در مهندسی نرم‌افزار و برنامه‌نویسی، یک چارچوب مجموعه‌ای از اجزای نرم‌افزاری قابل استفاده مجدد است که توسعه برنامه‌های جدید را کارآمدتر می‌کند. استفاده مجدد از توسعه و تحقیقات موجود، یک اصل اساسی در همه زمینه‌های مهندسی است. به عنوان مثال، مهندسان برق از قطعات الکترونیکی موجود برای ساخت دستگاه‌های جدید استفاده می‌کنند. تولیدکنندگان قطعات از استانداردها و مشخصات از پیش تعیین شده پیروی می‌کنند تا از قابلیت استفاده قطعات اطمینان حاصل کنند. به طور مشابه، چارچوب‌های نرم‌افزاری شامل ماژول‌های کد قابل استفاده مجدد بر اساس استانداردها و پروتکل‌های نرم‌افزاری خاص هستند. چارچوب‌ها همچنین ممکن است قوانین معماری نرم‌افزار یا فرآیندهای تجاری خاصی را تعریف و اعمال کنند، بنابراین برنامه‌های جدید می‌توانند به صورت استاندارد توسعه یابند.
مزایای استفاده از چارچوب‌های نرم‌افزاری چیست؟
چارچوب‌های نرم‌افزاری نحوه کار سنتی توسعه‌دهندگان هنگام ساخت نرم‌افزار را تغییر می‌دهند. هنگامی که تیم‌ها و سازمان‌های نرم‌افزاری از چارچوب‌های برنامه‌نویسی استفاده می‌کنند، از چندین طریق سود می‌برند:
- بهبود کیفیت کد: چارچوب‌های نرم‌افزاری شامل اجزای نرم‌افزاری هستند که با استاندارد برنامه‌نویسی بالایی طراحی شده‌اند. توسعه‌دهندگان می‌توانند با اطمینان قوی از این چارچوب نرم‌افزاری استفاده کنند که اشکالات کمتری بر کدهای زیرین تأثیر می‌گذارد. علاوه بر این، چارچوب‌های نرم‌افزاری به گونه‌ای ساختار یافته‌اند که خوانایی کد را بهبود می‌بخشند. تیم‌های نرم‌افزاری می‌توانند هنگام به اشتراک گذاشتن درک مشترک از گردش کار نرم‌افزاری که چارچوب آن را انتزاع می‌کند، راحت‌تر با یکدیگر همکاری کنند.
- کاهش زمان توسعه: چارچوب‌های نرم‌افزاری کارایی برنامه‌نویسی را بهبود می‌بخشند و سازمان‌ها می‌توانند از آنها برای انتشار سریع‌تر برنامه‌های کاربردی استفاده کنند. با یک چارچوب نرم‌افزاری خوب، توسعه‌دهندگان می‌توانند به جای ماژول‌های کدنویسی بنیادی، بر نوشتن کد سطح بالا که منطق کسب و کار را مدیریت می‌کند، تمرکز کنند. به عنوان مثال، توسعه‌دهندگان می‌توانند از یک چارچوب منبع باز برای ارائه دسترسی به پایگاه داده و توسعه نرم‌افزار تجارت الکترونیک بر روی آن استفاده کنند. علاوه بر این، چارچوب‌ها به توسعه‌دهندگان کمک می‌کنند از نوشتن کدهای اضافی و تکراری که ممکن است برنامه‌ها را کند یا حجیم کنند، جلوگیری کنند.
- امنیت نرم‌افزار بهتر: با یک پایگاه کد بزرگتر، تشخیص و پاسخ به مسائل امنیتی کد برای توسعه‌دهندگان دشوار است. در مقابل، یک چارچوب نرم‌افزاری خوب شامل نقاط بازرسی امنیتی آماده است که تقویت امنیت کد و داده را برای توسعه‌دهندگان آسان‌تر می‌کند.
- بازبینی کد کارآمد: قبل از انتشار یک برنامه، توسعه‌دهندگان کد را در چندین مرحله توسعه آزمایش می‌کنند. هر تابع نرم‌افزاری، API، ساختار داده و ماژول باید الزامات خاص بازبینی کد را برآورده کند. با استفاده از یک چارچوب، تیم‌های نرم‌افزاری می‌توانند برنامه‌های خود را با موارد آزمایشی جامع و پوشش کد تأیید کنند. همچنین، رفع اشکال و اصلاح مسائل کد در یک چارچوب ساختاریافته برای توسعه‌دهندگان آسان‌تر است.
- انعطاف‌پذیری توسعه: توسعه‌دهندگان می‌توانند از چارچوب‌های نرم‌افزاری برای چابک‌تر بودن هنگام اعمال تغییرات عمده نرم‌افزاری استفاده کنند. آنها می‌توانند کد مختص پروژه را حفظ کنند در حالی که چارچوب‌های مختلفی را که با اهداف آنها مطابقت دارد، جایگزین می‌کنند. این امر نیاز به بازنویسی کد توسط توسعه‌دهندگان را کاهش می‌دهد. به عنوان مثال، می‌توانید یک برنامه تشخیص تصویر را با جایگزینی چارچوب یادگیری ماشین (ML) موجود آن با یک چارچوب قوی‌تر ارتقا دهید.
یک چارچوب چگونه کار می‌کند؟
یک چارچوب طیف انعطاف‌پذیری از اجزای نرم‌افزاری را فراهم می‌کند که به توسعه‌دهندگان کمک می‌کند توسعه نرم‌افزار را تا استقرار در تولید تسریع کنند. این شامل منابعی است که برای یک زبان برنامه‌نویسی ساخته شده‌اند، مانند APIها، کتابخانه‌های کد، اشکال‌زداها و کامپایلرها. به عنوان مثال، Ruby on Rails یک چارچوب برنامه وب است که به زبان روبی توسعه یافته است.
در ادامه اجزای رایج چارچوب را توضیح می‌دهیم:
- APIها: پروتکل‌هایی هستند که به نرم‌افزارهای مختلف اجازه می‌دهند با فرمت قابل فهم متقابل ارتباط برقرار کنند.
- کتابخانه‌های کد: مجموعه‌ای از توابع نرم‌افزاری قابل استفاده مجدد هستند که توسعه‌دهندگان می‌توانند آنها را به کدهای خود متصل کنند.
- کامپایلرها: ابزارهای نرم‌افزاری هستند که توسعه‌دهندگان برای تبدیل کدهای منبع به فایل‌های برنامه قابل استقرار از آنها استفاده می‌کنند.
- اشکال‌زداها: ابزارهایی هستند که به برنامه‌نویسان کمک می‌کنند اشتباهات در کدها را پیدا و اصلاح کنند.
وارونگی کنترل (Inversion of Control)
توسعه‌دهندگان از بخش‌های یک چارچوب نرم‌افزاری به عنوان بلوک‌های سازنده برای برنامه‌های خود استفاده می‌کنند. در حالی که چارچوب منابع لازم را برای تسریع توسعه فراهم می‌کند، جریان رویه‌ای برنامه را نیز تغییر می‌دهد.
وارونگی کنترل (IoC) یک اصل طراحی است که جریان کنترل را در مقایسه با جریان کنترل سنتی معکوس می‌کند. به جای اینکه کد برنامه جریان را کنترل کند و توابعی را در کتابخانه‌های قابل استفاده مجدد فراخوانی کند، برنامه اصلی کنترل را به چارچوب منتقل می‌کند. سپس چارچوب از طریق مکانیسم‌های مختلف نرم‌افزاری، پشتیبانی و هدایت اضافی را برای کد برنامه فراهم می‌کند. این منجر به توابع و کلاس‌های نرم‌افزاری با اتصال ضعیف می‌شود که قابلیت نگهداری، انعطاف‌پذیری و مقیاس‌پذیری نرم‌افزار را بهبود می‌بخشد.
چارچوب در مقابل کتابخانه
هر دو چارچوب و کتابخانه کدهای قابل استفاده مجددی هستند که توسط شخص دیگری نوشته شده‌اند و به توسعه‌دهندگان کمک می‌کنند برنامه‌ها را کارآمدتر بسازند. با این حال، یک کتابخانه مجموعه‌ای از ابزارها یا توابعی است که کد برنامه در صورت لزوم آنها را فراخوانی می‌کند. کتابخانه‌ها مختص وظایف خاصی هستند، مانند فعال کردن پیاده‌سازی‌های ML با کدهای از قبل نوشته شده. کتابخانه به عنوان یک کمک کننده و ابزار برای برنامه شما عمل می‌کند.در مقابل، یک چارچوب یک طرح ساختاری است که توسعه برنامه را دیکته می‌کند. اسکلتی را فراهم می‌کند که در آن توسعه‌دهندگان جزئیات را پر می‌کنند – با پیروی از معماری آن، بخشی از رفتار آن را سفارشی می‌کنند. توسعه‌دهندگان باید برنامه و معماری آن را حول قوانین و ساختارهای چارچوب شکل دهند. جریان کنترل نیز به چارچوب منتقل می‌شود که در صورت لزوم ممکن است به صورت داخلی کتابخانه‌ها را فراخوانی کند.
انواع رایج چارچوب‌ها کدامند؟
توسعه‌دهندگان از انواع مختلف چارچوب‌ها برای ساخت برنامه‌های مختلف استفاده می‌کنند.
- چارچوب‌های برنامه وب: چارچوب‌های برنامه وب شامل ابزارها و منابع برنامه‌نویسی برای ساخت برنامه‌های وب، وب‌سایت‌ها، برنامه‌های تک صفحه‌ای و خدمات پشتیبان مربوط به آنها هستند. آنها به توسعه‌دهندگان کمک می‌کنند تا اجزای مختلف وب و زبان‌های برنامه‌نویسی را برای ساخت برنامه‌های وب کاربردی ادغام کنند. اینها دو زیرمجموعه از چارچوب‌های وب هستند که توسعه‌دهندگان از آنها استفاده می‌کنند:
- چارچوب‌های فرانت‌اند: چارچوب‌های فرانت‌اند اجزای نرم‌افزاری را برای استایل دادن و توصیف رفتار یک رابط وب رو به کاربر فراهم می‌کنند. به عنوان مثال، توسعه‌دهندگان وب از چارچوب‌های جاوااسکریپت مانند Angular، Vue.js و React برای ایجاد رابط‌های کاربری با کد جاوااسکریپت استفاده می‌کنند.
- چارچوب‌های بک‌اند: چارچوب‌های بک‌اند اجزای بک‌اند مانند دسترسی به داده و خدمات وب را برای توسعه برنامه‌های سمت سرور به توسعه‌دهندگان می‌دهند. Ruby on Rails و Django چارچوب‌های بک‌اند محبوب در جامعه توسعه وب هستند.
- چارچوب‌های توسعه موبایل:
چارچوب‌های توسعه موبایل پیچیدگی‌های ساخت برنامه‌های موبایل بومی و چند پلتفرمی را کاهش می‌دهند. برخلاف توسعه وب، ساخت یک برنامه برای دستگاه‌های تلفن همراه نیازمند بررسی دقیق سیستم عامل دستگاه و مشخصات سخت‌افزاری است.
چارچوب‌های توسعه موبایل با ارائه کتابخانه‌ها، کامپایلرها و اجزای موبایل مورد نیاز برای پلتفرم‌های مختلف موبایل، زمان توسعه را کاهش می‌دهند. تیم‌های نرم‌افزاری همچنین می‌توانند از آنها برای ساخت برنامه‌های چند پلتفرمی استفاده کنند. به عنوان مثال، توسعه‌دهندگان از Flutter برای ایجاد برنامه‌های تلفن همراه از یک کد پایه واحد استفاده می‌کنند که در Android، iOS، Windows و macOS کار می‌کنند.
- چارچوب‌های علم داده: هوش مصنوعی و یادگیری ماشین موضوعات پیچیده علم داده هستند که نیازمند دانش فنی زیادی هستند. چارچوب‌های علم داده به توسعه‌دهندگان کمک می‌کنند تا برنامه‌های کاربردی مبتنی بر ML را برای پردازش داده در مقیاس بزرگ بسازند و مستقر کنند. آنها به جای نوشتن کدهای پیچیده یادگیری ماشین، از کتابخانه‌های از قبل نوشته شده در برنامه‌های ML خود استفاده می‌کنند. به عنوان مثال، دانشمندان داده از چارچوب‌های محبوبی مانند TensorFlow و PyTorch برای توسعه سیستم‌های پردازش زبان طبیعی (NLP) استفاده می‌کنند.
ویژگی‌های یک چارچوب با کیفیت بالا چیست؟
می‌توانید از چارچوب‌های مختلف موجود برای خودکارسازی و ساده‌سازی کل فرآیند توسعه نرم‌افزار انتخاب کنید. چندین معیار به تعیین یک چارچوب نرم‌افزاری خوب کمک می‌کند که پایه ساختاری محکمی را برای توسعه‌دهندگان فراهم می‌کند.
- سازگاری: چارچوب شما باید هنگام اعمال آن بر زبان‌های برنامه‌نویسی مختلف و عملکردهای نرم‌افزاری که پشتیبانی می‌کند، رفتار سازگار و قابل پیش‌بینی را نشان دهد. به عنوان مثال، وقتی یک برنامه تلفن همراه با یک چارچوب چند پلتفرمی می‌سازید، انتظار دارید که برنامه مطابق با آن در تلفن‌های iOS و Android اجرا شود.
- کیفیت: یک چارچوب خوب به طور مداوم از نظر آسیب‌پذیری‌ها آزمایش، بازبینی و ارتقا می‌یابد تا کتابخانه‌های کد، APIها و اجزای نرم‌افزاری ایمن را برای توسعه‌دهندگان فراهم کند. همچنین قابلیت توسعه خوبی با پیش‌بینی‌هایی برای ارتقاءهای آینده دارد. به این ترتیب، توسعه‌دهندگان می‌توانند بدون جایگزینی کل چارچوب، با تغییرات در حال تکامل نرم‌افزار به‌روز بمانند.
- پشتیبانی: چارچوب شما باید مستندات و نمونه‌های کافی داشته باشد که پیاده‌سازی‌های چارچوب را به وضوح شرح دهد. در غیر این صورت، توسعه‌دهندگان ممکن است برای توسعه نرم‌افزار با چارچوب، به آموزش پیاده‌سازی اضافی نیاز داشته باشند. توسعه‌دهندگان می‌توانند با یک جامعه پر جنب و جوش درگیر شوند تا در مورد نیازها بحث کنند، به دنبال پشتیبانی باشند و به منابعی دسترسی پیدا کنند که به آنها کمک می‌کند از چارچوب به طور مطلوب استفاده کنند.
چالش‌های استفاده از چارچوب‌ها چیست؟
توسعه‌دهندگان می‌توانند از چارچوب‌های نرم‌افزاری استفاده کنند تا روی نوشتن کد مختص پروژه‌های خود تمرکز کنند و از صرف منابع غیرضروری برای فناوری زیربنایی جلوگیری کنند.علیرغم مزایای آنها، استفاده از یک چارچوب نیازمند ملاحظات دقیق در شرایط خاص است. به عنوان مثال، اگر در حال ساخت یک برنامه ساده هستید، ممکن است به یک چارچوب نرم‌افزاری نیاز نداشته باشید. راه‌اندازی یک چارچوب و یادگیری نحوه ساخت یک برنامه حول آن زمان می‌برد. علاوه بر این، کامپایل چارچوب، ردپای کد یک برنامه ساده را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.استفاده از یک چارچوب برنامه‌نویسی همچنین نیازمند درک کامل از نحوه عملکرد هر جزء نرم‌افزاری است. حتی با مستندات گسترده، توسعه‌دهندگان ممکن است به زمان بیشتری برای آشنایی با چارچوب نیاز داشته باشند. وقتی از یک چارچوب برای ساخت یک برنامه استفاده می‌کنید، بیشتر به عملکرد و امنیتی که ارائه می‌دهد نیز تکیه می‌کنید. اگر چارچوب شامل اشکالات یا آسیب‌پذیری‌های پنهان باشد، همه برنامه‌های ساخته شده بر روی آن تحت تأثیر قرار می‌گیرند.
