فریم ورک (Framework) چیست؟

در این مطلب درباره فریم ورک ها و کاربردهای آن‌ها در برنامه‌نویسی صحبت کردیم. فریمورک‌ها به کار برنامه‌نویس سرعت می‌دهند و به او کمک می‌کنند تا ساختاری پایه‌ای را برای نوشتن کدهای برنامه خود پیاده‌سازی کنند

تصور کنید قصد دارید یک ساختمان بسازید. اولین قدم در ساختن این ساختمان، فوندانسیون و ایجاد اسکلت آن است. در دنیای تئوری، شما می‌توانید اجزای مختلف اسکلت و مواد موردنیاز برای ایجاد فوندانسیون را، خودتان تولید کنید. ولی قطعا این کار را نمی‌کنید، بلکه از اجزای از پیش آماده برای این کار استفاده می‌کنید و تمرکزتان را روی موارد مهم‌تر قرار می‌دهید.

به‌عنوان یک مثال دیگر، یک مهندس برق برای ساخت وسایل الکتریکی، خود شروع به ساخت اجزای ریز و درشت آن مثل خازن، سیم‌ها، مقاومت و غیره نمی‌کند؛ بلکه آن‌ها را به‌صورت پیش آماده خریداری می‌کند و در فرآیند ساخت وسیله، مورد استفاده قرار می‌دهد. در خط تولید کارخانه نیز همین اتفاق می‌افتد؛ یعنی یک سری استانداردها از قبل تعریف شده‌اند و در تولید قطعات از آن‌ها پیروی می‌شود.

در دنیای مهندسی نرم‌افزار نیز، برنامه‌نویس‌ها تمام کدهای موردنیاز یک برنامه را از ابتدا نمی‌نویسند؛ بلکه از ساختارهای استاندارد و از پیش آماده‌ای به نام «فریم ورک» (Framework) برای تسریع فرآیند کدنویسی خود بهره می‌گیرند. در این مطلب با ایزی وب  این سوال جواب می‌دهیم که فریم ورک در برنامه نویسی چیست و درباره انواع و کاربردهای فریم ورک ها نیز صحبت می‌کنیم.

فریم ورک چیست؟

در دنیای مهندسی نرم‌افزار، فریمورک‌ها مجموعه‌ای از کامپوننت‌های نرم‌افزاری هستند که می‌توان از آن‌ها استفاده دوباره کرد. این ساختارها پایه ایجاد کدهای یک برنامه را تشکیل می‌دهند و برنامه‌نویس را از نوشتن کدها از صفر مطلق، بی‌نیاز می‌کنند.فریم ورک در واقع مجموعه‌ای از ابزارها و المان‌هاست که طبق استانداردها و پروتکل‌های زبان‌های خاصی نوشته شده و به فرآیند برنامه‌نویسی سرعت می‌بخشد. از فریم‌ورک در برنامه نویسی می‌توان به‌عنوان یک الگو یا تمپلت کلی در پروژه‌ها استفاده کرد و بسته به نیازمندی‌های هر پروژه، آن را تغییر داد.

چرا از فریم ورک استفاده می‌شود؟

مهم‌ترین دلایل نیاز به استفاده از فریمورک هنگام کدنویسی عبارت‌اند از:

• کاهش احتمال بروز ارور
• کاهش زمان موردنیاز برای کدنویسی
• امنیت بالاتر کدها
• جلوگیری از نوشتن کدهای تکراری
• تست و دیباگ ساده‌تر کدها
• کدهای تمیزتر
• تمرکز برنامه‌نویس روی کدهای مختص پروژه
• امکان توسعه کدها

انواع فریم ورک ها: معرفی فریم ورک های محبوب

قبل از شروع فرآیند توسعه برنامه، باید زبان برنامه‌نویسی مناسب را برای آن پروژه مشخص کنید. سپس براساس آن زبان، انتخاب فریم ورک مناسب را انجام دهید. برای مثال اگر زبان جاوا اسکریپت را انتخاب کردید، باید به دنبال فریمورک‌های جاوا اسکریپت مثل Angular، Next.js، Vue.js و غیره بگردید.

هر فریمورک دارای مجموعه‌ای از قابلیت‌هاست. فریمورک‌های مختلف را می‌توان در روند توسعه نرم‌افزارهای وب یا موبایل و همچنین برای تجزیه و تحلیل داده استفاده کرد.

فریم ورک‌های توسعه وب

فریم ورک های وب در روند ایجاد صفحات وب و اپلیکیشن‌های بر پایه وب کاربرد دارند و قابلیت‌هایی مثل منابع وب، سرویس‌ها و رابط نرم افزاری (API) را در اختیار برنامه‌نویس‌ها قرار می‌دهند. این فریمورک‌ها را می‌توان به ۲ گروه اصلی تقسیم کرد: فریم‌ورک‌های فرانت اند و فریمورک‌های بک اند.

فریم‌ورک‌های فرانت اند

این فریمورک‌ها برای توسعه رابط کاربری سایت (ظاهر پروژه سمت کاربر) کاربرد دارند. برخی از بهترین فریم ورک های طراحی سایت (فرانت اند) عبارت‌اند از:

• Angular: این فریم‌ورک جاوا اسکریپتی از نوع فریمروک‌های فرانت اند است. انگولار جی اس یکی از محبوب‌ترین فریمورک‌های توسعه وب است و کامیونیتی قوی دارد. این فریمورک توسط گوگل توسعه داده شده و پشتیبانی می‌شود. شرکت‌های بزرگی مثل پی پل، گوگل، نایک  آپ ورک از این فریمورک استفاده کرده‌اند.
• VueJS: این فریمورک فرانت اند نیز بر پایه جاوا اسکریپت است. VueJS با استفاده از HTML، CSS و جاوا اسکریپت نوشته شده است و از معماری MVVM پشتیبانی می‌کند.
• Bootstrap: این فریمورک متن‌باز بر پایه CSS، HTML و JavaScript نوشته شده است. این فریمورک به توسعه وب‌سایت‌های ریسپانسیو کمک می‌کند. ازجمله شرکت‌های مشهوری که از این فریمورک استفاده می‌کنند می‌توان به Airbnb، نتفلیکس، اوبر و غیره اشاره کرد.

فریمورک‌های بک اند

این فریمورک‌ها برای توسعه برنامه‌های سمت سرور و مدیریت درخواست‌ها، پایگاه داده‌ها، ارتباط با API و غیره کاربرد دارند. ازجمله فریمورک‌های محبوب بک اند می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• Ruby on Rails: این فریمورک بر پایه معماری MVC نوشته شده است و کتابخانه‌های ثالث نیز در آن قابل یکپارچه‌سازی هستند. ازجمله شرکت‌هایی که از این فریم ورک در طراحی سایت استفاده می‌کنند می‌توان به CafePress و Airbmb اشاره کرد.
• Django: این فریمورک متن‌باز بر پایه پایتون و معماری MTV نوشته شده و با سایر فریمورک‌های فرانت اند قابل ادغام است. اینستاگرام، یوتیوب و اسپاتیفای از این فریمورک استفاده می‌کنند.
• Spring Boot: این فریمورک متن‌باز بر پایه جاوا نوشته شده است.
• Express: این فریمورک بک اند، متن باز بوده و با زبان جاوا اسکریپت برای Node.js توسعه داده شده است. نقطه قوت این فریمورک انعطاف‌پذیری بسیار بالای آن است.

فریم ورک‌های توسعه اپلیکیشن موبایل

مهم‌ترین فریم ورک های موبایل عبارت‌اند از:

• Flutter: این فریمورک متن‌باز متعلق به گوگل است و از ios و اندروید پشتیبانی می‌کند. در طراحی این فریمورک تا حدی از کدهای C و C++ استفاده شده، ولی بخش اعظم آن را زبان Dart تشکیل داده است.
• Xamarin: این فریمورک متعلق به مایکروسافت بوده و بر پایه .NET نوشته شده است.
• React Native: این فریمورک توسط شرکت فیسبوک توسعه داده شده است. React Native فریمورکی متن‌باز و کراس پلتفرم است. اپلیکیشن‌های این فریمورک با استفاده از جاوا اسکریپت نوشته می‌شوند و از سایر فریمورک‌های جاوا اسکریپت نظیر Angular و Vue نیز پشتیبانی می‌کنند.
• Ionic: این فریمورک نیز جزو فریم ورک های نرم افزار موبایل است. Ionic‌ متن‌باز و کراس پلتفرم است، از جاوا اسکریپت، HTML و CSS استفاده می‌کند و شامل کامپوننت‌ها، ابزارها و ماژول‌های مختلف رابط کاربری موبایل است. این فریمورک به ساخت برنامه‌های پرسرعت موبایل کمک می‌کند و با سایر فریمورک‌های فرانت اند مثل Angulat‌ و Vue نیز یکپارچه می‌شود.

فریم ورک‌های علم داده

تولید برنامه‌های یادگیری ماشین و هوش مصنوعی نیاز به دانش فنی بالایی دارد. این فریمورک‌ها برای ایجاد برنامه‌های مختص تجزیه و تحلیل داده کاربرد دارند. به جای نوشتن برنامه‌هایی شامل کدهای پیچیده یادگیری ماشین، برنامه‌نویس‌ها می‌توانند از این فریمورک‌های آماده مثل ، Apache Spark Tensor Flow و PyTorch استفاده کنند.

فریم ورک های بازی سازی

برخی از محبوب‌ترین فریمورک‌های مختص ساخت بازی عبارت‌اند از:

فریمورک‌های بر پایه C و C++

• SDL – Simple Direct Media Layer
• SFML – Simple and Fast Multimedia Library
• Allegro
• Raylib
• Cocos-2dx
• Orx

فریمورک‌های بر پایه C#

• Monogame
• FNA

فریمورک‌های بر پایه HTML

• Phaser
• PixiJS
• BabylonJS
• Playcanvas
• Three.js

فریمورک‌های بر پایه Rust

• Bevy
• Fyrox

فریمورک‌های بر پایه Ruby

• DragonRuby

فریمورک‌های بر پایه Lua

• LÖVE
• Gideros
• Solar2D

فریمورک‌های بر پایه Java

• libGDX

فریمورک‌های بر پایه Haxe

• Shiro Game Stack
• HaxeFlixel

تفاوت بین کتابخانه و فریم ورک

کتابخانه و فریمورک معمولا با یکدیگر اشتباه گرفته می‌شوند؛ درحالی‌که با هم متفاوت هستند. کتابخانه‌ها شامل مجموعه‌ای از کامپوننت‌ها هستند که هدف خاصی را دنبال می‌کنند؛ درحالی‌که فریمورک‌ها شامل ابزارها و کتابخانه‌های مختلفی هستند که از آن‌ها برای تسهیل روند توسعه نرم‌افزار و کاهش ارورها استفاده می‌شود. کتابخانه‌ها قابلیت‌های خاص و محدودی دارند؛ ولی فریمورک‌ها دارای طیف گسترده‌ای از ابزارها و قابلیت‌ها برای توسعه اپلیکیشن‌ها هستند.

تفاوت زبان برنامه‌نویس و فریم ورک

زبان برنامه‌نویسی تحت وب یک ابزار و فریمورک، نوعی پلتفرم کاری است. به بیان دیگر، زبان‌های برنامه‌نویسی با سینتکس‌ها و سمانتیک‌ها سروکار دارند، ولی سروکار فریمورک‌ها با معماری است. زبان برنامه‌نویسی به شما امکان نوشتن کد را می‌دهد؛ ولی فریمورک به طراحی برنامه‌ها کمک می‌کند.

مزایای استفاده از فریم ورک ها

مهم‌ترین مزیت‌های فریم ورک‌های نرم افزار عبارت اند از:

• سادگی بیشتر
• نتیجه بهتر
• کارایی بالا
• قابلیت ادغام پذیری
• امنیت بالاتر
• قابلیت توسعه
• بروز رسانی و ارتقا آسان برنامه
• قابلیت استفاده مجدد از کدهای نوشته شده
• منبع باز
• افزایش کیفیت کدهای نوشته شده
• کاهش زمان برنامه‌نویسی
• افزایش امنیت نرم‌افزار
• بازبینی ساده‌تر کدها
• انعطاف‌پذیری بیشتر در روند توسعه نرم‌افزار

معایب استفاده از فریم ورک ها

گذشته از مزایای مختلف استفاده از فریمورک در روند برنامه‌نویسی، چالش‌هایی نیز در استفاده از آن‌ها وجود دارد. برای مثال برای توسعه یک اپلیکیشن ساده، ممکن است نیازی به فریمورک نداشته باشید؛‌ زیرا پیاده‌سازی و یادگیری آن، زمان‌بر و دشوار است.

یکی دیگر از چالش‌های استفاده از فریمورک‌ها، این است که نیاز به درک بالایی از نحوه کار کامپوننت‌ها وجود دارد. حتی اگر یک فریمورک مستندات زیادی داشته باشد، برنامه‌نویس به زمان زیادی برای آشنایی با آن احتیاج دارد.

در نهایت، وقتی از فریمورک برای توسعه اپلیکیشن استفاده می‌کنید، وابستگی زیادی به عملکرد و امنیت ایجادشده توسط آن دارید؛ بنابراین اگر فریمورک دچار باگ شود، تمام اپلیکیشن‌هایی که براساس آن ساخته شده‌اند، تحت تاثیر قرار می‌گیرند.

ویژگی‌های یک فریم ورک خوب

مهم‌ترین ویژگی‌های یک فریم ورک باکیفیت عبارت‌اند از:

1-یکپارچگی

یک فریمورک برنامه‌نویسی خود باید رفتاری یکپارچه و قابل پیشبینی در زبان‌های برنامه‌نویسی مختلف و قابلیت‌های نرم‌افزاری از خود نشان دهد. 

2-کیفیت بالا

یک فریمورک خوب باید از جهات مختلف تست، بازبینی و به‌روزرسانی شده باشد تا توسعه‌دهندگان بتوانند از امنیت کتابخانه‌های کد، کامپوننت‌های نرم‌افزاری و APIها اطمینان حاصل کنند. همچنین فریمورک باید دائما طی به‌روزرسانی‌های مختلف، توسعه داده شود. در این صورت، توسعه‌دهندگان همیشه به‌روز می‌مانند و دیگر برای به‌روزرسانی نرم‌افزارهای خود، نیازی به جایگزینی کل فریمورک نخواهند داشت.

3-پشتیبانی و کامیونتیتی قوی

فریمورک باید دارای مستندات و مثال‌های کافی و شفاف برای شرح نحوه پیاده‌سازی باشد. درغیراین‌صورت، توسعه‌دهندگان ممکن است نیاز به شرکت در دوره‌های آموزشی اضافی برای یادگیری نحوه پیاده‌سازی فریمورک باشند. علاوه‌بر این، وجود کامیونیتی گسترده به توسعه‌دهنده‌ها کمک می‌کند تا اشکالات خود را مطرح کرده و بتوانند خیلی زود آن‌ها را برطرف کنند.

انتخاب فریم ورک مناسب کار سختی است. چون هر وب سایتی نیازمند مشخصات و عناصر خاص خودش است  و در حال حاضر بیشتر فریم ورک ها کارکرد مناسبی دارند و تفاوت چندانی بین آن ها نیست .با در نظر گرفتن سرعت بارگذاری و سهولت استفاده، راحتی فهم عملکرد آن، گزینه های ارائه شده، سازگاری با سیستم مورد استفاده، ارائه پشتیبانی بلند مدت بهتر، راحت تر می توان در مورد انتخاب فریم ورک تصمیم گرفت. الزاما استفاده از فریم ورک در طراحی سایت توصیه نمی شود. در واقع توسعه دهنده وب سایت است که نهایتا باید تصمیم بگیرد برای پیش برد کار و پیاده سازی طرح وب سایت از چه راه حل هایی استفاده کند.

MVC در فریم ورک‌ها به چه معناست؟

عبارت MVC یا Model View Controller واژه‌ای است که در هنگام کار کردن با فریم ورک‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این عبارت شکلی خاص از ترکیب کدهای برنامه‌نویسی است. در این شکل از برنامه‌نویسی کدهای برنامه به سه بخش تقسیم می‌شوند. با تقسیم و طبقه بندی کدها، برنامه به صورت سه لایه مجزا از هم در می‌آید. در برنامه نویسی MVC بخش View وظیفه‌ی نمایش اطلاعات به کاربر را بر عهده دارد. بخش Controller دریافت اطلاعات از کاربر و پردازش آن را به انجام می‌رساند. و بخش Model کار ذخیره و بازیابی اطلاعات را عملی می‌کند. اغلب فریم‌ورک‌های برنامه‌نویسی شامل ابزاری به نام ORM برای بهبود روش ارتباط با پایگاه داده هستند.

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

در این مطلب درباره فریم ورک ها و کاربردهای آن‌ها در برنامه‌نویسی صحبت کردیم. فریمورک‌ها به کار برنامه‌نویس سرعت می‌دهند و به او کمک می‌کنند تا ساختاری پایه‌ای را برای نوشتن کدهای برنامه خود پیاده‌سازی کنند. فریمورک‌ها بسته به نوع زبان برنامه‌نویسی و کاربردی که در توسعه برنامه‌ها دارند به انواع مختلفی تقسیم‌بندی می‌شوند. مهم‌ترین انواع فریمورک‌های نرم‌افزاری شامل فریمورک‌های فرانت‌اند و بک‌اند هستند. همچنین از یک منظر دیگر می‌توان آن‌ها را به فریمورک‌های توسعه و طراحی وبسایت ، توسعه اپلیکیشن موبایل و علم داده دسته‌بندی کرد.