插件化軟件開發(fā)方法初探

趙才文

（亞信科技（成都）有限公司，江蘇 南京 210003）

1 引言

隨著軟件市場的不斷開拓，企業(yè)開發(fā)的軟件產(chǎn)品會(huì)在越來越多的市場進(jìn)行部署。一般情況下，為了減少成本，企業(yè)會(huì)盡量重復(fù)使用現(xiàn)有的開發(fā)人員和產(chǎn)品代碼庫。使用一套產(chǎn)品進(jìn)行部署，雖然能夠滿足大多數(shù)市場的需求，但是某些市場會(huì)有自己的特殊需求，需要軟件企業(yè)為其定制開發(fā)某些功能。由于企業(yè)的人力資源有限，不可能針對每個(gè)市場進(jìn)行完全定制化的研發(fā)，這就必然要求企業(yè)具備一種靈活的軟件擴(kuò)展開發(fā)方法，在支持產(chǎn)品化研發(fā)的同時(shí)，也能夠支持業(yè)務(wù)的靈活擴(kuò)展，以達(dá)到通過最少的資源支撐最多市場的目的。

2 現(xiàn)有軟件擴(kuò)展方式比較

通過研究，目前比較通用的軟件擴(kuò)展方式主要包含表1所列示的六種方式。

通過對上述軟件擴(kuò)展方法的分析，我們可以得到一個(gè)結(jié)論：最佳的軟件擴(kuò)展方式既有一定的靈活性，又比較容易開發(fā)和部署，容易落地，這樣的擴(kuò)展方式才能有效地被推廣。即一個(gè)好的軟件擴(kuò)展架構(gòu)應(yīng)該具有如下特點(diǎn)：

第一，核心模塊和擴(kuò)展點(diǎn)邊界清晰。即軟件中的可擴(kuò)展點(diǎn)和不可擴(kuò)展點(diǎn)的邊界應(yīng)該清晰，開發(fā)人員和運(yùn)維人員容易識別。

第二，擴(kuò)展點(diǎn)要足夠細(xì)粒度。要能夠提供業(yè)務(wù)邏輯任意分支點(diǎn)的擴(kuò)展功能，也就是說擴(kuò)展點(diǎn)能對應(yīng)到代碼行。

第三，支持多層級的擴(kuò)展方式。軟件的擴(kuò)展應(yīng)能夠遞進(jìn)地被擴(kuò)展，即能夠?qū)崿F(xiàn)擴(kuò)展的擴(kuò)展，以達(dá)到能夠基于現(xiàn)有擴(kuò)展進(jìn)行再次擴(kuò)展的效果。

表1 常見軟件擴(kuò)展方式及特點(diǎn)

第四，容易實(shí)現(xiàn)，易于配置。能夠提供簡單的擴(kuò)展技術(shù)方案，適合現(xiàn)在初級開發(fā)工程師的開發(fā)水平，且能夠簡單配置。

“插件化軟件開發(fā)方法”能夠較好地解決軟件擴(kuò)展的控制粒度，具備清晰的軟件擴(kuò)展邊界。這種技術(shù)的主要特點(diǎn)如下：

（1）定義嚴(yán)謹(jǐn)，邊界清晰：基于擴(kuò)展點(diǎn)（Extension Point）和擴(kuò)展（Extension）的定義實(shí)現(xiàn)軟件功能的擴(kuò)展，嚴(yán)格區(qū)分軟件的核心模塊和擴(kuò)展之間的邊界。

（2）與業(yè)務(wù)邏輯結(jié)合緊密且能靈活調(diào)整：業(yè)務(wù)邏輯中任意位置可以定義擴(kuò)展點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展，并且能夠按照需求的變更進(jìn)行調(diào)整，非常靈活。

（3）支持多層級的擴(kuò)展方式：可以在擴(kuò)展的基礎(chǔ)上增加擴(kuò)展點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多層級的擴(kuò)展。

（4）擴(kuò)展的開發(fā)和管理比較簡單：通過一個(gè)簡單的對接口的實(shí)現(xiàn)，即可完成功能的擴(kuò)展，通過一個(gè)配置文件實(shí)現(xiàn)不同插件的切換，比較容易落地。

3 插件化開發(fā)方法的基本原理

插件化開發(fā)方法和傳統(tǒng)擴(kuò)展方式的不同，在于當(dāng)遇到市場需求變化的時(shí)候，采用基于插件的開發(fā)方式來進(jìn)行擴(kuò)展功能開發(fā)。

3.1 插件的要素

插件化開發(fā)中包括插件、擴(kuò)展點(diǎn)和擴(kuò)展等要素。插件（Plug-in）是指擴(kuò)展點(diǎn)和擴(kuò)展的集合。擴(kuò)展點(diǎn)（Extension Point）代表軟件可被擴(kuò)展的功能點(diǎn)。采用接口方式定義，可以定義缺省實(shí)現(xiàn)，一個(gè)擴(kuò)展點(diǎn)可以有多個(gè)擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)。擴(kuò)展（Extension）代表擴(kuò)展點(diǎn)接口的實(shí)現(xiàn)，基于擴(kuò)展點(diǎn)定義。一個(gè)插件可以包含N個(gè)擴(kuò)展點(diǎn)和擴(kuò)展，一個(gè)擴(kuò)展點(diǎn)可以有N個(gè)擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)。這些要素之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 插件要素之間的關(guān)系

3.2 插件類加載方式

插件通過自定義的類加載方式以支持動(dòng)態(tài)的類擴(kuò)展能力，具體類調(diào)用序列圖如圖2所示。

圖2 類調(diào)用序列圖

具體調(diào)用過程如下：PluginUtils類被調(diào)用獲取某個(gè)擴(kuò)展點(diǎn)（Extension Point）對應(yīng)的擴(kuò)展（Extension）的方法，此類直接調(diào)用對應(yīng)的擴(kuò)展（Extension）的實(shí)例；擴(kuò)展（Extension）從PluginClassLoader類加載器加載對應(yīng)的類對象；插件類加載器（PluginClassLoader）獲取對象實(shí)例后，返回給擴(kuò)展（Extension）；擴(kuò)展（Extension）返回給PluginUtils，PluginUtils返回給調(diào)用者，調(diào)用者相當(dāng)于調(diào)用了定制化的插件實(shí)現(xiàn)。需要注意的是，其中的PluginClassLoader是一個(gè)繼承自URLClass-Loader的自定義類加載器，將插件的依賴在運(yùn)行期動(dòng)態(tài)加入到系統(tǒng)類加載路徑中，這樣就可以通過loadClass方法獲取擴(kuò)展（Extension）中定義的擴(kuò)展對象實(shí)例。

3.3 配置插件的方法

要配置一個(gè)新的插件，需要增加如下配置：

(1)增加plugin.xml文件，定義插件的信息，包括擴(kuò)展點(diǎn)的定義和擴(kuò)展的定義，每個(gè)擴(kuò)展點(diǎn)還可以定義缺省實(shí)現(xiàn)類。

(2)增加plugin.properties文件，定義項(xiàng)目中使用的插件列表。

3.4 已有產(chǎn)品的重構(gòu)要求

對已有的產(chǎn)品，如果要使用插件化開發(fā)方法，在設(shè)計(jì)上要注意下面幾點(diǎn)：

(1)對可擴(kuò)展的業(yè)務(wù)邏輯抽象出接口，并將原有實(shí)現(xiàn)邏輯作為該接口的缺省實(shí)現(xiàn)。

(2)調(diào)用PluginUtils工具類執(zhí)行基于插件的業(yè)務(wù)邏輯。

4 軟件擴(kuò)展場景

在某個(gè)產(chǎn)品的賬號管理模塊中，賬號添加流程如下：用戶登錄后，點(diǎn)擊賬號管理，添加賬號完成后，點(diǎn)擊提交，賬號信息被提交到后臺，直接保存到數(shù)據(jù)庫，新賬號自動(dòng)啟用。如果此產(chǎn)品被部署到某個(gè)新增的市場，用戶提出了一個(gè)新需求，在添加賬號的時(shí)候不要自動(dòng)啟用，要先發(fā)短信通知管理員，管理員確認(rèn)同意后才可以啟用此新增帳號，以防繞過管理員隨意添加賬號。這個(gè)新增的流程就需要基于已有產(chǎn)品代碼進(jìn)行擴(kuò)展。

現(xiàn)有的類和實(shí)現(xiàn)主要包括三個(gè)部分：（1）領(lǐng)域?qū)ο髮觗omain層的Account實(shí)體類：代表賬號實(shí)體對象，包含id,name,enabled等基本屬性。（2）數(shù)據(jù)訪問層dao層的AccountDao對象：代表數(shù)據(jù)庫訪問對象，提供賬號對象的增加、刪除、修改和查詢方法。（3）業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)層service層的AccountService對象：代表業(yè)務(wù)邏輯對象，為前臺頁面提供業(yè)務(wù)處理方法，例如增加賬號的業(yè)務(wù)邏輯。service層調(diào)用dao層提供的方法來實(shí)現(xiàn)賬號管理的數(shù)據(jù)庫入庫功能。

4.1 傳統(tǒng)擴(kuò)展方案

在未引入插件化開發(fā)方法之前，通常采用的軟件擴(kuò)展方法是基于類繼承的擴(kuò)展方式。用戶提出了賬號新增流程的擴(kuò)展需求后，我們需要對AccountService.java進(jìn)行改造。（1）新建一個(gè)包：service_a包，用于存放A市場的定制需求。（2）在service_a包中新建類AccountService，實(shí)現(xiàn)定制化的新增賬號業(yè)務(wù)邏輯：即新增賬號缺省為不啟用狀態(tài)，先發(fā)消息通知管理員，等管理員確認(rèn)短信后，再改為啟用狀態(tài)。（3）新增針對A市場的前端賬號管理頁面，調(diào)用新增的service_a包中的定制業(yè)務(wù)邏輯代碼。（4）打包部署到現(xiàn)場后，用戶需求得到滿足。

通過上述演示，我們很容易想到如下問題：

(1)傳統(tǒng)方法采用的是先復(fù)制，再修改的方法進(jìn)行擴(kuò)展，而且復(fù)制的級別是類級別，導(dǎo)致大量的重復(fù)代碼。

(2)目前是A省提出定制開發(fā)需求，如果B/C/D…..省也提出定制需求，那么需要復(fù)制的代碼就會(huì)越來越多，代碼重復(fù)的情況越來越嚴(yán)重，導(dǎo)致軟件越來越臃腫，難以維護(hù)。

(3)如果某省覺得A省提出的這個(gè)需求很好，也想在本省采用，那么要把這次代碼都拷貝一份到B/C/D……省的工程中，工作量很大。

(4)因?yàn)閺?fù)制了大量的代碼，如果在復(fù)制的代碼中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)軟件缺陷（Bug），那么開發(fā)人員必須在所有復(fù)制的代碼中修改一遍，修改量很大，然后測試人員也必須在每個(gè)版本中測試一遍，測試工作量也很大。

隨著市場的增加，這種基于類繼承復(fù)制的擴(kuò)展方式必然要求越來越多的人員投入，并且不能快速應(yīng)對需求變更，隨之而來的是用戶的滿意度降低甚至是市場份額的丟失。

4.2 插件化開發(fā)方案

使用插件化開發(fā)方式，首先應(yīng)該將A省定制的賬號管理需求變?yōu)橐粋€(gè)可以重用的插件，并且這個(gè)插件是獨(dú)立的，可以按需配置，這樣其他省可以使用“通用版本+功能插件”的方式達(dá)到擁有此功能的目的。

為了使用插件開發(fā)，必須使用接口（即擴(kuò)展點(diǎn)）的方式進(jìn)行方法調(diào)用，所以我們將AccountService這個(gè)要擴(kuò)展的類進(jìn)行接口化改造，增加一個(gè)IAccountService接口，同時(shí)增加一個(gè)插件工具類PluginUtils，提供獲取插件實(shí)例的方法。表2對每個(gè)新增、修改的類和接口進(jìn)行了基本介紹。

上述用戶管理的插件開發(fā)場景調(diào)用過程如下：

(1)客戶端調(diào)用AccountService對象的addAccount方法；

(2)AccountService調(diào)用了PluginUtils的getExtensionInstance方法，獲取擴(kuò)展點(diǎn)IAccountService當(dāng)前配置的插件實(shí)例；

(3)AccountService獲取IAccountService擴(kuò)展點(diǎn)實(shí)例后，調(diào)用其addAccount方法實(shí)現(xiàn)具體業(yè)務(wù)邏輯。

通過上述分析，可以看到，調(diào)用者并不知道調(diào)用了哪個(gè)具體插件，只是通過PluginUtils工具類得到插件實(shí)例后調(diào)用其擴(kuò)展點(diǎn)接口方法。這樣就實(shí)現(xiàn)了調(diào)用者和實(shí)現(xiàn)者的解耦，便于切換不同的實(shí)現(xiàn)。

5 插件化開發(fā)方法的優(yōu)缺點(diǎn)分析

5.1 插件開發(fā)方法的優(yōu)勢

根據(jù)上面的描述，我們可以看出插件化軟件擴(kuò)展方法具備下面的一些優(yōu)點(diǎn)：

表2 插件開發(fā)場景關(guān)鍵類和接口

(1)插件的開發(fā)可以和原工程的開發(fā)分離，這樣就可以區(qū)分產(chǎn)品核心開發(fā)團(tuán)隊(duì)和擴(kuò)展開發(fā)團(tuán)隊(duì)；也就是說，插件化整體工程的結(jié)構(gòu)分為一個(gè)主工程和多個(gè)插件工程，在主工程中定義了多個(gè)擴(kuò)展點(diǎn)和缺省實(shí)現(xiàn)；而在其他獨(dú)立的插件工程中，則定義了一些擴(kuò)展點(diǎn)對應(yīng)的擴(kuò)展；這樣可以針對不同的開發(fā)人員分配不同的代碼讀寫權(quán)限，區(qū)分產(chǎn)品研發(fā)組和插件研發(fā)組，將定制開發(fā)和主版本開發(fā)嚴(yán)格區(qū)分開來，有利于進(jìn)行細(xì)粒度的產(chǎn)品研發(fā)管控，提升產(chǎn)品開發(fā)效率和質(zhì)量。

(2)概念清晰，具備嚴(yán)格的插件、擴(kuò)展點(diǎn)、擴(kuò)展定義方式；在傳統(tǒng)擴(kuò)展方式中，因?yàn)闆]有獨(dú)立的擴(kuò)展概念，開發(fā)人員需要熟悉各種不同的擴(kuò)展方式，比如基于配置文件擴(kuò)展，需要開發(fā)人員和維護(hù)人員熟悉配置文件的屬性定義方式，而這些定義沒有一定的規(guī)則，容易混亂。插件方式則不同，擴(kuò)展點(diǎn)和擴(kuò)展的定義都是在XML中采用固定格式定義，相關(guān)人員熟悉非常快速。

(3)擴(kuò)展點(diǎn)隨意選擇，選擇后進(jìn)行重構(gòu)即可使用插件方式；傳統(tǒng)的開發(fā)方式只能基于已有的API或者配置規(guī)則進(jìn)行擴(kuò)展，基于插件的擴(kuò)展方式則可以在任意代碼行定義擴(kuò)展點(diǎn)，也就是說，插件擴(kuò)展點(diǎn)的控制力度可以在代碼的任意行，比傳統(tǒng)方式遞進(jìn)了一個(gè)層級。

(4)調(diào)試和部署簡單方便；傳統(tǒng)方式下，擴(kuò)展代碼和產(chǎn)品代碼揉和在一起，難以區(qū)分和管理。插件擴(kuò)展方式則采用獨(dú)立的打包方式，也就是每個(gè)插件進(jìn)行單獨(dú)打包，然后部署，非常容易區(qū)分和部署。

5.2 插件化開發(fā)方法的缺點(diǎn)和應(yīng)對方法

當(dāng)然，插件開發(fā)也不是非常完美的方案，目前還有下列的不足：首先是目前還不支持前臺頁面插件，當(dāng)前的插件開發(fā)主要是針對后臺代碼進(jìn)行設(shè)計(jì)的，還不支持前端頁面的插件，這個(gè)問題可以用打包的方式暫時(shí)解決，即將需要擴(kuò)展的頁面文件、圖片、腳本等資源在打包的時(shí)候拷貝到主工程。其次目前插件開發(fā)還不支持熱部署，每次更新插件配置后需要重啟整個(gè)應(yīng)用才可以加載最新的插件，這個(gè)問題可以通過增加額外的自動(dòng)定期加載程序?qū)崿F(xiàn)插件的自動(dòng)化熱加載。

6 結(jié)束語

綜上所述，插件化開發(fā)是一種簡便易行的軟件擴(kuò)展方法，通過在軟件中定義擴(kuò)展點(diǎn)和擴(kuò)展，進(jìn)而組織為插件進(jìn)行部署，可以實(shí)現(xiàn)軟件核心模塊和軟件定制模塊的分離。當(dāng)然，這種軟件擴(kuò)展方式也有各種不足，需要我們在實(shí)踐中不斷進(jìn)行完善。不同的軟件產(chǎn)品對擴(kuò)展方式的要求也是不同的，不能一切照搬，需要按照實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

[1]劉婧．電信行業(yè)自助終端支撐系統(tǒng)架構(gòu)研究[D]．西安：西安電子科技大學(xué)，2009．

[2]王麗華，王治民，任雁銘，等．插件化I E C 61850通信模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，,2012，36(5)：82-85．