.NET中值得體驗(yàn)的精妙設(shè)計(jì)

作者：道法自然 2011-04-15 13:12:09

.NET 是 Microsoft XML Web services 平臺(tái)。MEF是.NET Framework 4.0一個(gè)重要的庫(kù)，Visual Studio 2010 Code Editor的擴(kuò)展支持也是基于MEF構(gòu)建的。下面讓我們一起來(lái)看。

MEF(Managed Extensibility Framework)是.NET Framework 4.0一個(gè)重要的庫(kù)，Visual Studio 2010 Code Editor的擴(kuò)展支持也是基于MEF構(gòu)建的。MEF的目標(biāo)是簡(jiǎn)化創(chuàng)建可擴(kuò)展的應(yīng)用程序，其核心類是ComposablePart，即具有組合能力的組件，每一個(gè)稱為ComposablePart(中文可為可組合構(gòu)件，不過(guò)下文一直采用英文來(lái)表示，這樣比較貼切)的組件可以組合(稱為Import)其它組件的功能(其它組件通過(guò)聲明Export提供功能)并且它也可以通過(guò)定義Export將其功能暴露給其它組件。ComposablePart通過(guò)組件目錄(ComposablePartCatalog)來(lái)搜索發(fā)現(xiàn)需要的功能，組件目錄可以是一個(gè)物理文件目錄、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)等。每一個(gè)ComposablePart還具備動(dòng)態(tài)組合的能力，在必要的情況下可以重新組合功能。本文將采用自底向上的思路體驗(yàn)一下MEF的設(shè)計(jì)思想。

1、無(wú)廢話MEF

MEF的核心是可組合組件ComposablePart，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。

2、典型的MEF組合過(guò)程

(1)創(chuàng)建組件目錄(如AssemblyCatalog)

(2)創(chuàng)建組合容器CompositionContainer，組件容器通過(guò)組件目錄搜索組件的定義

(3)創(chuàng)建一個(gè)組件

(4)從組件容器獲取其它組件功能的定義，然后執(zhí)行匹配組合

示例代碼如下：

var catalog = new AssemblyCatalog(Assembly.GetExecutingAssembly()); //創(chuàng)建一個(gè)程序集目錄，用于從一個(gè)程序集獲取所有的組件定義   
var container = new CompositionContainer(catalog); //創(chuàng)建一個(gè)組合容器   
var composablePart = new MyComponent();   
container.ComposeParts(composablePart); //執(zhí)行組合，從容器中獲取ExportDefinition并創(chuàng)建實(shí)例組合在一起   
// composablePart組合完成以供使用

其原理如下圖(來(lái)自mef.codeplex.com官方網(wǎng)站)：

3 MEF本質(zhì)——組合基元

組合基元是對(duì)提供具有可擴(kuò)展、可組合能力的組件的“本質(zhì)”支持，它處于MEF的最底層，是整個(gè)Framework的核心類，由6個(gè)類構(gòu)成，如下圖所示(該圖來(lái)自MEF白皮書，白皮書有點(diǎn)抽象，不過(guò)看起來(lái)很過(guò)癮，后面附上本人翻譯的中文版)。

組合基元類的描述如下：

(1)ComposablePart：即可組合組件，是組合基元的核心類。ExportDefinitions表示該組件提供的功能的描述;而ImportDefinitions則是對(duì)引用其它組件功能的約束的描述。Metadata是對(duì)組件自身的特殊標(biāo)識(shí)，當(dāng)一個(gè)ComposablePart通過(guò)Import引用其它組件功能時(shí)，元數(shù)據(jù)可能作為滿足引用功能的約束的一個(gè)條件。

(2)ExportDefinition：定義ComposablePart向其它組件提供的功能，這個(gè)功能使用一個(gè)ContactName和Metadata來(lái)描述。ContactName即使用這個(gè)功能的契約，Metadata用于進(jìn)一步描述這個(gè)功能。

(3)ImportDefinition：定義ComposablePart對(duì)其它組件提供的功能的引用，即引用了另一個(gè)組件的Exports。ImportDefintion使用一個(gè)表達(dá)式來(lái)描述約束，它在Constraint這個(gè)屬性定義，其類型為Expression>。這個(gè)表達(dá)式用于對(duì)一個(gè)ExportDefintion做匹配判定，其匹配方法如下：

以下是代碼片段：

var allExportDefs = …// 從ComposablePartCatalog獲取所有ExportDefinition   
var constraintDelegate= Constraint.Compile(); //編譯成匹配函數(shù)的代理   
var satisfiedExportDefs = allExportDefs .FindAll(constraintDelegate); //使用匹配函數(shù)的代理來(lái)過(guò)濾所有的ExportDefs

(4)ComposableDefinition：即ComposablePart定義，是ComposablePart的工廠，該類定義了一類ComposablePart引用的功能、暴露的功能及其自身的元數(shù)據(jù)。引用的功能在ImportDefinitions中描述，暴露的功能通過(guò)ExportDefinitions描述。而Metadata則是對(duì)組件自身的描述，在MEF中一般用于在一個(gè)組件引用(Import)另一個(gè)組件功能時(shí)，通過(guò)對(duì)另一個(gè)組件的元數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，從而來(lái)確定是否要組合另一個(gè)組件提供的功能。該類是ComposablePart的工廠，提供了CreatePart方法。　　

(5)ComposablePartCatalog：可組合組件目錄，用于發(fā)現(xiàn)組件，這些組件可能來(lái)自物理目錄、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)等。

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4 、如何使用MEF

在上面，我們描述了MEF的核心——組合基元，組合基元聽起來(lái)很簡(jiǎn)單，很容易理解，但是想直接使用組合基元來(lái)編寫一個(gè)ComposablePartDefinition卻不是那么容易了，在MEF的實(shí)現(xiàn)，這些類都是一些抽象類，用于描述整個(gè)可擴(kuò)展框架的模型。我先不想說(shuō)明白MEF到底是如何來(lái)使用組合基元，先看示例好了。

4.1 定義ComposablePartDefinition

MEF通過(guò)引入一個(gè)基于特性的編程模型來(lái)簡(jiǎn)化ComposablePart的定義，如下所示的MessageSender和Processor類均是ComposablePart定義。

以下是代碼片段：

public class MessageSender   
{   
[Export("MessageSender")]   
public void Send(string message)   
{   
Console.WriteLine(message);   
}   
}   
[Export]   
public class Processor   
{   
[Import("MessageSender")]   
public Action MessageSender { get; set; }   
public void Send()   
{   
MessageSender("Processed");   
}   
}

4.2、創(chuàng)建ComposablePart

以下是代碼片段：

var catalog = new AssemblyCatalog(Assembly.GetExecutingAssembly()); //創(chuàng)建一個(gè)程序集目錄，用于從一個(gè)程序集獲取所有的組件定義   
var assemblyCatalog = new AssemblyCatalog(Assembly.GetExecutingAssembly()); //創(chuàng)建組件目錄   
var container = new CompositionContainer(assemblyCatalog); //創(chuàng)建組合容器   
var processorPart = new Processor();   
container.ComposeParts(processorPart); //執(zhí)行組合   
processorPart.Send();   
Console.ReadLine();

4.3 、基于特性編程模型的本質(zhì)

通過(guò)4.1和4.2的示例可以發(fā)現(xiàn)，MessageSender和Processor這兩個(gè)類型就是ComposablePartDefintion的實(shí)現(xiàn)，在這兩個(gè)類型，我們通過(guò)Export和Import(ImportMany)特性來(lái)定義暴露的功能和引用的功能。CompositionContainer通過(guò)這兩個(gè)類所在的程序集的組件目錄來(lái)搜索所有的可組合組件定義，然后在執(zhí)行組合時(shí)利用這些定義創(chuàng)建Export對(duì)象，根據(jù)Import聲明的約束契約實(shí)現(xiàn)組件的組合。

在這個(gè)編程模型里面，它允許我們：(1)使用傳統(tǒng)OOP的類型定義來(lái)定義一個(gè)ComposablePartDefinition，毋庸置疑，這基本沒有引入復(fù)雜的概念;(2)使用Export/Import/ImportMany等元數(shù)據(jù)來(lái)聲明組合功能，非常的簡(jiǎn)單且容易理解。

CompositionContainer將會(huì)在后臺(tái)構(gòu)建這個(gè)Part對(duì)應(yīng)的ComposablePartDefinition以及組件目錄其它ComposablePartDefinition，在執(zhí)行組合時(shí)，利用Definition創(chuàng)建實(shí)例執(zhí)行組合。

5、 MEF vs MAF vs Unity

在剛學(xué)習(xí)MEF時(shí)，經(jīng)常會(huì)問(wèn)一個(gè)問(wèn)題，那就是MEF和MAF這樣的插件框架、和Unity這樣的IoC框架到底有什么區(qū)別。MEF與MAF(Managed Addin Framework)最大不同在于：前者關(guān)注使用非常簡(jiǎn)單的方式來(lái)支持具有很強(qiáng)靈活性的可擴(kuò)展支持，后者關(guān)注具有物理隔離、安全、多版本支持的插件平臺(tái)架構(gòu);MEF和Unity不同在于：前者強(qiáng)調(diào)組合，后者強(qiáng)調(diào)依賴注入。

6、 MEF總結(jié)

MEF有3點(diǎn)讓我非常的深刻，首先是組合基元的設(shè)計(jì)，其次是基于特性的編程模型，最后是MEF的實(shí)現(xiàn)方法。

組合基元是可擴(kuò)展支持的本質(zhì)，它看起來(lái)顯得非常的簡(jiǎn)單，但卻有能夠支持強(qiáng)大的功能能力并且不失靈活性。“大道至簡(jiǎn)”，不過(guò)，“簡(jiǎn)”的程度確實(shí)因人而異，MEF的“簡(jiǎn)”實(shí)在讓人佩服得五體投地。這個(gè)Framework也是除了ObjectBuilder之外讓我非常喜歡的框架，查看其代碼真是讓人無(wú)比舒暢。天人之作啊!這幫人的創(chuàng)新能力太強(qiáng)悍了!

基于特性的編程模型，允許我們使用“類的定義 + 特性聲明”的方式來(lái)定義一個(gè)具有組合能力的組件，它使得我們基于MEF編寫組件變得非常非常的簡(jiǎn)單!這也讓我再次體會(huì)到面向上下文編程方法的魅力～，后面我也會(huì)介紹一下我原來(lái)做過(guò)的一個(gè)基于上下文思想設(shè)計(jì)的FW，和MEF的思路有點(diǎn)類似。

MEF在實(shí)現(xiàn)時(shí)，其頂層命名空間是System.ComponentModel.Composition，底下劃分了AttributeModel、Diagnostics、Hosting、Primitives、ReflectionModel命名空間。MEF的頂層命名空間定義了我們使用最多的特性，底下命名空間分別用于定義特性模型、診斷支持、MEF宿主、組合基元、反射模型，整體實(shí)現(xiàn)非常的清晰簡(jiǎn)潔!看第一眼我就愛上這玩意了!

7 、基于特性編程模型的另一個(gè)示例

我原來(lái)設(shè)計(jì)了一個(gè)基于特性的智能體編程框架。首先，我來(lái)簡(jiǎn)潔的描述什么是智能體。智能體就是軟件代理人，用軟件來(lái)模擬人類的特性，包括智能性、主動(dòng)性、社會(huì)性、感知性等。從實(shí)現(xiàn)角度來(lái)看，一個(gè)智能體就是一個(gè)綁定了線程、消息隊(duì)列的對(duì)象，這個(gè)對(duì)象用線程來(lái)模擬人類大腦，用消息隊(duì)列來(lái)模擬大腦記憶體。當(dāng)智能體收到一條消息時(shí)，其線程會(huì)接管來(lái)處理。根據(jù)上述描述，大家肯定覺得使用OOP開發(fā)智能體有點(diǎn)麻煩。OK，那下面來(lái)看看我是如何使用上下文實(shí)現(xiàn)智能體的。

7.1 使用特性來(lái)聲明一個(gè)具有感知能力和主動(dòng)性的“人”

以下是代碼片段：

[Agent]　  
public class SomePerson   
{   
[Intelligent]   
public virtual OpenTheDoor()   
{   
// 開門，主動(dòng)性方法   
}   
[Sensible(Environment.Temperature)]   
public virtual OnTemperatureChanged(SensibilityContext context)   
{   
// 當(dāng)感知到溫度變化的響應(yīng)，感知性聲明   
}   
}

7.2 創(chuàng)建智能體

以下是代碼片段：　

var agentContainer = new AgentContainer();   
var agent = agentContainer.Build(); //在后臺(tái)構(gòu)建一個(gè)真正的智能體   
agent.OpenTheDoor(); //調(diào)用OpenTheDoor方法，這個(gè)調(diào)用最終會(huì)轉(zhuǎn)變成消息發(fā)送給真正的智能體由其本身來(lái)執(zhí)行，就像某人讓另一人去關(guān)門一樣，最終將由接收到消息的人去執(zhí)行關(guān)門這個(gè)動(dòng)作。

AgentFramework具有和MEF類似的設(shè)計(jì)方法(當(dāng)然咱們的內(nèi)功和Microsoft那幫高手沒得比了)，通過(guò)“定義類型 + 聲明智能體特性”來(lái)定義智能體，這種方式簡(jiǎn)單、靈活且可擴(kuò)展性強(qiáng)!

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