:27017")
db = client["car_rental"]
car_repo = MongoCarRepository(db)
car_crud = CarCRUDUseCase(car_repo)
@app.route('/cars', methods=['POST'])
def create_car():
data = request.json
car = car_crud.create_car(data['car_id'], data['make'], data['model'])
return jsonify({"car_id": car.car_id, "make": car.make, "model": car.model, "is_available": car.is_available}), 201
@app.route('/cars', methods=['GET'])
def list_cars():
cars = car_crud.list_cars()
return jsonify([
{"car_id": c.car_id, "make": c.make, "model": c.model, "is_available": c.is_available}
for c in cars
])6. ユニットテスト例（Pythonのみ、DB/フレームワーク不要）
import unittest
from entities.car import Car
from use_cases.car_crud import CarCRUDUseCase
class InMemoryCarRepository:
def __init__(self):
self._cars = {}
def save(self, car): self._cars[car.car_id] = car; return car
def get_by_id(self, car_id): return self._cars.get(car_id)
def get_all(self): return list(self._cars.values())
def delete(self, car_id): self._cars.pop(car_id, None)
class TestCarCRUDUseCase(unittest.TestCase):
def setUp(self):
self.repo = InMemoryCarRepository()
self.usecase = CarCRUDUseCase(self.repo)
def test_create_car(self):
car = self.usecase.create_car(1, 'Honda', 'Civic')
self.assertEqual(car.car_id, 1)
self.assertEqual(car.make, 'Honda')
def test_list_cars(self):
self.usecase.create_car(2, 'Toyota', 'Yaris')
cars = self.usecase.list_cars()
self.assertEqual(len(cars), 1)
self.assertEqual(cars[0].model, 'Yaris')
if __name__ == '__main__':
unittest.main()まとめ
- UI層（Flask/Django/HTML）: ユーザー入力を受け、ユースケースを呼び出し、テンプレート/レスポンスに結果を渡すだけ
- ビジネスロジックはテスト可能・再利用可能・フレームワーク非依存
- リポジトリでストレージを抽象化し、MongoDB/SQL/インメモリどれでも切替OK
- テンプレートはデータの表示だけ。ビジネスロジックは絶対に混ぜない
コアロジックやテストが、WebサーバーやDBに依存せず動作すれば、将来も安心して発展できるアーキテクチャです。
より詳しく知りたい方は、フォームや完全サンプルリポジトリのリクエストもお気軽にどうぞ！
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iiitum1984
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