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  • 框架漫谈

    1.什么是框架
    框架(Framework)是整个或部分系统的可重用设计,表现为一组抽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。
    通俗的讲一下,什么是架构,就是:

        根据要解决的问题,对目标系统的边界进行界定。
        并对目标系统按某个原则的进行切分。切分的原则,要便于不同的角色,对切分出来的部分,并行或串行开展工作,一般并行才能减少时间。
        并对这些切分出来的部分,设立沟通机制。
        根据3,使得这些部分之间能够进行有机的联系,合并组装成为一个整体,完成目标系统的所有工作。

    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。

    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。
    框架实际上是解决人的问题
    2.理解框架的基础——认识概念
    概念也属于人认识世界的基础,做架构的时候,很多时候都是在一个新的领域解决问题,必须要快速进入并掌握这个领域,然后才能够正确的解决问题。正确的认识概念,能够发现概念背后所代表的问题,进而才能够认识目标领域所需要解决的问题,这样才能够为做好架构打好基础。事实上,这一能力,在任何一个领域都是适用的,比如我们如果想要学习一项新的技术,如Hibernate、Spring、PhotoShop、WWW、 Internet等等,如果知道这些概念所要解决的问题,学习这些新的技术或者概念就会如虎添翼,快速的入手;学习一个新的领域,也会非常的快速有效;使 用这些概念来解释问题,甚至发明新的概念都是很容易的事。

    3.做好框架的基础1——识别问题
    做好架构首先需要做的就是识别出需要解决的问题。一般来说,如果把真正的问题找到,那么问题就已经解决80%了。同时,要正确的认识问题,需要问两个问题:

        这是谁的问题?
        有什么问题?

      当我们没有答案时,我们就知道正确的方向在哪儿,以及需要做哪些事了。架构要解决的问题都是人的问题。但是一旦确定了答案,问题2就会变得非常容易。可以这样说,架构师的能力大部分会体现在问题1的识别上。通常在识别出是谁的问题之后,会发现,在大部分情况下,问题都迎刃而解,不需要做额外的动作。很多时候问题的产生都是因为沟通的误解,或者主观上有很多不必要的利益诉求导致的。

    4.做好框架的基础2——切分
    但是总还有一部分确实是有问题的,需要做调整,那么就必须要有所动作,做相应的调整。这个调整就是架构的切分。切分就是利益的调整。利益是推动社会物质发展的原动力,所以调整好利益的分配至关重要。
    当人们认识到要主动的去切分一个系统的时候,毫无疑问,我们不能忘掉利益这个原动力。所有的切分决策都不能够违背这一点,这是大方向。结合前一篇“识别问题”,一旦确定了问题的主体,那么系统的利益相关人(用现代管理学语言叫:stakeholder)就确定了下来。所发现的问题,会有几种情况:

        某个或者某些利益相关人负载太重。
        时间上的负载太重。
        空间上的负载太重,本质上还是时间上的负载太重。
        某个或者某些利益相关人的权利和义务不对等。

    切分的原则

      情况1是切分的原因,情况2是切分不合理而导致的新的问题,最终还是要回到情况1。对于情况1,本质上都是时间上的负载。因为每个人的时间是有 限的,怎么在有限的时间内做出更多的事情?那么只有把时间上连续的动作,切分成时间上可以并行的动作,在空间上横向扩展。所以切分就要有几个原则:

        必须在连续时间内发生的一个活动,不能切分。比如孕妇怀孕,必须要10月怀胎,不能够切成10个人一个月完成。

        切分出来的部分的负责人,对这个部分的权利和义务必须是对等的。比方说妈妈10月怀胎,妈妈有权利处置小孩的出生和抚养,同样也对小孩的出生和抚养 负责。为什么必须是这样呢? 因为如果权利和义务是不对等的话,会伤害每个个体的利益,分出来执行的效率会比没有分出来还要低,实际上也损害了整体的利益,这违背了提升整体利益的初衷。

        切分出来的部分,不应该超出一个自然人的负载。当然对于每个人的能力不同,负载能力也不一样,需要不断的根据实际情况调整,这实际上就是运营。

        切分是内部活动,内部无任怎么切,对整个系统的外部应该是透明的。如果因为切分导致整个系统解决的问题发生了变化,那么这个变化不属于架构的活动。 当然很多时候当我们把问题分析的比较清楚的时候,整个系统的边界会进一步的完善,这就会形成螺旋式的进化。但这不属于架构所应该解决的问题。进化的发生, 也会导致新的架构的切分。

    总结一下

        架构的切分的导火索是人的负载太重。
        架构的切分实际就是对stakeholder的利益进行切分或合并,使得每个stakeholder的权责是对等的,每个stakeholder可以为自己的利益负责。
        架构切分的最终结果都会体现在组织架构上,只有这样才能够让架构落地并推进。
        架构切分的结果一定是一个树状,这也是为什么会产生分层。层数越多沟通越多,效率越低,分层要越少越好。尽可能变成一颗平衡树,才能让整个系统的效率最大化。

    5.软件

      不管大家有没有意识到,我们都有意无意的在计算机上模仿人类的行为,软件的历史就是用机器模拟人的历史,从冯诺依曼结构开始,程序逻辑开始脱离硬件,采用二进制编码。加上存储,配合输入输出,一个简化的大脑就出现了。图灵机则是模拟大脑的计算,用数学的方式 把计算的过程定义了出来,著名的邱奇-图灵论题:一切直觉上能行可计算的函数都可用图灵机计算,反之亦然。软硬件两者一结合,一个可编程的大脑出现了,这也是现在为什么我们把计算机叫做电脑。

    6.软件架构

    随着软件项目越做越大,后来慢慢的就有意识的去切分,演变成了不同的架构。

      以上通过简单的描述计算机和软件的发展历史,阐明软件的本质,其实就是通过把人类的日常工作生活虚拟化,减少成本,提升单个人员的生产力,提升人类自己的 利益。软件工程师的职责在这个浪潮中,不堪重负,自然而然就分拆为不同的角色,形成了一个独特的架构体系。这一切的背后,仍然是为了提升人类自己的利益, 解决人类自己的问题。

    7.软件架构师的工作

      要成为架构师,我们要解决的是别人的问题。这个时候就会真正的开始思考,别人究竟有什么问题。其实也很简单,和我们自己面临的问题一样,别人的问题也都是如何获取更好更多的利益。我们自己想明白了 这一点,自然也就能想明白别人的问题。这个时候就能够问出正确的问题:如果问题不解决,究竟谁会有利益的损失? 如果问题解决了,究竟谁会有收益,谁的收益最大? 回答了这两个问题就找到了问题的主体。

    8.代码的架构

    设计代码架构的时候要深入透彻的研究分析业务的逻辑结构,因为软件是对显示生活的模拟、虚拟化。所以可以直接分为业务逻辑部分(源于生活,对于生活的抽象)和支持业务逻辑的部分(后台代码)。之后再按照层次结构逐层细化,分解,形成树状结构。

    9.技术、业务和框架的关系

    技术是解决问题的方法,业务是要去实现的目标,框架是使用什么方法怎么实现目标的决策。


    框架为什么要用框架
    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。
    框架主要特点
    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。

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