框架的软件工程

Posted 2023-05-10

参考技术A

框架（Framework）是整个或部分系统的可重用设计，表现为一组抽象构件及构件实例间交互的方法;另一种定义认为，框架是可被应用开发者定制的应用骨架。前者是从应用方面而后者是从目的方面给出的定义。
可以说，一个框架是一个可复用的设计构件，它规定了应用的体系结构，阐明了整个设计、协作构件之间的依赖关系、责任分配和控制流程，表现为一组抽象类以及其实例之间协作的方法，它为构件复用提供了上下文(Context)关系。因此构件库的大规模重用也需要框架。
构件领域框架方法在很大程度上借鉴了硬件技术发展的成就，它是构件技术、软件体系结构研究和应用软件开发三者发展结合的产物。在很多情况下，框架通常以构件库的形式出现，但构件库只是框架的一个重要部分。框架的关键还在于框架内对象间的交互模式和控制流模式。
框架比构件可定制性强。在某种程度上，将构件和框架看成两个不同但彼此协作的技术或许更好。框架为构件提供重用的环境，为构件处理错误、交换数据及激活操作提供了标准的方法。
应用框架的概念也很简单。它并不是包含构件应用程序的小片程序，而是实现了某应用领域通用完备功能（除去特殊应用的部分）的底层服务。使用这种框架的编程人员可以在一个通用功能已经实现的基础上开始具体的系统开发。框架提供了所有应用期望的默认行为的类集合。具体的应用通过重写子类(该子类属于框架的默认行为)或组装对象来支持应用专用的行为。
应用框架强调的是软件的设计重用性和系统的可扩充性,以缩短大型应用软件系统的开发周期，提高开发质量。与传统的基于类库的面向对象重用技术比较，应用框架更注重于面向专业领域的软件重用。应用框架具有领域相关性，构件根据框架进行复合而生成可运行的系统。框架的粒度越大，其中包含的领域知识就更加完整。
框架，即framework。其实就是某种应用的半成品，就是一组组件，供你选用完成你自己的系统。简单说就是使用别人搭好的舞台，你来做表演。而且，框架一般是成熟的，不断升级的软件。 框架的概念最早起源于Smalltalk环境，其中最著名的框架是Smalltalk 80的用户界面框架MVC(Model-View-Controller)。随着用户界面框架Interviews 【Linton 89】和ET++ 【Weinand 89】 的开发和发布，框架研究越来越受到研究人员的重视。虽然框架研究最初起源于用户界面领域，但它还被成功地应用到其他领域中，如操作系统【Russo 90】、火警系统 【Molin 96a，Molin 96b】 等。Taligent公司于1992年成立后，框架研究受到了广泛的重视。该公司计划基于框架来开发一个完整的面向对象操作系统。另外，该公司还发布了一套支持快速应用开发的工具集CommonPoint，其中包括了上百个面向对象框架 【Andert 94,Cotter 95】。框架还没有统一的定义，其中Ralph Johnson所给出的定义基本上为大多数研究人员所接受：
一个框架是一个可复用设计，它是由一组抽象类及其实例间协作关系来表达的 【Johnson 98】。
这个定义是从框架内涵的角度来定义框架的，当然也可以从框架用途的角度来给出框架的定义：
一个框架是在一个给定的问题领域内，一个应用程序的一部分设计与实现【Bosch 97】。
从以上两个定义可以看出，框架是对特定应用领域中的应用系统的部分设计和实现com/wiki/%E5%AD%90%E7%B3%BB%E7%BB%9F target=_new class=innerlink>子系统)的整体结构。框架将应用系统划分为类和对象，定义类和对象的责任，类和对象如何互相协作，以及对象之间的控制线程。这些共有的设计因素由框架预先定义，应用开发人员只须关注于特定的应用系统特有部分。框架刻画了其应用领域所共有的设计决策，所以说框架着重于设计复用，尽管框架中可能包含用某种程序设计语言实现的具体类。
一个基于框架开发的应用系统包含一个或多个框架，与框架相关的构件类，以及与应用系统相关的功能扩展。与应用系统相关的扩展包括与应用系统相关的类和对象。应用系统可能仅仅复用了面向对象框架的一部分，或者说，它可能需要对框架进行一些适应性修改，以满足系统需求。
面向对象的框架作为一种可复用的软件，在基于框架的软件开发过程中会涉及到框架的开发和利用两个方面的工作。框架的开发阶段在于产生领域中可复用的设计。该阶段的主要结果是框架以及与框架相关的构件类。该阶段的一个重要活动是框架的演变和维护。象所有软件一样，框架也易于变化。产生变化的原因很多，如应用出错，业务领域变化，等等。
不论是哪一种技术，最终都是为业务发展而服务的。从业务的角度来讲。首先，框架的是为了企业的业务发展和战略规划而服务的，他服从于企业的愿景（vision）；其次，框架最重要的目标是提高企业的竞争能力，包括降低成本、提高质量、改善客户满意程度，控制进度等方面。最后，框架实现这一目标的方式是进行有效的知识积累。软件开发是一种知识活动，因此知识的聚集和积累是至关重要的。框架能够采用一种结构化的方式对某个特定的业务领域进行描述，也就是将这个领域相关的技术以代码、文档、模型等方式固化下来。 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，事物处理，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、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。 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；
大粒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。 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。 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”。 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。

软件框架和软件架构的区别？

　　初学java，遇到jdk，sdk概念：软件开发工具包（外语首字母缩写：SDK、外语全称：Software Development Kit）一般都是一些软件工程师为特定的软件包、软件框架、硬件平台、操作系统等建立应用软件时的开发工具的集合。

软件包：(SoftWare Package)是指具有特定的功能，用来完成特定任务的一个程序或一组程序。

开发工具：包含编辑、编译、解释执行（C中是链接执行）等功能。

一、软件框架

?软件框架是面向领域（如ERP、计算领域等）的、可复用的“半成品”软件，它实现了该领域的共性部分，并提供了一些定义良好的可变点以保证灵活性和可扩展性。也就是说软件框架是领域分析结果的软件化，是领域内最终应用的模板。

    随着软件规模的扩大、应用广泛和软件复用技术的发展，以子程序和类为单位的软件复用出现了很多的不足之处：

（1）子程序的库越来越庞大以至于其使用人员难以掌握

（2）大多数类的粒度很小，其自身不能完成所有有用的功能

正是因为这些原因，使得人们在复用中将一组类（模块）作为一个整体来考虑，由此出现了软件框架。而软件框架中至少包含以下组成部分：

（1）一系列完成计算的模块，成为构件

（2）构件之间的关系及交互机制

（3）一系列可变点（热点、或者称为调整点）

（4）可变点的行为调整机制

开发人员通过软件框架行为调整机制，将领域中具体应用中所特有的软件模块绑定到该软件框架的可变点上，从而得到了最终的应用系统，这个过程称为软件软件框架的例化，软件框架的存在使得开发人员将主要的精力放在系统所特有的模块的开发上，从而提高软件的生产率和质量。

软件框架的行为调整机制是指如何针对具体的应用调整该框架的可变部分、如何在可变点加入特定应用模块所采用的方法和规则。

二、软件架构?

软件架构是一个系统的草图。软件架构描述的对象是直接构成系统的抽象组件。各个组件之间的连接则明确和相对细致地描述组件之间的通讯。

•   软件架构在定义上分为‘组成派’和‘决策派’两大阵营，分别描述如下：

1.     ’组成派‘认为软件架构是将系统描述成计算组件及组件之间的交互。它有两个非常明显的特点： 
   • 关注架构实践的客体——软件，以软件本身作为描述对象。
   • 分析了软件的组成，说明软件不是一个‘原子’意义上的整体，而是有不同的部分经过特定的接口进行连接组成的一个整体，这对软件开发来说很重要。
2.     ‘决策派’认为软件架构包含了一系列的决策，主要包括：
   • 软件系统的组织
   • 选择组成系统的结构元素和它们之间的接口，以及当这些元素相互协作时所体现的行为
   • 如何组合这些元素，使它们逐渐合成为更大的子系统
   • 用于指导这个系统组织的架构风格：这些元素以及它们的接口、协作和组合

    软件架构并不仅仅关注软件本身的结构和行为，还注重其他特性：使用、功能性、性能、弹性、重用、可理解、经济以及技术的限制和权衡等。

个人理解：当软件工程具一定规模时，软件开发不完全是以数据结构+算法的形式存在，而是基于技术选择和用户需求等众多因素将软件“分而治之”，架构师的主要任务是将软件分割成不同的模块，并定义模块之间的接口。