我的插件式桌面软件框架类库（一）XFrmWork简介

一. 综述

　　工欲善其事，必先利其器。器可以来自他人，也可以自造。我进实验室的第一个项目便是开发一款行业软件，相比于真正的商业软件，它的系统本身真的很简单。但真是应了那句话，“大学不适合做软件”，整个系统交互复杂，设计冗余，维护起来很困难。在项目结题之后，整个系统便存在硬盘里再也没有人问津。虽然我只开发了其中一个模块，但依旧心痛。

　　痛定思痛，我希望能有一个成熟简单的桌面框架，解决多数桌面开发遇到的问题：界面显示，数据库，插件式架构，调试输出，网络连接等。同时尽可能减少多个开发者之间的耦合度，为此我了解了SharpDevelop等开源软件，但它的设计对我而言依旧太复杂了。更强调的是代码复用，为一个项目开发的模块，为何不能为另外一个项目服务，同时尽可能减小集成的工作量？于是，从研一上学期开始，我便投入了第一个插件式桌面框架类库的开发： XFrmWork 。

　　如今，它作为基础类库为三个项目软件提供服务，分别是XMOVE，实验室的数据挖掘软件和LTE软基站仿真演示程序。

　　下面是以XFrmWork为基础实现的软件之一——XMOVE Studio:

　　

　　下面，本文集将简要介绍其功能和实现。

二. 基本结构

　　XFrmWork基于WPF界面技术和.NET Framework 4.0。 插件式结构设计。主框架包含五个类库，其名称和功能如下图所示：

　　绝大多数的UI控件采用了MVVM结构，利用数据绑定实现界面与逻辑分离。所有使用外部开源控件的都对其做了接口抽象，因此可以在任何时候使用其他同功能控件，上层代码不需做更改。

　　同时，框架正在增加其他类库，其中包括专门实现多媒体功能的XFrmWork.MultiMedia库，由于其并未开发完成，因此此处没有介绍。

三. 系统特性介绍——基本功能

　　1. 插件式管理容器

　　为了尽可能的减少组件集成的工作量，系统采用了类似插件树的设计方案。所有的功能都通过可组装的插件接入系统。使用非常方便，只需在对应的类上添加attribute标识。

　　插件的结构类似于键值对：键（Key）是插件要求实现的接口，值是对应的插件名称字典。管理器可以随时插入，删除（有安全隐患）插件字典中的数据。至于插件系统的具体实现，可参考我的系列博文。

　　以下是插件系统搜索相关目录下的插件后形成的插件列表：

 　　您可以详细了解到当前系统所有的插件字典的键（上图的“插件接口列表”）和 值，同时给出插件的加载策略和详细信息。

　　2. 可自动组装的算法组装器

　　在科研计算领域，通常面临的问题是复杂多样的，因此很难通过图形界面完成配置和操作。但我借鉴了Labview的理念，任何复杂算法总可以分解为不同的模块的组装。因此，我们只需设计不同的算法模块，并定义它们的接口。用户可以根据问题的不同，对模块实现组装和配置，解决实际中的复杂问题。

　　模块可以理解是拥有输入输出接口的“盒子”，一个盒子可能包含多个输入或多个输出。只有输入全部满足，才能执行，但可以不输出给其他盒子。多个盒子可以以复杂的形式组装为算法网络，实现自动化处理。同时，不同的算法之间可能存在耦合和分层。算法管理系统将对模块实现分层和分组。不同组之间模块无交互，因此可以并行执行。同组算法由第一层依次执行到下层，类似流水线。我在这篇博文中，详细介绍了它的实现：

　　如上图，数据统计输出模块和时间序列分析是分在一组，但不同层的模块，处理时先执行数据统计输出，并将其结果传输到时间序列分析。 另外一组， 计算方法A和B都是C的输入，运行时先完成A,B的处理（并行完成），当两个任务都完成时，传递给计算方法C，继续执行。  值得注意的是，不同组之间是并行的，他们的执行互不干扰。

　　3. 调试输出

　　良好的调试可以方便开发者和使用者，通常我们采用VS自带的调试工具，但在软件Release之后，需要有界面输出工具。

　　调试输出组件我采用了log4.net组件，网上相关资料较多，此处不赘述。以下是实现效果：

　　值得一提的是，该组件可以按照信息等级的不同（Debug,Info或是Error等）显示不同的颜色，以提示用户。这些数据可以方便的保存为文件，或传输给指定的电子邮箱地址。

　　4. 数据库和数据服务

　　 数据作为软件系统的核心，作者开发了多项数据相关模块

• 　　  数据库抽象层（抽象数据库具体实现），使得未来可升级其他数据库而不更改上层代码
• 数据库管理器：可方便连接，显示，导入，存储数据库数据：

• 

  数据查看器：为方便数据开发，采用数据绑定和反射技术实现数据查看。其界面会随数据类型的不同而动态改变。

  

  　　

• 动态查询：作者学习整合了一些开源组件的设计思想，用户可在通过LINQ， 在数据集中实现自定义查找。例如，查找数据集”基本信息1“中性别为女的数据集可采用如下写法：

from data in 基本数据1
where 性别 is f
select data

　　点击查找，系统就会自动解析LINQ语句，并执行查找功能。

四. 系统特性介绍——图形与可视化

　　1. 基于AvalonDock的类VS界面布局系统

　　复杂软件一般需要可自定义的布局系统，本框架使用了AvalonDock开源软件的WPF版本，可以随时修改布局，拖放任意组件，支持不同分辨率，甚至显示在不同的显示器上。同时，系统可以保存或加载已经保存的布局。

　　2.  可自动换肤的界面系统

　　WPF的动态资源使得原本在winform时代几乎不可能实现的“动态换肤”成为可能。您可以选择软件右上角的主题管理选单，选择不同风格的界面效果。

　　3. 关系型数据可视化控件

　　在数据挖掘子项目中，需要动态显示和分析数据间的联系，因此我设计了专门显示关系数据的可视化控件，具备如下功能：

• 　　可动态定义关系点样式和线样式，可通过xaml或C#代码定义，系统在运行时反射获得。
• 可实现2D,3D效果
• 用户可搜索，定位，放大和拖拽不同点和画布，并对画布进行放缩
• 布点算法支持随机撒点，FDA(力导引)等多种算法，并在不断扩充中
• 布点可实现动态显示，呈现网络形成过程。

　　下图展示了微博用户网络（采用星状布点）

　　

　　 4. 统计型图表控件

　　为了方便显示统计数据，我使用了开源图表控件WPFWisifire。同时，采用了接口隔离方式简化了控件实现，使用时仅需要传递一组KeyValuePair序列，即可实现绘图。支持柱状，线状，雷达等类型图表。下图展示了中国登记在案的科研项目每年数量的变化图：

　　5. 地理控件

　　地理图形可以更直观的帮助用户分析数据，因此我使用了开源控件GMap.Net实现地图功能。同样使用接口隔离具体实现，可自动定位，绘制路径，增删修改地标等。

 五. 其他特性和功能

　　1. 反射加速特性

　　为实现更好的扩展性，作者在程序中大量使用反射，为提速，作者使用了一些技术提升反射性能，从而优化了用户体验。

　　2. 自组装菜单

　　系统上方的菜单也是根据插件接口自动组装完成的，如下图所示：

　　

　　3. 网络通信库

　　作者通过重新封装socket等基础功能，提供了方便上层调用的通信功能。

　　4. 序列化，.NET Remoting等

　　作者使用了多项技术，使得上层不需要考虑数据存储的序列化细节，只需调用一个函数即可完成。而对于跨进程调用时，系统使用了.NET Remoting等技术。在此不一一赘述。

 

六. 总结

　　XFrmWork是我在.NET开发中实现的第一个完整类库集。坦白的说，博客园里的诸位大神，早已使用或已经开发了比XFrmWork强得多的架构系统。但是它却是适合我自身的系统。在不同项目的需求驱动下，我的团队推动了它的不断升级。这也让我学到了更多的知识。我会为其插件搜索速度绞尽脑汁，也会吸收各类开源软件的架构精华。其实，有这样的平台，对我来说已经足够。如果它能被我带入到工作中，那一定是最幸福的事情。

　　开放全部的源代码没有价值，我会在“插件系统加载”和“自组装模块"的基础上继续与大家分享它的开发经验。欢迎大家关注。