クリーンアーキテクチャ完全ガイド！正しい理解と実装方法

クリーンアーキテクチャの本質とレイヤー構造

クリーンアーキテクチャの本質は、「依存関係逆転の原則」にあります。この原則は、詳細（外側のレイヤー）が抽象（内側のレイヤー）に依存するべきという考え方です。これにより、ビジネスロジックがデータベースやUIなどの外部要素に依存せず、長期的な保守性と拡張性が確保されます。

クリーンアーキテクチャの一般的なレイヤー構造は以下の通りです：

エンティティ層（最も内側）：ビジネスの根幹となるルールやデータ構造を定義
ユースケース層：アプリケーション固有のビジネスルールを実装
インターフェースアダプター層：外部とのインターフェース変換を担当
フレームワーク/ドライバー層（最も外側）：データベース、UI、外部APIなどの詳細実装

各レイヤーの役割について詳しく見ていきましょう。

エンティティ層

エンティティ層はビジネスの中核となるデータ構造とルールを含みます。例えば、ユーザーや商品などのドメインモデルやそれらに関連する基本的なルールがここに配置されます。

// エンティティの例
export class User {
  constructor(
    private readonly id: string,
    private readonly name: string,
    private readonly email: string
  ) {}

  isValid(): boolean {
    return this.email.includes('@');
  }
}

ユースケース層

ユースケース層はアプリケーション固有のビジネスロジックを含みます。例えば、「ユーザー登録」や「商品購入」などの処理フローがここに実装されます。

// ユースケースの例
export class RegisterUserUseCase {
  constructor(private readonly userRepository: UserRepository) {}

  async execute(userData: UserData): Promise<User> {
    const user = new User(
      uuidv4(),
      userData.name,
      userData.email
    );

    if (!user.isValid()) {
      throw new Error('Invalid user data');
    }

    return this.userRepository.save(user);
  }
}

インターフェースアダプター層

インターフェースアダプター層は、内側のレイヤー（ユースケースやエンティティ）と外側のレイヤー（フレームワークやドライバー）の間の変換を担当します。コントローラーやプレゼンター、ゲートウェイなどがここに位置します。

// コントローラーの例
export class UserController {
  constructor(private readonly registerUserUseCase: RegisterUserUseCase) {}

  async register(req: Request, res: Response): Promise<void> {
    try {
      const user = await this.registerUserUseCase.execute({
        name: req.body.name,
        email: req.body.email
      });
      
      res.status(201).json(user);
    } catch (error) {
      res.status(400).json({ error: error.message });
    }
  }
}

フレームワーク/ドライバー層

最も外側のレイヤーで、データベース接続、Webフレームワーク、外部APIなどの具体的な実装を含みます。この層は他のレイヤーに依存しますが、その逆はありません。

// リポジトリ実装の例
export class MongoUserRepository implements UserRepository {
  constructor(private readonly db: MongoDB) {}

  async save(user: User): Promise<User> {
    await this.db.collection('users').insertOne(user);
    return user;
  }

  async findById(id: string): Promise<User | null> {
    const userData = await this.db.collection('users').findOne({ id });
    if (!userData) return null;
    
    return new User(
      userData.id,
      userData.name,
      userData.email
    );
  }
}

重要なのは、各レイヤーの役割と依存関係の方向性です。内側のレイヤーは外側のレイヤーについて何も知らず、外側のレイヤーが内側のレイヤーに依存するという構造を保つことで、柔軟性と保守性の高いシステムを実現できます。

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名前に意味はない！レイヤー分けの真の目的

クリーンアーキテクチャに関して最も誤解されていることの一つは、「図の中の同心円の名前や数に絶対的な意味がある」と考えることです。実際には、ロバート・C・マーティン氏自身が何度も強調しているように、名前や図の詳細は二次的な問題であり、本質的なのは「依存関係の方向性」です。

「クリーンアーキテクチャの目標は、依存関係を一方向に向けることによってシステムを分離すること。名前は重要ではない。」

ロバート・C・マーティン

実際、クリーンアーキテクチャとよく似た考え方として「ヘキサゴナルアーキテクチャ」（別名：ポートとアダプターアーキテクチャ）や「オニオンアーキテクチャ」などがありますが、これらは本質的に同じ考え方を別の視点から説明したものです。違いは主に名前と図の表現方法だけで、核心となる原則は同じです。

レイヤー分けの真の目的

では、なぜレイヤー分けをするのでしょうか？その真の目的は以下の通りです：

変更の影響範囲を最小限に抑える：例えば、データベースを変更しても、ビジネスロジックには影響しない
テスト容易性を高める：ビジネスロジックが外部依存を持たないため、テストがシンプルになる
ビジネスルールの明確化：ビジネスロジックがUIやデータベースの詳細から分離され、純粋なビジネスルールとして表現される

これらはすべて「依存関係の方向」を適切に制御することで実現されます。

実践的なアプローチ

実際の開発では、図や名前に囚われず、プロジェクトの特性に合わせて柔軟にアーキテクチャを適用することが重要です。以下のようなアプローチが有効です：

レイヤー数を状況に合わせる：小規模プロジェクトでは3層程度でも十分な場合がある
ボイラープレートを避ける：過度に複雑な構造を避け、実際のビジネス価値を生み出すことに集中する
段階的に導入する：一度にすべてを完璧にしようとせず、重要な部分から徐々に改善していく

例えば、以下のようなシンプルな3層構造も、依存関係の方向性さえ守れば「クリーンアーキテクチャ」の原則に従っていると言えます：

+---------------------+
|    インフラ層       |  ← データベース、UI、フレームワークなど
|  +---------------+  |
|  |   ドメイン層  |  |  ← ビジネスロジック、エンティティ、ユースケース
|  +---------------+  |
+---------------------+

重要なのは、内側のレイヤーが外側のレイヤーに依存しないという原則だけです。この原則さえ守れば、レイヤーの名前や数はプロジェクトの要件に合わせて自由に決めることができます。

クリーンアーキテクチャの真の価値は、その図や名前ではなく、依存関係を管理してビジネスロジックを保護するという考え方にあります。これを理解すれば、特定のフレームワークやツールに縛られることなく、長期的に保守性の高いソフトウェアを設計することができるでしょう。

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実装例：TypeScriptでクリーンアーキテクチャを実現する

TypeScriptはその型システムと柔軟な構文により、クリーンアーキテクチャの実装に適しています。ここでは、簡単なTodoアプリケーションの例を通して、TypeScriptでクリーンアーキテクチャを実装する方法を見ていきましょう。

プロジェクト構造

まず、典型的なクリーンアーキテクチャのプロジェクト構造は以下のようになります：

src/
├── domain/           # エンティティ層とビジネスルール
├── application/      # ユースケース層
├── interfaces/       # インターフェースアダプター層
└── infrastructure/   # フレームワークとドライバー層

1. エンティティ層（Domain Layer）

まず、Todoエンティティを定義します。これはビジネスのコア概念を表します。

// src/domain/entities/Todo.ts
export class TodoId {
  constructor(private readonly value: string) {}
  
  getValue(): string {
    return this.value;
  }
}

export class Todo {
  constructor(
    private readonly id: TodoId,
    private title: string,
    private completed: boolean = false
  ) {
    this.validateTitle(title);
  }
  
  private validateTitle(title: string): void {
    if (!title || title.length < 3) {
      throw new Error('タイトルは3文字以上必要です');
    }
  }
  
  getId(): TodoId {
    return this.id;
  }
  
  getTitle(): string {
    return this.title;
  }
  
  isCompleted(): boolean {
    return this.completed;
  }
  
  updateTitle(title: string): void {
    this.validateTitle(title);
    this.title = title;
  }
  
  toggleCompletion(): void {
    this.completed = !this.completed;
  }
}

ドメイン層にはリポジトリのインターフェース（抽象）も定義します。これは依存関係逆転の原則を実現するために重要です。

// src/domain/repositories/TodoRepository.ts
import { Todo, TodoId } from '../entities/Todo';

export interface TodoRepository {
  findById(id: TodoId): Promise<Todo | null>;
  findAll(): Promise<Todo[]>;
  save(todo: Todo): Promise<void>;
  delete(id: TodoId): Promise<void>;
}

2. ユースケース層（Application Layer）

ユースケース層はアプリケーション固有のビジネスロジックを実装します。

// src/application/usecases/CreateTodoUseCase.ts
import { Todo, TodoId } from '../../domain/entities/Todo';
import { TodoRepository } from '../../domain/repositories/TodoRepository';
import { v4 as uuidv4 } from 'uuid';

export interface CreateTodoInput {
  title: string;
}

export class CreateTodoUseCase {
  constructor(private readonly todoRepository: TodoRepository) {}
  
  async execute(input: CreateTodoInput): Promise<Todo> {
    const todoId = new TodoId(uuidv4());
    const todo = new Todo(todoId, input.title);
    
    await this.todoRepository.save(todo);
    
    return todo;
  }
}

同様に、他のユースケースも実装できます：

// src/application/usecases/GetAllTodosUseCase.ts
import { Todo } from '../../domain/entities/Todo';
import { TodoRepository } from '../../domain/repositories/TodoRepository';

export class GetAllTodosUseCase {
  constructor(private readonly todoRepository: TodoRepository) {}
  
  async execute(): Promise<Todo[]> {
    return await this.todoRepository.findAll();
  }
}

3. インターフェースアダプター層（Interface Adapters）

インターフェースアダプター層は、ユースケースとフレームワークの間の橋渡しをします。

// src/interfaces/controllers/TodoController.ts
import { Request, Response } from 'express';
import { CreateTodoUseCase } from '../../application/usecases/CreateTodoUseCase';
import { GetAllTodosUseCase } from '../../application/usecases/GetAllTodosUseCase';

export class TodoController {
  constructor(
    private readonly createTodoUseCase: CreateTodoUseCase,
    private readonly getAllTodosUseCase: GetAllTodosUseCase
  ) {}
  
  async createTodo(req: Request, res: Response): Promise<void> {
    try {
      const { title } = req.body;
      
      const todo = await this.createTodoUseCase.execute({ title });
      
      res.status(201).json({
        id: todo.getId().getValue(),
        title: todo.getTitle(),
        completed: todo.isCompleted()
      });
    } catch (error) {
      res.status(400).json({ error: error.message });
    }
  }
  
  async getAllTodos(req: Request, res: Response): Promise<void> {
    try {
      const todos = await this.getAllTodosUseCase.execute();
      
      res.status(200).json(
        todos.map(todo => ({
          id: todo.getId().getValue(),
          title: todo.getTitle(),
          completed: todo.isCompleted()
        }))
      );
    } catch (error) {
      res.status(500).json({ error: error.message });
    }
  }
}

4. インフラストラクチャ層（Infrastructure Layer）

最後に、インフラストラクチャ層では、具体的な技術実装を行います。

// src/infrastructure/repositories/InMemoryTodoRepository.ts
import { Todo, TodoId } from '../../domain/entities/Todo';
import { TodoRepository } from '../../domain/repositories/TodoRepository';

export class InMemoryTodoRepository implements TodoRepository {
  private todos: Map<string, Todo> = new Map();
  
  async findById(id: TodoId): Promise<Todo | null> {
    const todo = this.todos.get(id.getValue());
    return todo || null;
  }
  
  async findAll(): Promise<Todo[]> {
    return Array.from(this.todos.values());
  }
  
  async save(todo: Todo): Promise<void> {
    this.todos.set(todo.getId().getValue(), todo);
  }
  
  async delete(id: TodoId): Promise<void> {
    this.todos.delete(id.getValue());
  }
}

実際のデータベースを使用する場合は、このインフラストラクチャ層でその実装を行います：

// src/infrastructure/repositories/MongoTodoRepository.ts
import { Todo, TodoId } from '../../domain/entities/Todo';
import { TodoRepository } from '../../domain/repositories/TodoRepository';
import { MongoClient, Collection } from 'mongodb';

export class MongoTodoRepository implements TodoRepository {
  private collection: Collection;
  
  constructor(client: MongoClient) {
    this.collection = client.db('todo_app').collection('todos');
  }
  
  async findById(id: TodoId): Promise<Todo | null> {
    const todoData = await this.collection.findOne({ id: id.getValue() });
    
    if (!todoData) return null;
    
    return new Todo(
      new TodoId(todoData.id),
      todoData.title,
      todoData.completed
    );
  }
  
  async findAll(): Promise<Todo[]> {
    const todosData = await this.collection.find().toArray();
    
    return todosData.map(todoData => new Todo(
      new TodoId(todoData.id),
      todoData.title,
      todoData.completed
    ));
  }
  
  async save(todo: Todo): Promise<void> {
    await this.collection.updateOne(
      { id: todo.getId().getValue() },
      {
        $set: {
          id: todo.getId().getValue(),
          title: todo.getTitle(),
          completed: todo.isCompleted()
        }
      },
      { upsert: true }
    );
  }
  
  async delete(id: TodoId): Promise<void> {
    await this.collection.deleteOne({ id: id.getValue() });
  }
}

依存性注入の設定

最後に、アプリケーション全体を組み立てるための依存性注入を設定します：

// src/infrastructure/config/dependencyInjection.ts
import { MongoClient } from 'mongodb';
import { TodoRepository } from '../../domain/repositories/TodoRepository';
import { MongoTodoRepository } from '../repositories/MongoTodoRepository';
import { CreateTodoUseCase } from '../../application/usecases/CreateTodoUseCase';
import { GetAllTodosUseCase } from '../../application/usecases/GetAllTodosUseCase';
import { TodoController } from '../../interfaces/controllers/TodoController';

export const setupDependencies = async () => {
  // MongoDB接続
  const client = new MongoClient('mongodb://localhost:27017');
  await client.connect();
  
  // リポジトリ
  const todoRepository: TodoRepository = new MongoTodoRepository(client);
  
  // ユースケース
  const createTodoUseCase = new CreateTodoUseCase(todoRepository);
  const getAllTodosUseCase = new GetAllTodosUseCase(todoRepository);
  
  // コントローラー
  const todoController = new TodoController(createTodoUseCase, getAllTodosUseCase);
  
  return {
    todoController
  };
};

このように、クリーンアーキテクチャの各レイヤーが明確に分離され、依存関係が内側に向かって流れるように設計されています。この構造により、例えばデータベースをMongoDBからMySQLに変更する場合でも、ドメイン層やアプリケーション層には影響が及びません。

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クリーンアーキテクチャの導入手順とメリット

クリーンアーキテクチャを既存または新規プロジェクトに導入する際の手順と、その導入によって得られるメリットについて解説します。

導入手順

1. ドメインモデルの設計から始める

クリーンアーキテクチャ導入の第一歩は、ビジネスドメインを理解し、それをモデル化することです。具体的には以下のステップで進めます：

ビジネス要件の分析: プロジェクトの中心となるビジネスルールや概念を理解する
エンティティの特定: 主要なデータ構造と振る舞いを持つオブジェクトを特定する
ユースケースの洗い出し: システムが実現すべき機能をユースケースとして定義する

例えば、ECサイトであれば「商品」「注文」「顧客」などのエンティティと、「商品を検索する」「注文を確定する」などのユースケースを洗い出します。

2. レイヤー構造の実装

ドメインモデルが明確になったら、次にレイヤー構造を実装します：

内側から外側へ: 最初にドメイン層（エンティティとビジネスルール）を実装し、徐々に外側のレイヤーへと拡張する
インターフェースの定義: 各レイヤー間の依存関係を管理するためのインターフェースを定義する
依存性注入の仕組み: レイヤー間の依存関係を逆転させるための依存性注入の仕組みを導入する

// 内側のレイヤーからの依存を避けるためのインターフェース例
export interface UserRepository {
  findById(id: string): Promise<User | null>;
  save(user: User): Promise<void>;
}

// 実装は外側のレイヤーで行う
export class MySQLUserRepository implements UserRepository {
  // 実装
}

3. 段階的な移行（既存プロジェクトの場合）

既存プロジェクトにクリーンアーキテクチャを導入する場合は、一度にすべてを変更するのではなく、段階的なアプローチが効果的です：

リファクタリングしやすい部分から: 影響範囲が小さく、変更が容易な部分から始める
境界を明確に: 新しいアーキテクチャと古いコードの境界を明確にし、徐々に移行する
テストの充実: 移行中の機能退行を防ぐために、テスト網を充実させる

導入のメリット

クリーンアーキテクチャを導入することで得られる主なメリットは以下の通りです：

1. 保守性の向上

ビジネスロジックが外部依存から分離されているため、要件変更に伴う修正が容易になります。例えば、データベースをMySQLからMongoDBに変更する場合、ビジネスロジック層には影響を与えることなく、インフラストラクチャ層のみを変更すれば済みます。

2. テスト容易性の向上

ビジネスロジックが純粋な状態で分離されているため、単体テストが書きやすくなります。外部依存をモックに置き換えることで、テストの実行速度も向上します。

// ユースケースのテスト例
describe('CreateUserUseCase', () => {
  it('should create a user with valid data', async () => {
    // リポジトリのモック
    const mockUserRepository: UserRepository = {
      findById: jest.fn(),
      save: jest.fn()
    };
    
    const useCase = new CreateUserUseCase(mockUserRepository);
    await useCase.execute({ name: 'テスト太郎', email: '[email protected]' });
    
    // リポジトリのsaveメソッドが呼ばれたことを検証
    expect(mockUserRepository.save).toHaveBeenCalled();
  });
});

3. ビジネスロジックの明確化

ビジネスロジックがUI層やデータベース層から分離されることで、コードを読む人がビジネスロジックに集中しやすくなります。これは、新しいチームメンバーの参画時や、将来の機能拡張時に大きなメリットとなります。

4. 技術選定の柔軟性

フレームワークやデータベースなどの技術要素を、ビジネスロジックに影響を与えることなく変更できるようになります。これにより、長期的なプロジェクトでの技術進化への対応が容易になります。

5. 並行開発の効率化

レイヤー間の境界が明確であるため、チーム内での並行開発が容易になります。例えば、あるメンバーがUIを開発している間に、別のメンバーがビジネスロジックやデータアクセス層を開発することができます。

導入時の注意点

クリーンアーキテクチャ導入時には、以下の点に注意が必要です：

過剰な抽象化を避ける: 小規模なプロジェクトでは、すべてのレイヤーを厳密に分離する必要はない場合もある
コードの重複に注意: 各レイヤー間のデータ変換で似たような構造が発生しやすい
学習曲線: チームメンバー全員がアーキテクチャの概念を理解する必要がある

以上のように、クリーンアーキテクチャの導入には計画的なアプローチが必要ですが、適切に実施することで長期的なプロジェクトの健全性を大きく向上させることができます。

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よくある誤解と実践的なアドバイス

クリーンアーキテクチャは強力な設計手法ですが、誤解されやすい部分もあります。よくある誤解と実践的なアドバイスをいくつか紹介します。

よくある誤解

1. 「すべてのプロジェクトに同じ形で適用すべき」

クリーンアーキテクチャは万能薬ではありません。プロジェクトの規模や要件によっては、完全な形で適用すると過剰になる場合があります。

実践的アドバイス: プロジェクトの規模と複雑さに応じて、アーキテクチャの適用度合いを調整しましょう。小さなプロジェクトでは、単純な3層構造で十分な場合も多いです。

2. 「レイヤー間の厳格な境界が常に必要」

レイヤー間の境界を過度に厳格にすると、単純な機能でも複雑な実装が必要になることがあります。

実践的アドバイス: 境界は必要な場所に設けましょう。特にビジネスロジックの保護は重要ですが、インターフェースアダプターとインフラストラクチャの境界はケースによっては緩やかでも問題ないことがあります。

3. 「データ転送オブジェクト（DTO）は常に必要」

各レイヤー間でデータ転送オブジェクト（DTO）を使うべきという考え方がありますが、これが過剰になると冗長なコードの原因になります。

実践的アドバイス: DTOは必要な場合にのみ使用しましょう。例えば、エンティティに公開したくない情報がある場合や、外部APIとの連携でデータ構造の変換が必要な場合などです。

実践的なアドバイス

1. ユニットテストを重視する

クリーンアーキテクチャの大きなメリットの一つはテスト容易性です。このメリットを最大限に活かすために、特にビジネスロジック（ドメイン層とユースケース層）のユニットテストを充実させましょう。

// ユースケースのテスト例（より詳細なバージョン）
describe('RegisterUserUseCase', () => {
  let useCase: RegisterUserUseCase;
  let mockUserRepository: UserRepository;
  
  beforeEach(() => {
    // テストごとにモックを初期化
    mockUserRepository = {
      findByEmail: jest.fn(),
      save: jest.fn()
    };
    
    useCase = new RegisterUserUseCase(mockUserRepository);
  });
  
  it('should register a valid user', async () => {
    // モックの振る舞いを設定
    mockUserRepository.findByEmail.mockResolvedValue(null);
    
    // ユースケースを実行
    const result = await useCase.execute({
      name: 'テスト太郎',
      email: '[email protected]',
      password: 'Password123'
    });
    
    // 検証
    expect(result).toBeDefined();
    expect(mockUserRepository.save).toHaveBeenCalled();
  });
  
  it('should throw an error if email already exists', async () => {
    // メールアドレスが既に存在する場合のモック
    mockUserRepository.findByEmail.mockResolvedValue(new User('existing-id', 'テスト太郎', '[email protected]'));
    
    // エラーが発生することを期待
    await expect(
      useCase.execute({
        name: 'テスト太郎',
        email: '[email protected]',
        password: 'Password123'
      })
    ).rejects.toThrow('Email already exists');
    
    // saveメソッドが呼ばれていないことを確認
    expect(mockUserRepository.save).not.toHaveBeenCalled();
  });
});

2. 依存性注入を効果的に活用する

依存性注入は、クリーンアーキテクチャの依存関係逆転を実現するための重要な手法です。言語やフレームワークに応じた依存性注入のツールやライブラリを活用しましょう。

TypeScriptの場合、以下のようなライブラリが人気です：

inversify - 強力な依存性注入コンテナ
tsyringe - シンプルで使いやすい依存性注入ライブラリ
typedi - TypeScriptフレンドリーなDIコンテナ

// inversifyを使った依存性注入の例
import { Container } from 'inversify';
import { TodoRepository } from './domain/repositories/TodoRepository';
import { MongoTodoRepository } from './infrastructure/repositories/MongoTodoRepository';
import { CreateTodoUseCase } from './application/usecases/CreateTodoUseCase';

const container = new Container();

// リポジトリの登録
container.bind<TodoRepository>('TodoRepository').to(MongoTodoRepository);

// ユースケースの登録
container.bind<CreateTodoUseCase>(CreateTodoUseCase).toSelf();

// 利用例
const useCase = container.get<CreateTodoUseCase>(CreateTodoUseCase);

3. インターフェースのバランスを見極める

多すぎるインターフェースは維持コストを増大させます。一方、少なすぎるとモジュール間の結合度が高くなります。適切なバランスを見極めましょう。

良い例:

リポジトリインターフェースは必要
ユースケースインターフェースは場合によって必要
プレゼンターやコントローラーのインターフェースは必要に応じて

4. 実際のプロジェクトで段階的に導入する

実際のプロジェクトでは、一度にすべてをクリーンアーキテクチャに移行するのではなく、段階的なアプローチを取りましょう。

ビジネスロジックを特定し、ドメイン層として分離する
ユースケース層を追加し、ビジネスロジックをさらに整理する
リポジトリインターフェースを導入し、データアクセスを抽象化する
外部依存（フレームワーク、データベースなど）からのアダプターを実装する

5. パフォーマンスも考慮する

アーキテクチャの美しさだけでなく、パフォーマンスも考慮しましょう。レイヤー間のデータ変換や過度の抽象化がパフォーマンスに影響を与える可能性があります。

実践的アドバイス: パフォーマンスクリティカルな部分では、必要に応じてアーキテクチャを緩めることも検討しましょう。例えば、特定の高負荷クエリではリポジトリパターンを経由せずに直接データベースにアクセスするなどの例外を設けることも一つの戦略です。

ケーススタディ：クリーンアーキテクチャを活用した成功例

あるECサイトのプロジェクトでは、クリーンアーキテクチャを導入することで以下のような成果が得られました：

フロントエンドフレームワークの移行が容易に：ビジネスロジックがUIから分離されていたため、AngularからReactへの移行が予想よりスムーズに進行
テスト網の充実：ビジネスロジックの純粋な単体テストにより、バグの早期発見率が向上
新機能追加の効率化：明確な責任分担により、新機能の追加が予測可能なスケジュールで進行

クリーンアーキテクチャの導入には学習コストと初期実装コストがかかりますが、長期的なメンテナンス性向上と変更容易性の観点から見れば、多くのプロジェクトにとって価値ある投資となるでしょう。

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