یک فریم ورک مجموعه‌ای از اجزای نرم افزاری است که ساختار توسعه برنامه‌ها را شکل می‌دهد. این ابزار ساختاری از پیش تعریف‌شده همراه با قوانین و دستورالعمل‌هایی فراهم می‌کند که توسعه‌دهندگان می‌توانند بر اساس آن کار نمایند. این ویژگی باعث کاهش نیاز به شروع پروژه از مراحل ابتدایی و افزایش کارایی در توسعه نرم افزار می‌شود.
با استفاده از فریم ورک نرم افزاری، توسعه‌دهندگان می‌توانند چرخه توسعه را تسریع کرده، از بروز خطاها جلوگیری کنند و منابع موجود را مجدد مورد استفاده قرار دهند.
فریم ورک نرم افزاری چیست؟
فریم ورک‌ها معمولاً ترکیبی از کتابخانه‌ها، ابزارها و رابط‌های برنامه‌نویسی (APIs) ارائه می‌دهند که فرآیند توسعه را آسان‌تر می‌سازند. آنها وظایف معمولی مانند مدیریت ورودی/خروجی، تعامل با پایگاه داده، ارائه رابط کاربری، شبکه‌بندی و موارد دیگر را ساده سازی می‌کنند. با استفاده از فریم ورک‌ها، توسعه‌دهندگان می‌توانند به جای اینکه وقت خود را صرف اختراع دوباره مفاهیم پایه کنند بر پیاده‌سازی هدف خاص تجاری برنامه متمرکز شوند.
فریم ورک نرم افزاری در انواع مختلفی متناسب با زبان‌های برنامه‌نویسی، پلتفرم‌ها و حوزه‌ها ارائه می‌گردد. از گزینه‌های محبوب می‌توان به Django و Ruby on Rails برای توسعه وب، TensorFlow و PyTorch در حوزه یادگیری ماشین، Unity و Unreal Engine جهت توسعه بازی و همچنین Spring و Hibernate در برنامه‌های سازمانی مبتنی بر جاوا اشاره کرد.
مزایای استفاده از فریم ورک نرم افزاری
مزایای فریم ورک‌ها شامل افزایش بهره‌وری، استفاده مجدد کد، حفظ یکپارچگی، قابلیت نگهداری و مقیاس‌پذیری است. فریم ورک‌ها اغلب از بهترین الگوهای طراحی و اصول معماری پیروی می‌کنند و این موضوع باعث می‌شود نرم افزارهایی با ساختار مناسب، ماژولار و قابل تست ایجاد گردد.
علاوه بر این، اکثر فریم ورک‌ها جامعه کاربری بزرگی دارند که پشتیبانی، مستندات و منابع اضافی ارائه می‌دهند.
تصویر(1)
با این حال، باید توجه داشت که فریم ورک‌ها ممکن است برای توسعه‌دهندگان جدید چالش‌هایی ایجاد نموده و محدودیت‌هایی را تحمیل کنند. بنابراین، درک هدف، ویژگی‌ها و محدودیت‌های یک فریم ورک خاص، در انتخاب مناسب‌ترین گزینه برای پروژه ضروری است.
منشا فریم ورک نرم افزاری
مفهوم فریم ورک نرم افزاری در اواخر دهه ۱۹۶۰ و اوایل دهه ۱۹۷۰ به عنوان راه حلی جهت توسعه نرم افزار های پیچیده پدیدار شد. طی این مدت، برنامه‌نویسان نیاز به اجزای استاندارد با قابلیت استفاده مجدد را برای ساده‌سازی فرآیند توسعه، احساس کردند.
داگلاس انگلبارت، که اغلب "پدر ماوس کامپیوتر" خوانده می‌شود، سیستمی به نام NLS یا oN-Line System را در دهه ۱۹۶۰ توسعه داد که می‌توان آن را یکی از اولین نمونه‌های فریم ورک نرم افزاری دانست.
زبان برنامه‌نویسی Smalltalk که توسط آلن کی و تیمش در Xerox PARC توسعه یافت، مفهوم اشیاء و کلاس‌ها را معرفی کرد و پایه‌گذار برنامه‌نویسی شیءگرا (OOP) شد. همچنین Smalltalk الگوی معماری MVC را معرفی کرد که بعدها مبنای بسیاری از فریم ورک‌های نرم افزاری قرار گرفت.
تفاوت فریم ورک نرم افزاری با معماری نرم افزار
فریم ورک و معماری نرم افزار مفاهیمی مرتبط هستند اما تفاوت هایی دارند.
فریم ورک نرم افزاری
فریم ورک نرم افزاری، ساختاری برای توسعه برنامه‌ها فراهم می‌کند که شامل مجموعه‌ای از قوانین، دستورالعمل‌ها، کتابخانه‌ها و ابزارها است. این ابزارها فرآیند توسعه را با ساده سازی وظایف رایج، آسان تر می‌کنند.
فریم ورک‌ها اجزایی با قابلیت استفاده مجدد ارائه می‌دهند و قوانینی را برای توسعه‌دهندگان تعیین می‌کنند که می‌توانند بر اساس آنها نیازهای خاص یک برنامه را پیاده‌سازی نمایند. هدف اصلی آنها، ارائه یک ساختار استاندارد و گسترش استفاده مجدد از کد برای افزایش بهره‌وری و قابلیت نگهداری است.
تصویر(2)
معماری نرم افزار
در مقابل، معماری نرم افزار ساختار کلی یک سیستم یا برنامه نرم افزاری را تعریف می‌کند. این مفهوم شامل تصمیمات طراحی سطح بالا، اصول و الگوهایی است که توسعه و استقرار یک برنامه را تسهیل می‌کنند.
معماری نرم افزار بر موضوعاتی استراتژیک مانند مقیاس‌پذیری، عملکرد، امنیت، قابلیت اطمینان و نگهداری تمرکز دارد. همچنین روابط بین اجزا یا ماژول‌ها، مسیر هدایت داده‌ها و تعاملات میان سیستم‌های مختلف را تعیین می‌کند.
به طور کلی، در حالی که یک فریم ورک ساختار و عملکرد از پیش تعریف‌شده‌ای ارائه می‌دهد، معماری نرم افزار فرآیند طراحی استراتژیک گسترده‌تری است که تعیین می‌کند کل سیستم چگونه باید ساختاربندی شود.
یک فریم ورک نرم افزاری می‌تواند بخشی از معماری باشد. معماران ممکن است برای بهره‌گیری از مزایای فریم ورک‌ها، آنها را در معماری سیستم ادغام نموده و توسعه را تسهیل کنند. با این حال، معماری فقط به انتخاب فریم ورک‌ها محدود نمی‌شود بلکه شامل تصمیم‌گیری برای طراحی در سطح کلان است که رفتار و ویژگی‌های سیستم را تعریف می‌کند.
۹ گزینه از انواع فریم ورک نرم افزاری
در ادامه به بررسی انواع فریم ورک نرم افزاری پرداخته شده است:
1. فریم ورک‌های اپلیکیشن تحت وب: این فریم ورک‌ها برای ساده‌سازی توسعه اپلیکیشن های تحت وب طراحی شده‌اند و شامل ویژگی‌هایی مانند مسیریابی و مدیریت سشن ها هستند. (برای مثال: Ruby on Rails)
2. فریم ورک‌های برنامه‌های موبایل: این فریم ورک‌ها به توسعه‌دهندگان امکان می‌دهند تا برنامه‌هایی ایجاد کنند که روی پلتفرم‌های مختلف اجرا شوند. (برای مثال: React Native)
3. فریم ورک‌های فرانت‌اند: این فریم ورک‌ها بر توسعه سمت کلاینت تمرکز دارند و ابزارهایی جهت ایجاد رابط کاربری واکنش‌گرا، ارائه می‌دهند. (برای مثال: AngularJS)
4. فریم ورک های بک اند: این فریم ورک‌ها برای توسعه سمت سرور استفاده می‌شوند و وظایفی مانند پردازش درخواست‌ها را مدیریت می‌کنند. (برای مثال: Express.js)
5. فریم ورک‌های تست: این فریم ورک‌ها جهت خودکارسازی فرآیند تست نرم افزار مورد استفاده قرار می‌گیرند. (برای مثال: JUnit)
تصویر(3)
6. فریم ورک نرم افزاری توسعه بازی: این فریم ورک‌ها فرآیند ساخت بازی‌های ویدئویی را ساده می‌کنند. (برای مثال: Unity)
7. فریم ورک‌های یادگیری ماشین: این فریم ورک‌ها ابزارهایی جهت توسعه مدل‌های یادگیری ماشین ارائه می‌دهند. (برای مثال: TensorFlow)
8. فریم ورک‌های برنامه‌های سازمانی: این فریم ورک‌ها برای توسعه برنامه‌های بزرگ طراحی شده‌اند. (برای مثال: Java EE)
9. فریم ورک‌های رابط کاربری گرافیکی: این فریم ورک‌ها برای طراحی رابط‌های کاربری گرافیکی استفاده می‌شوند. (برای مثال: Qt)
چند فریم ورک نرم افزاری محبوب
در ادامه، چند نمونه از فریم ورک‌های پرکاربرد حوزه‌های مختلف، آورده شده اند:
۱. Ruby on Rails یا Rails
Rails یا همان Ruby on Rails، یک فریم ورک اپلیکیشن تحت وب می باشد که با زبان روبی نوشته‌شده است. این فریم ورک نرم افزاری از الگوی معماری MVC پیروی کرده و رویکرد ساختارمندی برای ایجاد برنامه‌های تحت وب فراهم می‌کند. Rails تأکید دارد که قوانین اولویت بیشتری نسبت به تنظیمات دارند. این مورد شامل پیکربندی‌های پیشفرض و منطقی است که به توسعه‌دهندگان کمک می‌کند کدی تمیز و قابل نگهداری بنویسند.
Rails ویژگی‌هایی مانند ایجاد خودکار جداول پایگاه داده، مسیریابی RESTful، پشتیبانی از اعتبارسنجی داده‌ها و امنیت را ارائه می‌دهد. این فریم ورک از اکوسیستم بزرگی شامل مستندات گسترده، جامعه‌ای قوی و کتابخانه‌های متعدد برخوردار است.
۲. Django
Django یک فریم ورک وب سطح بالا برای پایتون است که به دلیل سادگی، مقیاس‌پذیری و قابلیت توسعه سریع، شناخته می‌شود. این فریم ورک از الگوی MVC پیروی کرده و اصطلاحا بر رویکرد batteries included به معنای تحت‌اللفظی "امکانات کامل" تأکید دارد. به عبارت دیگر، شامل طیف گسترده‌ای از ویژگی‌ها و قابلیت‌ها است.
Django دارای یک مترجم شیء-رابط (object-relational) پایگاه داده (ORM) برای مدیریت دیتابیس، سیستم‌های احراز هویت، ایجاد خودکار رابط کاربری مدیریت و ابزارهای قدرتمند ساخت الگو است. این فریم ورک نرم افزاری از ماژولار بودن پشتیبانی کرده و توسعه برنامه‌های وب پیچیده را آسان می‌کند.
۳. AngularJS
AngularJS یک فریم ورک فرانت‌اند محبوب است که توسط گوگل توسعه یافته و برای ساخت برنامه‌های وب تک‌صفحه‌ای (SPA) پویا استفاده می‌شود. این فریم ورک از الگوی MVVM یا Model-View-ViewModel پیروی کرده و به توسعه‌دهندگان امکان می‌دهد رابط‌های کاربری تعاملی و واکنش‌گرا ایجاد کنند.
AngularJS ویژگی‌هایی مانند اتصال داده دوطرفه، تزریق وابستگی (افزودن وابستگی ها از کلاس های دیگر) و معماری مبتنی بر کامپوننت را ارائه می‌دهد. این فریم ورک از اعتبارسنجی فرم‌ها، مسیریابی و تست نیز پشتیبانی می‌کند و به دلیل مستندات جامع و جامعه فعال خود، یکی از انتخاب‌های اصلی برای پروژه‌های بزرگ فرانت‌اند است.
۴. Express.js
Express.js از فریم ورک های بک اند مینیمالیستی، سریع و انعطاف‌پذیر برای Node.js است. این فریم ورک لایه‌ای سبک روی Node.js ارائه می‌دهد که ایجاد برنامه‌های سمت سرور و API ها را ساده‌تر می‌کند.
تصویر(4)
Express.js ویژگی‌هایی قدرتمند مانند مدیریت مسیرها، پشتیبانی از میان‌افزارها، موتورهای ایجاد الگو و ادغام آسان با پایگاه داده‌ها دارد. این فریم ورک نرم افزاری با سادگی و سازگاری گسترده خود، برای ساخت برنامه‌های سبک یا معماری‌های میکروسرویس گزینه‌ای محبوب است.
۵. Spring
Spring یک فریم ورک نرم افزاری مبتنی بر جاوا برای ساخت برنامه‌های سطح سازمانی است. این فریم ورک با ویژگی های سبک بودن و پشتیبانی گسترده از توسعه ماژولار، شناخته می‌شود. Spring قابلیت هایی مانند تزریق وابستگی (DI)، برنامه‌نویسی جنبه گرا (AOP) و مدیریت تراکنش به صورت اعلان را ارائه می‌دهد.
Spring با سایر فناوری‌ها و فریم ورک‌های مبتنی بر جاوا نیز به خوبی ادغام می‌شود و برای ایجاد برنامه‌های سازمانی مقاوم و مقیاس‌پذیر، انتخابی مناسب است.
۶. TensorFlow
TensorFlow یک فریم ورک متن‌باز یادگیری ماشین می باشد که توسط گوگل توسعه یافته است. این فریم ورک نرم افزاری یک اکوسیستم جامع برای ساخت و استقرار مدل‌های یادگیری ماشین فراهم می‌کند. TensorFlow از هر دو الگوریتم یادگیری عمیق و سنتی ML پشتیبانی کرده و به توسعه‌دهندگان امکان می‌دهد مدل‌های پیچیده‌ای برای وظایفی مانند تشخیص تصویر، پردازش زبان طبیعی و تحلیل پیش‌بینی بسازند.
این فریم ورک دارای گراف محاسباتی انعطاف‌پذیر، تفکیک خودکار، قابلیت‌های آموزشی توزیع‌شده و پشتیبانی گسترده از استقرار مدل‌ها روی پلتفرم‌های مختلف است. توانایی‌ها و کارایی بالای TensorFlow آن را به انتخاب اول بسیاری از محققان و توسعه‌دهندگان ML تبدیل کرده است.
اهمیت فریم ورک نرم افزاری: ۸ مزیت کلیدی
استفاده از فریم ورک نرم افزاری مزایای زیادی برای توسعه‌دهندگان و تیم‌های توسعه به همراه دارد. در ادامه 8 دلیل اهمیت آنها آورده شده است:
۱. افزایش سرعت و کارایی
فریم ورک‌ها کتابخانه‌های کد آماده، الگوها و ابزارهایی ارائه می‌دهند که می‌توانند توسعه را به طور چشمگیری تسریع نمایند. آنها نیاز به ساخت موارد ابتدایی را حذف می‌کنند و توسعه‌دهندگان این امکان را خواهند داشت تا تمرکز خود را بر هدف تجاری و ویژگی‌های خاص برنامه معطوف کنند. این امر در وقت و منابع صرفه‌جویی می‌کند.
۲. ایجاد یکپارچگی از طریق رعایت بهترین شیوه‌ها
فریم ورک‌ها اغلب از الگوهای طراحی و بهترین شیوه‌ها پیروی می‌کنند که باعث ایجاد یک کد پایه سازگار و قابل بروزرسانی می‌شود. آنها با ارائه یک رویکرد ساختاریافته، به سازمان‌دهی کد، مدیریت وظایف رایج و حفظ معماری ماژولار کمک می‌کنند. این هماهنگی، همکاری توسعه‌دهندگان و نگهداری طولانی‌مدت پروژه را آسان‌تر می‌کند.
۳. ساده‌سازی و انتزاع (abstraction and simplification)
فریم ورک‌ها بخش‌های پیچیده و فنی فرآیند توسعه را ساده سازی می‌کنند. یعنی این جزئیات را پنهان کرده و در قالب یک رابط برنامه نویسی ساده‌تر به توسعه‌دهندگان ارائه می‌دهند. این انتزاع به توسعه‌دهندگان کمک می‌کند تا وظایف رایجی مانند اتصال به پایگاه داده، احراز هویت کاربران و مدیریت API را به سادگی انجام دهند. به بیان دیگر، توسعه‌دهندگان می‌توانند از قابلیت‌های آماده و داخلی یک فریم ورک نرم افزاری استفاده کنند، بدون آنکه مجبور باشند با جزئیات پیچیده و فنی آن درگیر شوند. این ویژگی باعث افزایش بهره‌وری و کاهش زمان توسعه خواهد شد.
۴. پشتیبانی از نمونه‌سازی سریع
فریم ورک‌ها با ارائه اجزا و عملکردهای آماده، نمونه‌سازی سریع را تسهیل می‌کنند. این امر به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد نمونه‌های اولیه کاربردی را سریع بسازند، ایده‌ها را اعتبارسنجی کنند و بازخورد ذینفعان یا کاربران را دریافت نمایند. این فرآیند باعث تسریع چرخه‌های تکراری و کاهش زمان کلی توسعه می‌شود.
۵. دسترسی به جامعه و اکوسیستم
فریم ورک‌های محبوب معمولاً جوامع توسعه‌دهنده بزرگ و فعالی دارند که مستندات گسترده، آموزش‌ها، انجمن‌ها و مشارکت‌های متن‌باز را ارائه می‌دهند. توسعه‌دهندگان می‌توانند از دانش جمعی جامعه، پشتیبانی و افزونه‌های ایجاد شده توسط آنها، بهره مند شوند. این اکوسیستم، یادگیری و توسعه را سریع‌تر و آسان‌تر می‌کند.
۶. تضمین امنیت و قابلیت اطمینان
فریم ورک‌ها معمولاً اقدامات امنیتی و بهترین شیوه‌ها را برای جلوگیری از آسیب‌پذیری‌های رایج ارائه می‌دهند. آنها به طور مرتب بروزرسانی شده و بهبود می‌یابند و اطمینان حاصل می‌کنند که هرگونه اصلاح امنیتی یا رفع اشکال به موقع اعمال می‌شود. در یک فریم ورک نرم افزاری با ثبات، توسعه‌دهندگان می‌توانند به دانش و تخصص نویسندگان و جامعه آن تکیه کنند تا برنامه‌هایی ایمن و قابل اعتماد بسازند.
تصویر(5)
۷. هموار کردن مسیر برای مقیاس‌پذیری و انعطاف‌پذیری
بسیاری از فریم ورک‌ها با هدف مقیاس‌پذیری و انعطاف‌پذیری طراحی شده‌اند. آنها ویژگی‌هایی مانند لایه‌های انتزاعی پایگاه داده، مکانیزم‌های کش و پشتیبانی از load balancing را ارائه می‌دهند که به برنامه‌ها کمک می‌کنند تا با افزایش ترافیک یا تغییر نیازها سازگار شوند. همچنین، فریم ورک‌ها به توسعه‌دهندگان امکان می‌دهند تا قابلیت‌های آنها را مطابق نیاز پروژه گسترش داده یا سفارشی‌سازی کنند.
۸. رعایت استانداردهای صنعتی و تسهیل همکاری
استفاده از فریم ورک‌های پذیرفته‌شده در حوزه موردنظر، انطباق با استانداردهای آن را تضمین کرده و همکاری بین سیستم‌ها را تسهیل می‌کند. این ویژگی ادغام با سیستم‌های موجود یا API های شخص ثالث را آسان‌تر می‌نماید زیرا بسیاری از فریم ورک‌ها، فناوری‌ها و پروتکل‌های مختلف را به صورت پیشفرض پشتیبانی می کنند.
اهمیت انکارناپذیر فریم ورک‌ها در توسعه نرم افزار
در صورت عدم وجود فریم ورک نرم افزاری، توسعه برنامه‌ها شبیه به ساختن آپارتمانی بدون نقشه یا مواد پیش‌ساخته خواهد بود. در نبود فریم ورک، توسعه‌دهندگان مجبور می‌شدند هر خط کد را از ابتدا بنویسند و ویژگی ها را به صورت جداگانه پیاده‌سازی کنند. این امر منجر به افزایش چشمگیر زمان توسعه، پیچیدگی بیشتر و احتمال ایجاد خطا یا ناسازگاری در کد می‌شد.
بدون ساختار و دستورالعمل‌هایی که فریم ورک‌ها ارائه می‌دهند، توسعه‌دهندگان مجبور بودند تلاش زیادی برای بازسازی وظایف رایج، مانند یکپارچگی پایگاه داده، احراز هویت و طراحی رابط کاربری انجام دهند. نبود یک رویکرد استاندارد، همکاری و نگهداری کد را دشوار می‌کرد و منجر به ناکارآمدی و چالش‌های بزرگ‌تری در طول زمان می‌شد.
نتیجه‌گیری
فریم ورک نرم افزاری، به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد که بر حل مشکلات خاص کسب‌وکار تمرکز کرده و از تلاش‌های تکراری پرهیز کنند. فریم ورک‌ها با ارائه اجزای از پیش ساخته و ابزارهایی که وظایف پیچیده را ساده می نمایند، استفاده مجدد از کد را ترویج خواهند داد. در نتیجه، توسعه‌دهندگان می‌توانند بهترین عملکرد را ارائه نموده و به نیازهای متغیر بازار پاسخ دهند.