軟件工程----框架

框架（Framework）是整個(gè)或部分系統(tǒng)的可重用設(shè)計(jì)，表現(xiàn)為一組抽象構(gòu)件及構(gòu)件實(shí)例間交互的方法;另一種定義認(rèn)為车伞，框架是可被應(yīng)用開(kāi)發(fā)者定制的應(yīng)用骨架崎溃。前者是從應(yīng)用方面而后者是從目的方面給出的定義侦厚。

可以說(shuō)，一個(gè)框架是一個(gè)可復(fù)用的設(shè)計(jì)構(gòu)件劲阎，它規(guī)定了應(yīng)用的體系結(jié)構(gòu)绘盟，闡明了整個(gè)設(shè)計(jì)、協(xié)作構(gòu)件之間的依賴關(guān)系悯仙、責(zé)任分配和控制流程龄毡，表現(xiàn)為一組抽象類以及其實(shí)例之間協(xié)作的方法，它為構(gòu)件復(fù)用提供了上下文(Context)關(guān)系锡垄。因此構(gòu)件庫(kù)的大規(guī)模重用也需要框架沦零。

構(gòu)件領(lǐng)域框架方法在很大程度上借鑒了硬件技術(shù)發(fā)展的成就，它是構(gòu)件技術(shù)货岭、軟件體系結(jié)構(gòu)研究和應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)三者發(fā)展結(jié)合的產(chǎn)物路操。在很多情況下，框架通常以構(gòu)件庫(kù)的形式出現(xiàn)千贯，但構(gòu)件庫(kù)只是框架的一個(gè)重要部分屯仗。框架的關(guān)鍵還在于框架內(nèi)對(duì)象間的交互模式和控制流模式搔谴。

框架比構(gòu)件可定制性強(qiáng)魁袜。在某種程度上，將構(gòu)件和框架看成兩個(gè)不同但彼此協(xié)作的技術(shù)或許更好》宓框架為構(gòu)件提供重用的環(huán)境店量，為構(gòu)件處理錯(cuò)誤、交換數(shù)據(jù)及激活操作提供了標(biāo)準(zhǔn)的方法鞠呈。

應(yīng)用框架的概念也很簡(jiǎn)單融师。它并不是包含構(gòu)件應(yīng)用程序的小片程序，而是實(shí)現(xiàn)了某應(yīng)用領(lǐng)域通用完備功能（除去特殊應(yīng)用的部分）的底層服務(wù)粟按。使用這種框架的編程人員可以在一個(gè)通用功能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上開(kāi)始具體的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)诬滩∨啵框架提供了所有應(yīng)用期望的默認(rèn)行為的類集合灭将。具體的應(yīng)用通過(guò)重寫子類(該子類屬于框架的默認(rèn)行為)或組裝對(duì)象來(lái)支持應(yīng)用專用的行為。

應(yīng)用框架強(qiáng)調(diào)的是軟件的設(shè)計(jì)重用性和系統(tǒng)的可擴(kuò)充性,以縮短大型應(yīng)用軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期后控，提高開(kāi)發(fā)質(zhì)量庙曙。與傳統(tǒng)的基于類庫(kù)的面向?qū)ο?/a>重用技術(shù)比較，應(yīng)用框架更注重于面向?qū)I(yè)領(lǐng)域的軟件重用浩淘。應(yīng)用框架具有領(lǐng)域相關(guān)性捌朴，構(gòu)件根據(jù)框架進(jìn)行復(fù)合而生成可運(yùn)行的系統(tǒng)≌懦框架的粒度越大砂蔽，其中包含的領(lǐng)域知識(shí)就更加完整。

框架署惯，即framework左驾。其實(shí)就是某種應(yīng)用的半成品，就是一組組件极谊，供你選用完成你自己的系統(tǒng)诡右。簡(jiǎn)單說(shuō)就是使用別人搭好的舞臺(tái)，你來(lái)做表演轻猖。而且帆吻，框架一般是成熟的，不斷升級(jí)的軟件咙边。 框架的概念最早起源于Smalltalk環(huán)境猜煮，其中最著名的框架是Smalltalk 80的用戶界面框架MVC(Model-View-Controller)。隨著用戶界面框架Interviews 【Linton 89】和ET++ 【W(wǎng)einand 89】 的開(kāi)發(fā)和發(fā)布败许，框架研究越來(lái)越受到研究人員的重視王带。雖然框架研究最初起源于用戶界面領(lǐng)域，但它還被成功地應(yīng)用到其他領(lǐng)域中檐束，如操作系統(tǒng)【Russo 90】辫秧、火警系統(tǒng) 【Molin 96a，Molin 96b】 等被丧。Taligent公司于1992年成立后盟戏，框架研究受到了廣泛的重視绪妹。該公司計(jì)劃基于框架來(lái)開(kāi)發(fā)一個(gè)完整的面向?qū)ο?/a>操作系統(tǒng)。另外柿究，該公司還發(fā)布了一套支持快速應(yīng)用開(kāi)發(fā)的工具集CommonPoint邮旷，其中包括了上百個(gè)面向?qū)ο罂蚣?【Andert 94,Cotter 95】∮框架還沒(méi)有統(tǒng)一的定義婶肩，其中Ralph Johnson所給出的定義基本上為大多數(shù)研究人員所接受：

一個(gè)框架是一個(gè)可復(fù)用設(shè)計(jì)，它是由一組抽象類及其實(shí)例間協(xié)作關(guān)系來(lái)表達(dá)的【Johnson 98】貌夕。

這個(gè)定義是從框架內(nèi)涵的角度來(lái)定義框架的律歼，當(dāng)然也可以從框架用途的角度來(lái)給出框架的定義：

一個(gè)框架是在一個(gè)給定的問(wèn)題領(lǐng)域內(nèi)，一個(gè)應(yīng)用程序的一部分設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)【Bosch 97】啡专。

從以上兩個(gè)定義可以看出险毁，框架是對(duì)特定應(yīng)用領(lǐng)域中的應(yīng)用系統(tǒng)的部分設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)∶峭框架將應(yīng)用系統(tǒng)劃分為類和對(duì)象畔况，定義類和對(duì)象的責(zé)任，類和對(duì)象如何互相協(xié)作慧库，以及對(duì)象之間的控制線程跷跪。這些共有的設(shè)計(jì)因素由框架預(yù)先定義，應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員只須關(guān)注于特定的應(yīng)用系統(tǒng)特有部分齐板〕痴埃框架刻畫了其應(yīng)用領(lǐng)域所共有的設(shè)計(jì)決策，所以說(shuō)框架著重于設(shè)計(jì)復(fù)用覆积，盡管框架中可能包含用某種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的具體類听皿。

一個(gè)基于框架開(kāi)發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)包含一個(gè)或多個(gè)框架，與框架相關(guān)的構(gòu)件類宽档，以及與應(yīng)用系統(tǒng)相關(guān)的功能擴(kuò)展尉姨。與應(yīng)用系統(tǒng)相關(guān)的擴(kuò)展包括與應(yīng)用系統(tǒng)相關(guān)的類和對(duì)象。應(yīng)用系統(tǒng)可能僅僅復(fù)用了面向?qū)ο?/a>框架的一部分吗冤，或者說(shuō)又厉，它可能需要對(duì)框架進(jìn)行一些適應(yīng)性修改，以滿足系統(tǒng)需求椎瘟。

面向?qū)ο蟮目蚣茏鳛橐环N可復(fù)用的軟件覆致，在基于框架的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中會(huì)涉及到框架的開(kāi)發(fā)和利用兩個(gè)方面的工作》挝担框架的開(kāi)發(fā)階段在于產(chǎn)生領(lǐng)域中可復(fù)用的設(shè)計(jì)煌妈。該階段的主要結(jié)果是框架以及與框架相關(guān)的構(gòu)件類。該階段的一個(gè)重要活動(dòng)是框架的演變和維護(hù)。象所有軟件一樣璧诵，框架也易于變化汰蜘。產(chǎn)生變化的原因很多，如應(yīng)用出錯(cuò)之宿，業(yè)務(wù)領(lǐng)域變化族操，等等。

不論是哪一種技術(shù)比被，最終都是為業(yè)務(wù)發(fā)展而服務(wù)的色难。從業(yè)務(wù)的角度來(lái)講。首先等缀，框架的是為了企業(yè)的業(yè)務(wù)發(fā)展和戰(zhàn)略規(guī)劃而服務(wù)的枷莉，他服從于企業(yè)的愿景（vision）；其次项滑，框架最重要的目標(biāo)是提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力依沮，包括降低成本、提高質(zhì)量枪狂、改善客戶滿意程度，控制進(jìn)度等方面宋渔。最后州疾，框架實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方式是進(jìn)行有效的知識(shí)積累。軟件開(kāi)發(fā)是一種知識(shí)活動(dòng)皇拣，因此知識(shí)的聚集和積累是至關(guān)重要的严蓖。框架能夠采用一種結(jié)構(gòu)化的方式對(duì)某個(gè)特定的業(yè)務(wù)領(lǐng)域進(jìn)行描述氧急，也就是將這個(gè)領(lǐng)域相關(guān)的技術(shù)以代碼颗胡、文檔、模型等方式固化下來(lái)吩坝。

為什么要用框架

因?yàn)檐浖到y(tǒng)發(fā)展到今天已經(jīng)很復(fù)雜了毒姨，特別是服務(wù)器端軟件，涉及到的知識(shí)钉寝，內(nèi)容弧呐，問(wèn)題太多。在某些方面使用別人成熟的框架嵌纲，就相當(dāng)于讓別人幫你完成一些基礎(chǔ)工作俘枫，你只需要集中精力完成系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯設(shè)計(jì)。而且框架一般是成熟逮走，穩(wěn)健的鸠蚪，他可以處理系統(tǒng)很多細(xì)節(jié)問(wèn)題，比如，事物處理茅信，安全性酣栈，數(shù)據(jù)流控制等問(wèn)題。還有框架一般都經(jīng)過(guò)很多人使用汹押，所以結(jié)構(gòu)很好矿筝，所以擴(kuò)展性也很好，而且它是不斷升級(jí)的棚贾，你可以直接享受別人升級(jí)代碼帶來(lái)的好處窖维。

框架和設(shè)計(jì)模式

框架、設(shè)計(jì)模式這兩個(gè)概念總?cè)菀妆换煜畋裕鋵?shí)它們之間還是有區(qū)別的铸史。構(gòu)件通常是代碼重用，而設(shè)計(jì)模式是設(shè)計(jì)重用怯伊，框架則介于兩者之間琳轿，部分代碼重用，部分設(shè)計(jì)重用耿芹，有時(shí)分析也可重用崭篡。在軟件生產(chǎn)中有三種級(jí)別的重用：內(nèi)部重用，即在同一應(yīng)用中能公共使用的抽象塊;代碼重用吧秕，即將通用模塊組合成庫(kù)或工具集琉闪，以便在多個(gè)應(yīng)用和領(lǐng)域都能使用；應(yīng)用框架的重用砸彬，即為專用領(lǐng)域提供通用的或現(xiàn)成的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)颠毙，以獲得最高級(jí)別的重用性。

框架與設(shè)計(jì)模式雖然相似砂碉，但卻有著根本的不同蛀蜜。設(shè)計(jì)模式是對(duì)在某種環(huán)境中反復(fù)出現(xiàn)的問(wèn)題以及解決該問(wèn)題的方案的描述，它比框架更抽象增蹭；框架可以用代碼表示滴某，也能直接執(zhí)行或復(fù)用，而對(duì)模式而言只有實(shí)例才能用代碼表示;設(shè)計(jì)模式是比框架更小的元素沪铭，一個(gè)框架中往往含有一個(gè)或多個(gè)設(shè)計(jì)模式壮池，框架總是針對(duì)某一特定應(yīng)用領(lǐng)域，但同一模式卻可適用于各種應(yīng)用杀怠∫铮可以說(shuō)，框架是軟件赔退，而設(shè)計(jì)模式是軟件的知識(shí)橙依。

框架開(kāi)發(fā)

框架的最大好處就是重用证舟。面向?qū)ο?/a>系統(tǒng)獲得的最大的復(fù)用方式就是框架，一個(gè)大的應(yīng)用系統(tǒng)往往可能由多層互相協(xié)作的框架組成窗骑。

由于框架能重用代碼女责，因此從一已有構(gòu)件庫(kù)中建立應(yīng)用變得非常容易，因?yàn)闃?gòu)件都采用框架統(tǒng)一定義的接口创译，從而使構(gòu)件間的通信簡(jiǎn)單抵知。

框架能重用設(shè)計(jì)。它提供可重用的抽象算法及高層設(shè)計(jì)软族，并能將大系統(tǒng)分解成更小的構(gòu)件刷喜，而且能描述構(gòu)件間的內(nèi)部接口。這些標(biāo)準(zhǔn)接口使在已有的構(gòu)件基礎(chǔ)上通過(guò)組裝建立各種各樣的系統(tǒng)成為可能立砸。只要符合接口定義掖疮，新的構(gòu)件就能插入框架中，構(gòu)件設(shè)計(jì)者就能重用構(gòu)架的設(shè)計(jì)颗祝。

框架還能重用分析浊闪。所有的人員若按照框架的思想來(lái)分析事務(wù)，那么就能將它劃分為同樣的構(gòu)件螺戳，采用相似的解決方法搁宾，從而使采用同一框架的分析人員之間能進(jìn)行溝通。

主要特點(diǎn)

領(lǐng)域內(nèi)的軟件結(jié)構(gòu)一致性好温峭； 建立更加開(kāi)放的系統(tǒng)猛铅；

重用代碼大大增加，軟件生產(chǎn)效率和質(zhì)量也得到了提高凤藏；

軟件設(shè)計(jì)人員要專注于對(duì)領(lǐng)域的了解，使需求分析更充分堕伪；

存儲(chǔ)了經(jīng)驗(yàn)揖庄，可以讓那些經(jīng)驗(yàn)豐富的人員去設(shè)計(jì)框架和領(lǐng)域構(gòu)件，而不必限于低層編程欠雌；

允許采用快速原型技術(shù)蹄梢；

有利于在一個(gè)項(xiàng)目?jī)?nèi)多人協(xié)同工作；

大粒度的重用使得平均開(kāi)發(fā)費(fèi)用降低富俄，開(kāi)發(fā)速度加快禁炒，開(kāi)發(fā)人員減少，維護(hù)費(fèi)用降低霍比，而參數(shù)化框架使得適應(yīng)性幕袱、靈活性增強(qiáng)。

解決問(wèn)題

框架要解決的最重要的一個(gè)問(wèn)題是技術(shù)整合的問(wèn)題悠瞬，在J2EE的框架中们豌，有著各種各樣的技術(shù)涯捻，不同的軟件企業(yè)需要從J2EE中選擇不同的技術(shù)，這就使得軟件企業(yè)最終的應(yīng)用依賴于這些技術(shù)望迎，技術(shù)自身的復(fù)雜性和技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)性將會(huì)直接對(duì)應(yīng)用造成沖擊障癌。而應(yīng)用是軟件企業(yè)的核心，是競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵所在辩尊，因此應(yīng)該將應(yīng)用自身的設(shè)計(jì)和具體的實(shí)現(xiàn)技術(shù)解耦涛浙。這樣，軟件企業(yè)的研發(fā)將集中在應(yīng)用的設(shè)計(jì)上摄欲，而不是具體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)轿亮，技術(shù)實(shí)現(xiàn)是應(yīng)用的底層支撐，它不應(yīng)該直接對(duì)應(yīng)用產(chǎn)生影響蒿涎。 要理解這一點(diǎn)哀托，我們來(lái)舉一些例子：

一個(gè)做視頻流應(yīng)用的軟件企業(yè)，他為電廣行業(yè)提供整體的解決方案劳秋。他的優(yōu)勢(shì)在于將各種各樣的視頻硬件仓手、服務(wù)器、和管理結(jié)合起來(lái)玻淑，因此他扮演的是一個(gè)集成商的角色嗽冒。因此他的核心價(jià)值在于使用軟件技術(shù)將不同的硬件整合起來(lái)，并在硬件的整合層面上提供一個(gè)統(tǒng)一的管理平臺(tái)补履。所以他的精力應(yīng)該放在解決兩個(gè)問(wèn)題：

如何找到一種方法添坊，將不同的硬件整合起來(lái)，注意箫锤，這里的整合并不是技術(shù)整合贬蛙，而是一種思路上的整合。首先要考慮的絕對(duì)不是要使用什么技術(shù)谚攒，而是這些硬件需要提供哪些服務(wù)阳准，需要以什么樣的方式進(jìn)行管理。因此馏臭，這時(shí)候做的事情實(shí)際上是對(duì)領(lǐng)域進(jìn)行建模野蝇。例如，我們定義任何一種硬件都需要提供兩種能力括儒，一種是統(tǒng)一的管理接口绕沈，用于對(duì)所有硬件統(tǒng)一管理；另一種是服務(wù)接口帮寻，系統(tǒng)平臺(tái)可以查詢硬件所能夠提供的服務(wù)乍狐，并調(diào)用這些服務(wù)。所以规婆，設(shè)計(jì)的規(guī)范將會(huì)針對(duì)兩種能力進(jìn)行澜躺。

另一個(gè)問(wèn)題是如何描述這個(gè)管理系統(tǒng)的規(guī)范蝉稳。你需要描述各種管理活動(dòng)，以及管理中所涉及的不同實(shí)體掘鄙。因?yàn)楣芾硐到y(tǒng)是針對(duì)硬件的管理耘戚，所以它是構(gòu)架在硬件整合平臺(tái)之上的。

在完成業(yè)務(wù)層面的設(shè)計(jì)之后操漠，我們?cè)賮?lái)看看具體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)收津。光有規(guī)范和設(shè)計(jì)是不夠的，我們還需要選擇一個(gè)優(yōu)秀的技術(shù)浊伙。由于是對(duì)不同硬件的整合撞秋，我們想到采用Java提供的JMX技術(shù)。JMX技術(shù)適合用來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)整合嚣鄙，它定義了一個(gè)通用的規(guī)范吻贿，并給出了遠(yuǎn)程管理端口的一些默認(rèn)實(shí)現(xiàn)。JMX已經(jīng)經(jīng)過(guò)了實(shí)踐的檢驗(yàn)哑子，不少的應(yīng)用服務(wù)器都采用了以JMX為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)舅列，例如有名的JBoss。JMX已經(jīng)是一個(gè)很好的開(kāi)始了卧蜓，但是我們還需要在JMX的基礎(chǔ)上再做一些工作帐要。

相關(guān)概念

1. 白盒與黑盒框架

框架可分為白盒(White-Box)與黑盒(Black-Box)兩種框架。

基于繼承的框架被稱為白盒框架弥奸。所謂白盒即具備可視性榨惠，被繼承的父類的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)對(duì)子類而言都是可知的。利用白盒框架的應(yīng)用開(kāi)發(fā)者通過(guò)衍生子類或重寫父類的成員方法來(lái)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)盛霎。子類的實(shí)現(xiàn)很大程度上依賴于父類的實(shí)現(xiàn)赠橙，這種依賴性限制了重用的靈活性和完全性。但解決這種局限性的方法可以是只繼承抽象父類愤炸，因?yàn)?a target="_blank" rel="nofollow">抽象類基本上不提供具體的實(shí)現(xiàn)简烤。白盒框架是一個(gè)程序骨架，而用戶衍生出的子類是這個(gè)骨架上的附屬品摇幻。

基于對(duì)象構(gòu)件組裝的框架就是黑盒框架。應(yīng)用開(kāi)發(fā)者通過(guò)整理挥萌、組裝對(duì)象來(lái)獲得系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)绰姻。用戶只須了解構(gòu)件的外部接口，無(wú)須了解內(nèi)部的具體實(shí)現(xiàn)引瀑。另外狂芋，組裝比繼承更為靈活，它能動(dòng)態(tài)地改變憨栽，繼承只是一個(gè)靜態(tài)編譯時(shí)的概念帜矾。

在理想情況下翼虫，任何所需的功能都可通過(guò)組裝已有的構(gòu)件得到，事實(shí)上可獲得的構(gòu)件遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求屡萤，有時(shí)通過(guò)繼承獲得新的構(gòu)件比利用已有構(gòu)件組裝新構(gòu)件更容易珍剑，因此白盒和黑盒將同時(shí)應(yīng)用于系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中。不過(guò)白盒框架趨向于向黑盒框架發(fā)展死陆，黑盒框架也是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)希望達(dá)到的理想目標(biāo)招拙。

2. 熱點(diǎn)、食譜以及好萊塢原則

成功的框架開(kāi)發(fā)需要確定領(lǐng)域?qū)Ｓ玫?'熱點(diǎn)'' (Hot spot)措译。應(yīng)用開(kāi)發(fā)者在框架的基礎(chǔ)上進(jìn)行開(kāi)發(fā)别凤，只須擴(kuò)展框架的某些部分，''熱點(diǎn)''就是在應(yīng)用領(lǐng)域的一種擴(kuò)展槽领虹，開(kāi)發(fā)者根據(jù)自己的需要填充這些擴(kuò)展槽规哪。''熱點(diǎn)''使框架具有靈活性，如在具體的實(shí)現(xiàn)中塌衰，擴(kuò)展槽可以被看成是一些抽象類诉稍，開(kāi)發(fā)者通過(guò)重寫抽象方法獲得具體實(shí)現(xiàn)。

''食譜'' (Cookbook)就是描述如何使用框架方法的文檔猾蒂。在''食譜''中包含了許多''烹飪''方法均唉，這些''烹飪''方法相當(dāng)于一些具體的操作步驟，描述了為解決某一專門問(wèn)題如何使用框架的詳細(xì)方法肚菠√蚣框架的內(nèi)部設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)通常不出現(xiàn)在''食譜''中。

框架的一個(gè)重要特征就是用戶定義的方法經(jīng)常被框架自身調(diào)用蚊逢，而不是從用戶的應(yīng)用代碼中調(diào)用层扶。這種機(jī)制常稱為“好萊塢原則”(Hollywood Principle)或“別調(diào)用我們，我們會(huì)調(diào)用您”烙荷。