软件工程中的框架

一时失言乱红尘 2023-07-05 10:04 9阅读 0赞

### 什么是框架 ###

框架( Framework )是构成一类特定软件可复用设计的一组相互协作的类。框架规定了你的应用的体系结构。它定义了整体结构，类和对象的分割，各部分的主要责任，类和对象怎么协作，以及控制流程。框架预定义了这些设计参数，以便于应用设计者或实现者能集中精力于应用本身的特定细节

### 为什么要用框架 ###

因为软件系统发展到今天已经很复杂了，特别是服务器端软件，涉及到的知识，内容，问题太多。在某些方面使用别人成熟的框架，就相当于让别人帮你完成一些基础工作，你只需要集中精力完成系统的业务逻辑设计。而且框架一般是成熟，稳健的，他可以处理系统很多细节问题，比如，事务处理，安全性，数据流控制等问题。还有框架一般都经过很多人使用，所以结构很好，所以扩展性也很好，而且它是不断升级的，你可以直接享受别人升级代码带来的好处。  
框架一般处在低层应用平台（如J2EE）和高层业务逻辑之间的中间层。  
软件为什么要分层？ 为了实现“高内聚、低耦合”。把问题划分开来各个解决，易于控制，易于延展，易于分配资源…总之好处很多啦。

### 框架和设计模式 ###

框架、设计模式这两个概念总容易被混淆，其实它们之间还是有区别的。构件通常是代码重用，而设计模式是设计重用，框架则介于两者之间，部分代码重用，部分设计重用，有时分析也可重用。在软件生产中有三种级别的重用：内部重用，即在同一应用中能公共使用的抽象块;代码重用，即将通用模块组合成库或工具集，以便在多个应用和领域都能使用；应用框架的重用，即为专用领域提供通用的或现成的基础结构，以获得最高级别的重用性。  
框架与设计模式虽然相似，但却有着根本的不同。设计模式是对在某种环境中反复出现的问题以及解决该问题的方案的描述，它比框架更抽象；框架可以用代码表示，也能直接执行或复用，而对模式而言只有实例才能用代码表示;设计模式是比框架更小的元素，一个框架中往往含有一个或多个设计模式，框架总是针对某一特定应用领域，但同一模式却可适用于各种应用。可以说，框架是软件，而设计模式是软件的知识。

### 框架开发 ###

框架的最大好处就是重用。面向对象系统获得的最大的复用方式就是框架，一个大的应用系统往往可能由多层互相协作的框架组成。  
由于框架能重用代码，因此从一已有构件库中建立应用变得非常容易，因为构件都采用框架统一定义的接口，从而使构件间的通信简单。  
框架能重用设计。它提供可重用的抽象算法及高层设计，并能将大系统分解成更小的构件，而且能描述构件间的内部接口。这些标准接口使在已有的构件基础上通过组装建立各种各样的系统成为可能。只要符合接口定义，新的构件就能插入框架中，构件设计者就能重用构架的设计。  
框架还能重用分析。所有的人员若按照框架的思想来分析事务，那么就能将它划分为同样的构件，采用相似的解决方法，从而使采用同一框架的分析人员之间能进行沟通。

### 主要特点 ###

领域内的软件结构一致性好； 建立更加开放的系统；  
重用代码大大增加，软件生产效率和质量也得到了提高；  
软件设计人员要专注于对领域的了解，使需求分析更充分；  
存储了经验，可以让那些经验丰富的人员去设计框架和领域构件，而不必限于低层编程；  
允许采用快速原型技术；  
有利于在一个项目内多人协同工作；  
大力度的重用使得平均开发费用降低，开发速度加快，开发人员减少，维护费用降低，而参数化框架使得适应性、灵活性增强。

### 解决问题 ###

框架要解决的最重要的一个问题是技术整合的问题，在J2EE的框架中，有着各种各样的技术，不同的软件企业需要从J2EE中选择不同的技术，这就使得软件企业最终的应用依赖于这些技术，技术自身的复杂性和技术的风险性将会直接对应用造成冲击。而应用是软件企业的核心，是竞争力的关键所在，因此应该将应用自身的设计和具体的实现技术解耦。这样，软件企业的研发将集中在应用的设计上，而不是具体的技术实现，技术实现是应用的底层支撑，它不应该直接对应用产生影响。 要理解这一点，我们来举一些例子：  
一个做视频流应用的软件企业，他为电广行业提供整体的解决方案。他的优势在于将各种各样的视频硬件、服务器、和管理结合起来，因此他扮演的是一个集成商的角色。因此他的核心价值在于使用软件技术将不同的硬件整合起来，并在硬件的整合层面上提供一个统一的管理平台。所以他的精力应该放在解决两个问题：  
如何找到一种方法，将不同的硬件整合起来，注意，这里的整合并不是技术整合，而是一种思路上的整合。首先要考虑的绝对不是要使用什么技术，而是这些硬件需要提供哪些服务，需要以什么样的方式进行管理。因此，这时候做的事情实际上是对领域进行建模。例如，我们定义任何一种硬件都需要提供两种能力，一种是统一的管理接口，用于对所有硬件统一管理；另一种是服务接口，系统平台可以查询硬件所能够提供的服务，并调用这些服务。所以，设计的规范将会针对两种能力进行。  
另一个问题是如何描述这个管理系统的规范。你需要描述各种管理活动，以及管理中所涉及的不同实体。因为管理系统是针对硬件的管理，所以它是构架在硬件整合平台之上的。  
在完成业务层面的设计之后，我们再来看看具体的技术实现。光有规范和设计是不够的，我们还需要选择一个优秀的技术。由于是对不同硬件的整合，我们想到采用Java提供的JMX技术。JMX技术适合用来进行系统整合，它定义了一个通用的规范，并给出了远程管理端口的一些默认实现。JMX已经经过了实践的检验，不少的应用服务器都采用了以JMX为基础的结构，例如有名的JBoss。JMX已经是一个很好的开始了，但是我们还需要在JMX的基础上再做一些工作。

### 相关概念 ###

##### 1. 白盒与黑盒框架 #####

框架可分为白盒(White-Box)与黑盒(Black-Box)两种框架。  
基于继承的框架被称为白盒框架。所谓白盒即具备可视性，被继承的父类的内部实现细节对子类而言都是可知的。利用白盒框架的应用开发者通过衍生子类或重写父类的成员方法来开发系统。子类的实现很大程度上依赖于父类的实现，这种依赖性限制了重用的灵活性和完全性。但解决这种局限性的方法可以是只继承抽象父类，因为抽象类基本上不提供具体的实现。白盒框架是一个程序骨架，而用户衍生出的子类是这个骨架上的附属品。  
基于对象构件组装的框架就是黑盒框架。应用开发者通过整理、组装对象来获得系统的实现。用户只须了解构件的外部接口，无须了解内部的具体实现。另外，组装比继承更为灵活，它能动态地改变，继承只是一个静态编译时的概念。  
在理想情况下，任何所需的功能都可通过组装已有的构件得到，事实上可获得的构件远远不能满足需求，有时通过继承获得新的构件比利用已有构件组装新构件更容易，因此白盒和黑盒将同时应用于系统的开发中。不过白盒框架趋向于向黑盒框架发展，黑盒框架也是系统开发希望达到的理想目标。

##### 2. 热点、食谱以及好莱坞原则 #####

成功的框架开发需要确定领域专用的’‘热点’’ (Hot spot)。应用开发者在框架的基础上进行开发，只须扩展框架的某些部分，’‘热点’‘就是在应用领域的一种扩展槽，开发者根据自己的需要填充这些扩展槽。’‘热点’‘使框架具有灵活性，如在具体的实现中，扩展槽可以被看成是一些抽象类，开发者通过重写抽象方法获得具体实现。  
‘‘食谱’’ (Cookbook)就是描述如何使用框架方法的文档。在’‘食谱’‘中包含了许多’‘烹饪’‘方法，这些’‘烹饪’‘方法相当于一些具体的操作步骤，描述了为解决某一专门问题如何使用框架的详细方法。框架的内部设计和实现细节通常不出现在’‘食谱’'中。  
框架的一个重要特征就是用户定义的方法经常被框架自身调用，而不是从用户的应用代码中调用。这种机制常称为“好莱坞原则”(Hollywood Principle)或“别调用我们，我们会调用您”。

##### JAVA框架 #####

WAF：全称：WEB APPLICATION FRAMEWORK主要应用方面：EJB层，（WEB层也有，但是比较弱）。主要应用技术：EJB等出处：java.sun. com/blueprints/code/index.html">http://java.sun. com/blueprints/code/index.html简述：这是SUN在展示J2EE平台时所用的例子PetStore(宠物商店系统)里面的框架。是SUN蓝皮书例子程序中提出的应用框架。它实现了 MVC和其他良好的设计模式。SUN的网站上有技术资料，最好下载PetStore来研究，WEBLOGIC里自带此系统，源码在bea\\weblogic700\\samples\\server\\src\\petstore。这是学习了解J2EE的首选框架。免费。  
Struts:主要应用方面：WEB层。主要应用技术：JSP,TagLib,JavaBean,XML等出处，这是APACHE的开源项目，应用很广泛。基于MVC模式，结构很好，基于JSP。Jbuilder8里已经集成了STRUTS1.02的制作。免费。  
简述WAF+STRUTS结合的例子：WEB层用STRUTS，EJB层用WAF：JSP(TagLib)——>ActionForm——>Action ——> Event——>EJBAction——>EJB ——>DAO——>Database JSP（TagLib） (forward) <——Action <——EventResponse<——  
Turbine：主要应用方面：WEB层。主要应用技术：servlet等出处，这是APACHE的开源项目。基于SERVLET。据说速度比较快，基于service（pluggable implementation可插拔的执行组件）的方式提供各种服务。免费。  
COCOON：主要应用方面：WEB层。主要应用技术：XML，XSP，servlet等出处：http://cocoon.apache. org/2.0/简述：这是APACHE的一个开源项目。基于XML，基于XSP（通俗地说，XSP是在XML静态文档中加入Java程序段后形成的动态XML文档。）。特点是可以与多种数据源交互，包括文件系统，数据库，LDAP，XML资源库，网络数据源等。免费。  
ECHO：主要应用方面：WEB层。主要应用技术：servlet等出处：http://www.nextapp. com/products/echo/简述：nextapp公司的一个开源项目。基于SERVLET。页面可以做的很漂亮，结合echopoint，可以作出很多图形效果（里面用了jfreechart包）。使用SWING的思想来作网页，把HTML当作JAVA的类来做。但是大量使用Session，页面分帧（Frame）很多,系统资源消耗很大。免费。  
JATO：全称：SUN ONE Application Framework主要应用方面：WEB层。主要应用技术：JSP,TagLib,JavaBean等出处，简述：这是SUN推出的一个商业性框架，一看名字就知道是结合SUN ONE的平台推出的。我下载了JATO2.0看了一下，感觉有些简单，使用了JSP+TagLib+JavaBean。如他的DOC所说JATO是适合用在小的WEB应用里。免费。  
TCF：全称：Thin-Client Framework主要应用方面：JAVA GUI。主要应用技术：JAVA application等出处，简述：这是IBM出的一个框架。基于MVC模式，基于JAVA Application。推荐一篇介绍文章：java/j-tcf1/index.shtml">http://www-900.ibm. com/developerWorks/cn/java/j-tcf1/index.shtml收费：每个企业对象license:2000美元。