基于MEF的软件可复用框架设计与实现

摘 要：近来，基于框架的软件开发扮演着一个重要的角色。软件框架提供了一种标准的模式在相对较短的时间内构建应用程序。本文将探讨一个基于.NET MEF技术的框架的设计和实现。为追求一个更好的框架设计，不同的设计模式也被广泛应用在框架中。

关键词：基于框架的软件开发；软件框架；MEF

中图分类号：TP311.52

软件复用一直是软件业重要的研究领域，而其中软件框架作为一种高级别软件复用手段也在各个领域得到应有和发展。相比建立通用类库来实现代码复用，软件框架是在一个更高级别上的抽象。

基于UML软件工程组织给出的定义。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。

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。

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。

设计一个的软件框架，需要考虑系统的健壮性，扩展性，安全性等多种因素。同时选择合适的工具和设计模式也是非常关键，并且框架还需要在运行实践中不断完善。所以完成一个优秀的软件框架是一个复杂且长期的过程。

本文将探讨一种基于.NET平台MEF（Managed Extensibility Framework）的应用框架，的设计方法和具体实现。

1 MEF的基本概念

MEF（Managed Extensibility Framework）是.NET Framework 4.0的一个重要的库。它的目标是简化创建可扩展的应用程序。其核心组件是ComposablePart（可组合构件），它由ComposablePartDefintion来描述和创建。每一个可组合组件通过定义ExportDefintion向其它组件提供功能，通过ImportDefinition引用其它组件的功能，通过Metadata来描述组件自身的信息。在创建一个ComposablePart组件后，通过在组件目录（ComposableCatalog）搜索需要的功能实现组件组合。

MEF组件通过使用特性来实现导入和导出。由于MEF的部件是以声明方式指定其功能，因此在运行时可发现这些部件。这意味着，应用程序无需硬编码的引用或脆弱的配置文件即可利用相关部件。通过MEF，应用程序可以通过部件的元数据来发现并检查部件，而不用实例化部件，或者甚至不用加载部件的程序集。

2 可复用框架的设计

本文所介绍的应用软件框架主要使用三层架构。如图1所示。界面表示层，业务逻辑层和数据访问层，各层分离有助于实现框架的重构和跨平台。比如，界面表示层从Windows窗体转变成用Web形式展示，业务逻辑层和数据访问层可能只需要微小的改动甚至不需要改动就能实现。

2.1 界面表示层的设计

界面表示层用来提供用户界面来访问框架以及外部构建的功能和服务。该层的设计主要才用MVP模式，进一步将界面展示和后台逻辑分离。所有纯粹的界面都集中在View中，界面上用户请求的数据则通过Presenter从Model中获取并返回给View。另外，MVP模式还有另一种实现形式，除了Model，View和Presenter还加入一个Controller以便将不同界面的交互通信都集中到Controller中来实现。采用MVP模式将界面和后台逻辑分离，可以撇开界面，以最小的代价实现对界面后台逻辑的单元测试。

界面表示层包含两类界面（View）。一类界面是对框架本身的界面，如登录界面，主界面，用户及权限管理和配置管理等；另一类界面是构建容器界面，主要用来加载外部构件，扩展系统功能。

2.2 业务逻辑层的设计

业务逻辑层主要包含框架了具体逻辑的实现，包括外部构件管理、用户管理、身份认证管理和配置管理。

（1）核心模块是外部构件管理模块，它主要负责外部构件的动态加载和卸载。该模块主要基于.NET Framework中的MEF技术来实现。它主要有两部分组成。一部分是外部构件的导入导出管理，其主要负责创建MEF的组件目录和组合容器等。另一部分是面向外部构件的接口，即定义外部构件所要遵守的契约以及框架提供给构件的服务的接口。

外部构件管理模块使用成熟的MEF来管理外部控件，相比从零开发可以减少代码开发和功能测试的精力，缩短框架的开发周期。它作为核心模块，对外提供了功能扩展点。基于框架开发的应用只需关注于MEF构件的开发，通过插拔构件动态的配置应用程序所需的功能。

（2）用户管理模块，主要负责用户以及相应权限的管理。该模块的设计主要是考虑用户和组以及组的权限都是可配置的，需要通过数据访问层来实现配置的持久化。用户的认证（或者叫登录管理）的设计则需要考虑到将来对用户登录方式的扩展，这里需要用到设计模式中的策略模式（Strategy）来实现。这种需要定义一个抽象类并包含一个或多个抽象方法，然后不同的算法来具体实现抽象类定义的抽象方法。当有新的算法加入，只需要新增子类，而不需要修改现有类。如图2所示。

2.3 数据访问层的设计

数据访问层主要负责对数据源和外部服务的访问。数据访问层的设计主要要注意以下四个职责：

（1）数据访问层应该提供基本的持久化操作CRUD的操作。