Framework

Ein Framework (englisch für Rahmenstruktur) ist ein Programmiergerüst, das in der Softwaretechnik eingesetzt wird – insbesondere in der objektorientierten Softwareentwicklung sowie in komponentenbasierten Ansätzen.

Beschreibung

Ein Framework ist kein eigenständiges Programm, sondern stellt eine Struktur bereit, innerhalb derer Entwickler Anwendungen erstellen. Durch die im Framework verwendeten Entwurfsmuster beeinflusst es typischerweise auch die Architektur der entstehenden Software. So unterstützen etwa die Microsoft Foundation Classes das Model-View-Controller-Muster.

Ralph E. Johnson und Brian Foote beschrieben ein Framework 1988 im Artikel Designing Reusable Classes im Journal of Object-Oriented Programming als:

„Ein Framework ist eine semi-vollständige Applikation. Es stellt für Applikationen eine wiederverwendbare, gemeinsame Struktur zur Verfügung. Die Entwickler bauen das Framework in ihre eigene Applikation ein und erweitern es derart, dass es ihren spezifischen Anforderungen entspricht. Frameworks unterscheiden sich von Toolkits dahingehend, dass sie eine kohärente Struktur zur Verfügung stellen, anstatt einer einfachen Menge von Hilfsklassen.“

Frameworks geben in der Regel die grundlegende Anwendungsarchitektur vor. Charakteristisch ist dabei die (Inversion of Control) (Umkehrung der Steuerung): Programmierer registrieren konkrete Implementierungen, die anschließend vom Framework aufgerufen und verwaltet werden. Wird diese Registrierung nicht im Quellcode festgelegt, sondern extern konfiguriert, spricht man von Dependency Injection.

Ein Framework definiert insbesondere den Kontrollfluss einer Anwendung sowie die Schnittstellen, die konkrete Klassen implementieren müssen. Es dient damit der Wiederverwendung bewährter architektonischer Muster. Da solche Muster stets auf eine bestimmte Problemdomäne zugeschnitten sind, sind Frameworks meist domänenspezifisch oder auf bestimmte Anwendungstypen beschränkt – etwa grafische Editoren, Buchhaltungssysteme oder Webshops.

Eine allgemeingültige Definition existiert nicht, da Frameworks sehr unterschiedlich ausgeprägt sein können. Der Begriff wird daher häufig unscharf verwendet; mitunter werden bereits umfangreiche Klassensammlungen als Framework bezeichnet.

White-Box- und Black-Box-Frameworks

Die Unterscheidung zwischen White-Box- und Black-Box-Frameworks bezieht sich auf die Sichtbarkeit und Zugänglichkeit der Implementierung hinter einer Schnittstelle.

• Bei einer Black-Box-Abstraktion kennen Klienten nur die Spezifikation der Schnittstelle, nicht jedoch deren interne Umsetzung.
• Bei einer White-Box-Abstraktion ist die Implementierung einsehbar und kann durch Vererbung erweitert werden, auch wenn die Schnittstelle weiterhin eine gewisse Kapselung erzwingt.

Einige Autoren unterscheiden zusätzlich zwischen White-Boxes (Erweiterung möglich) und Glass-Boxes (nur Einsicht möglich).

Framework-Typen

Frameworks lassen sich – ohne strikte Abgrenzung – in folgende Kategorien einteilen:

Application Frameworks

bilden das Programmiergerüst für eine bestimmte Klasse von Anwendungen (horizontal slice), die grundlegende Funktionen und Programmstrukturen bereitstellen.

Domain Frameworks

bilden das Programmiergerüst für einen spezifischen Problembereich (vertical slice), das typische Funktionen und Strukturen dieser Domäne bündelt.

Class Frameworks

fassen Klassen und Methoden zusammen, die Unterstützung auf einer bestimmten Abstraktionsebene für ein breites Anwendungsspektrum bieten.

Komponenten-Frameworks

abstrahieren von der objektorientierten Ebene und stellen eine Umgebung zur Entwicklung und Integration von Software-Komponenten bereit. Software-Komponenten werden dabei meist als Bündel von Klassen mit eindeutig definierten Schnittstellen betrachtet.

Coordination Frameworks

(wie Jini und UPnP) ermöglichen die Interaktionen zwischen Geräten und unterstützen deren Interoperabilität. Wenn beispielsweise ein „Jini-fähiger“ Drucker an ein Netzwerk angeschlossen wird, welches Jini verwendet, so kann er selbständig anderen Geräten mitteilen, was für eine Art von Drucker dazugekommen ist.

Test Frameworks

dienen zur Ausführung automatisierter Softwaretests, etwa JUnit für Modultests oder Selenium für Webanwendungen.

Webframeworks

sind ausgelegt für die Entwicklung dynamischer Websites, Webanwendungen oder Webservices.

Bekannte Frameworks

Aufgrund der uneinheitlichen Begriffsverwendung ist die Zuordnung einzelner Systeme nicht immer eindeutig. Beispiele sind:

• .Net-Framework von Microsoft
• 1C:Enterprise
• ACE
• Action Request System (ARS) – Application Framework von BMC Remedy
• Adobe Flex
• Angular
• AngularJS
• Apache Spark
• Bootstrap Framework von Twitter
• Cocoa
• CakePHP
• Django (Framework)
• Drupal
• Eclipse Rich Client Platform
• TYPO3 Flow
• Grails
• Horde (Framework)
• JavaServer Faces
• JBoss Seam
• JHotDraw
• JUnit
• Laravel
• OpenIDE RCP
• Microsoft Foundation Classes
• Qt
• Robot Framework
• Robot Operating System
• Ruby on Rails
• Selenium
• Spring (Framework)
• Struts
• Symfony
• Visual Component Library (VCL) – Komponentenbibliothek von Borland
• WoltLab Community Framework (WCF) – PHP-Framework
• YAML (Framework) CSS-Framework
• Yii
• Zend Framework

Literatur

• Wolfgang Pree: Komponentenbasierte Softwareentwicklung mit Frameworks. dpunkt, 1997, ISBN 3-920993-68-3. 
• Krzysztof Cwalina, Brad Abrams: Richtlinien für das Framework-Design – Konventionen, Ausdrücke und Muster für wiederverwendbare .NET-Bibliotheken. Addison-Wesley, 2007, ISBN 3-8273-2626-5.