.NET中值得體驗(yàn)的精妙設(shè)計(jì)
MEF(Managed Extensibility Framework)是.NET Framework 4.0一個(gè)重要的庫，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，不過下文一直采用英文來表示，這樣比較貼切)的組件可以組合(稱為Import)其它組件的功能(其它組件通過聲明Export提供功能)并且它也可以通過定義Export將其功能暴露給其它組件。ComposablePart通過組件目錄(ComposablePartCatalog)來搜索發(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、無廢話MEF
MEF的核心是可組合組件ComposablePart，它由ComposablePartDefintion來描述和創(chuàng)建。每一個(gè)可組合組件通過定義ExportDefintion向其它組件提供功能，通過ImportDefinition引用其它組件的功能，通過Metadata來描述組件自身的信息。在創(chuàng)建一個(gè)ComposablePart組件后，通過在組件目錄(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(來自mef.codeplex.com官方網(wǎng)站)：
3 MEF本質(zhì)——組合基元
組合基元是對提供具有可擴(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(該圖來自MEF白皮書，白皮書有點(diǎn)抽象，不過看起來很過癮，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則是對引用其它組件功能的約束的描述。Metadata是對組件自身的特殊標(biāo)識(shí)，當(dāng)一個(gè)ComposablePart通過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)的代理來過濾所有的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ExportDefinitions描述。而Metadata則是對組件自身的描述，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)，通過對另一個(gè)組件的元數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，從而來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，組合基元聽起來很簡單，很容易理解，但是想直接使用組合基元來編寫一個(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。我先不想說明白MEF到底是如何來使用組合基元，先看示例好了。
4.1 定義ComposablePartDefinition
MEF通過引入一個(gè)基于特性的編程模型來簡化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Export和Import(ImportMany)特性來定義暴露的功能和引用的功能。CompositionContainer通過這兩個(gè)類所在的程序集的組件目錄來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)來聲明組合功能，非常的簡單且容易理解。
CompositionContainer將會(huì)在后臺(tái)構(gòu)建這個(gè)Part對應(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)問一個(gè)問題，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)注使用非常簡單的方式來支持具有很強(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)，它看起來顯得非常的簡單，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”，不過，“簡”的程度確實(shí)因人而異，MEF的“簡”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)介紹一下我原來做過的一個(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
我原來設(shè)計(jì)了一個(gè)基于特性的智能體編程框架。首先，我來簡潔的描述什么是智能體。智能體就是軟件代理人，用軟件來模擬人類的特性，包括智能性、主動(dòng)性、社會(huì)性、感知性等。從實(shí)現(xiàn)角度來看，一個(gè)智能體就是一個(gè)綁定了線程、消息隊(duì)列的對象，這個(gè)對象用線程來模擬人類大腦，用消息隊(duì)列來模擬大腦記憶體。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“定義類型 + 聲明智能體特性”來定義智能體，這種方式簡單、靈活且可擴(kuò)展性強(qiáng)!
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