基于MEF的軟件可復(fù)用框架設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：近來(lái)，基于框架的軟件開發(fā)扮演著一個(gè)重要的角色。軟件框架提供了一種標(biāo)準(zhǔn)的模式在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)構(gòu)建應(yīng)用程序。本文將探討一個(gè)基于.NET MEF技術(shù)的框架的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。為追求一個(gè)更好的框架設(shè)計(jì)，不同的設(shè)計(jì)模式也被廣泛應(yīng)用在框架中。

關(guān)鍵詞：基于框架的軟件開發(fā)；軟件框架；MEF

中圖分類號(hào)：TP311.52

軟件復(fù)用一直是軟件業(yè)重要的研究領(lǐng)域，而其中軟件框架作為一種高級(jí)別軟件復(fù)用手段也在各個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)有和發(fā)展。相比建立通用類庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用，軟件框架是在一個(gè)更高級(jí)別上的抽象。

基于UML軟件工程組織給出的定義?？蚣埽‵ramework）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，框架是可被應(yīng)用開發(fā)者定制的應(yīng)用骨架。前者是從應(yīng)用方面而后者是從目的方面給出的定義。

一個(gè)框架是一個(gè)可復(fù)用的設(shè)計(jì)構(gòu)件，它規(guī)定了應(yīng)用的體系結(jié)構(gòu)，闡明了整個(gè)設(shè)計(jì)、協(xié)作構(gòu)件之間的依賴關(guān)系、責(zé)任分配和控制流程，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。因此構(gòu)件庫(kù)的大規(guī)模重用也需要框架。

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。框架為構(gòu)件提供重用的環(huán)境，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。

設(shè)計(jì)一個(gè)的軟件框架，需要考慮系統(tǒng)的健壯性，擴(kuò)展性，安全性等多種因素。同時(shí)選擇合適的工具和設(shè)計(jì)模式也是非常關(guān)鍵，并且框架還需要在運(yùn)行實(shí)踐中不斷完善。所以完成一個(gè)優(yōu)秀的軟件框架是一個(gè)復(fù)雜且長(zhǎng)期的過(guò)程。

本文將探討一種基于.NET平臺(tái)MEF（Managed Extensibility Framework）的應(yīng)用框架，的設(shè)計(jì)方法和具體實(shí)現(xiàn)。

1 MEF的基本概念

MEF（Managed Extensibility Framework）是.NET Framework 4.0的一個(gè)重要的庫(kù)。它的目標(biāo)是簡(jiǎn)化創(chuàng)建可擴(kuò)展的應(yīng)用程序。其核心組件是ComposablePart（可組合構(gòu)件），它由ComposablePartDefintion來(lái)描述和創(chuàng)建。每一個(gè)可組合組件通過(guò)定義ExportDefintion向其它組件提供功能，通過(guò)ImportDefinition引用其它組件的功能，通過(guò)Metadata來(lái)描述組件自身的信息。在創(chuàng)建一個(gè)ComposablePart組件后，通過(guò)在組件目錄（ComposableCatalog）搜索需要的功能實(shí)現(xiàn)組件組合。

MEF組件通過(guò)使用特性來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)入和導(dǎo)出。由于MEF的部件是以聲明方式指定其功能，因此在運(yùn)行時(shí)可發(fā)現(xiàn)這些部件。這意味著，應(yīng)用程序無(wú)需硬編碼的引用或脆弱的配置文件即可利用相關(guān)部件。通過(guò)MEF，應(yīng)用程序可以通過(guò)部件的元數(shù)據(jù)來(lái)發(fā)現(xiàn)并檢查部件，而不用實(shí)例化部件，或者甚至不用加載部件的程序集。

2 可復(fù)用框架的設(shè)計(jì)

本文所介紹的應(yīng)用軟件框架主要使用三層架構(gòu)。如圖1所示。界面表示層，業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問(wèn)層，各層分離有助于實(shí)現(xiàn)框架的重構(gòu)和跨平臺(tái)。比如，界面表示層從Windows窗體轉(zhuǎn)變成用Web形式展示，業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問(wèn)層可能只需要微小的改動(dòng)甚至不需要改動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)。

2.1 界面表示層的設(shè)計(jì)

界面表示層用來(lái)提供用戶界面來(lái)訪問(wèn)框架以及外部構(gòu)建的功能和服務(wù)。該層的設(shè)計(jì)主要才用MVP模式，進(jìn)一步將界面展示和后臺(tái)邏輯分離。所有純粹的界面都集中在View中，界面上用戶請(qǐng)求的數(shù)據(jù)則通過(guò)Presenter從Model中獲取并返回給View。另外，MVP模式還有另一種實(shí)現(xiàn)形式，除了Model，View和Presenter還加入一個(gè)Controller以便將不同界面的交互通信都集中到Controller中來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用MVP模式將界面和后臺(tái)邏輯分離，可以撇開界面，以最小的代價(jià)實(shí)現(xiàn)對(duì)界面后臺(tái)邏輯的單元測(cè)試。

界面表示層包含兩類界面（View）。一類界面是對(duì)框架本身的界面，如登錄界面，主界面，用戶及權(quán)限管理和配置管理等；另一類界面是構(gòu)建容器界面，主要用來(lái)加載外部構(gòu)件，擴(kuò)展系統(tǒng)功能。

2.2 業(yè)務(wù)邏輯層的設(shè)計(jì)

業(yè)務(wù)邏輯層主要包含框架了具體邏輯的實(shí)現(xiàn)，包括外部構(gòu)件管理、用戶管理、身份認(rèn)證管理和配置管理。

（1）核心模塊是外部構(gòu)件管理模塊，它主要負(fù)責(zé)外部構(gòu)件的動(dòng)態(tài)加載和卸載。該模塊主要基于.NET Framework中的MEF技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。它主要有兩部分組成。一部分是外部構(gòu)件的導(dǎo)入導(dǎo)出管理，其主要負(fù)責(zé)創(chuàng)建MEF的組件目錄和組合容器等。另一部分是面向外部構(gòu)件的接口，即定義外部構(gòu)件所要遵守的契約以及框架提供給構(gòu)件的服務(wù)的接口。

外部構(gòu)件管理模塊使用成熟的MEF來(lái)管理外部控件，相比從零開發(fā)可以減少代碼開發(fā)和功能測(cè)試的精力，縮短框架的開發(fā)周期。它作為核心模塊，對(duì)外提供了功能擴(kuò)展點(diǎn)?；诳蚣荛_發(fā)的應(yīng)用只需關(guān)注于MEF構(gòu)件的開發(fā)，通過(guò)插拔構(gòu)件動(dòng)態(tài)的配置應(yīng)用程序所需的功能。

（2）用戶管理模塊，主要負(fù)責(zé)用戶以及相應(yīng)權(quán)限的管理。該模塊的設(shè)計(jì)主要是考慮用戶和組以及組的權(quán)限都是可配置的，需要通過(guò)數(shù)據(jù)訪問(wèn)層來(lái)實(shí)現(xiàn)配置的持久化。用戶的認(rèn)證（或者叫登錄管理）的設(shè)計(jì)則需要考慮到將來(lái)對(duì)用戶登錄方式的擴(kuò)展，這里需要用到設(shè)計(jì)模式中的策略模式（Strategy）來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種需要定義一個(gè)抽象類并包含一個(gè)或多個(gè)抽象方法，然后不同的算法來(lái)具體實(shí)現(xiàn)抽象類定義的抽象方法。當(dāng)有新的算法加入，只需要新增子類，而不需要修改現(xiàn)有類。如圖2所示。

2.3 數(shù)據(jù)訪問(wèn)層的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)訪問(wèn)層主要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)源和外部服務(wù)的訪問(wèn)。數(shù)據(jù)訪問(wèn)層的設(shè)計(jì)主要要注意以下四個(gè)職責(zé)：

（1）數(shù)據(jù)訪問(wèn)層應(yīng)該提供基本的持久化操作CRUD的操作。

（2）提供能夠滿足類中信息的讀取操作。

（3）數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)必須提供事務(wù)的管理，特別是批量持久化的過(guò)程中，事務(wù)不但能夠減少與數(shù)據(jù)庫(kù)操作的次數(shù)，而且根據(jù)事務(wù)的四個(gè)特性可以提供更好的安全性。

（4）數(shù)據(jù)訪問(wèn)層必須提供處理并發(fā)的功能。

應(yīng)用框架的數(shù)據(jù)訪問(wèn)層需要做到獨(dú)立于具體數(shù)據(jù)源（包括數(shù)據(jù)庫(kù)和文件等），即實(shí)現(xiàn)低耦合度。這就需要使用面向接口編程，將對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的CRUD的方法都定義到接口上，利用工廠方法模式動(dòng)態(tài)的根據(jù)配置創(chuàng)建所需要的數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)。如圖3所示。另外創(chuàng)建具體的數(shù)據(jù)庫(kù)操作的實(shí)例可以選擇兩種方式：1）工廠類根據(jù)讀取的配置利用反射技術(shù)來(lái)創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的實(shí)例。2）利用控制反轉(zhuǎn)（IoC，Inversion of Control）工具來(lái)創(chuàng)建出實(shí)例，如Unity。

2.4 交叉層的設(shè)計(jì)

在三層架構(gòu)的設(shè)計(jì)中都會(huì)有一些獨(dú)立的組件會(huì)被三層所調(diào)用如日志組件、異常處理、實(shí)例類庫(kù)、全球化和本地化的組件等。這些組件一般都會(huì)放在交叉層（Cross cutting）。這些組件比較通用的，往往是可以使用一些開源的組件，比如日志和異常處理等可以直接復(fù)用微軟提供的企業(yè)庫(kù)（Enterprise Library），或根據(jù)自己的需要修改。

3 結(jié)束語(yǔ)

框架的本質(zhì)在于提供一個(gè)可復(fù)用的軟件平臺(tái)，同時(shí)提供必要的擴(kuò)展點(diǎn)來(lái)支持功能構(gòu)件的插拔。而基于框架的應(yīng)用程序的開發(fā)，則只需要專注于外部構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)。通過(guò)這樣方法，可以最大限度的復(fù)用框架提供的功能，縮短開發(fā)周期和開發(fā)成本。

在框架的實(shí)際開發(fā)過(guò)程中，還會(huì)遇到各種問(wèn)題。比如如何有效隔離框架和外部構(gòu)件，在構(gòu)件產(chǎn)生異常是，框架本身能正常運(yùn)行；如何快速部署框架或者基于框架應(yīng)用程序等。應(yīng)用領(lǐng)域不同也會(huì)很大程度上對(duì)框架的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生影響。總之，一個(gè)好的框架是領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的反復(fù)迭代過(guò)程。

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作者簡(jiǎn)介：蔡君（1983-），男，畢業(yè)于南京工業(yè)大學(xué)，學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)主攻軟件工程碩士學(xué)位，高級(jí)工程師，研究方向：軟件工程；胡偉（1988-），男，畢業(yè)于蘇州大學(xué)，學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)主攻軟件工程碩士學(xué)位，工程師，研究方向：軟件工程。

作者單位：蘇州大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇蘇州 215006