Кратко — архитектура, применяемые паттерны, механика горячей загрузки/выгрузки, изоляция, версионирование API и меры безопасности.
1) Основные компоненты архитектуры
- Plugin Manager (Singleton) — регистрирует, загружает/выгружает, отслеживает состояние плагинов.
- Plugin Loader — отвечает за физическую загрузку (динамическая библиотека / загрузчик сборок / IPC-клиент для процесса sandbox).
- Lifecycle / Lifecycle Manager (Template Method) — последовательность хуков: Validate → Load → Init → Start → Stop → Dispose.
- API Facade — ограниченная стабильная поверхность API, через которую плагины работают с приложением.
- Service Registry + DI container (Dependency Injection) — предоставляет хост-сервисы плагину через интерфейсы.
- Event Bus / Observer — событийная шина для коммуникации (подписки с токенами для безопасной отписки).
- IPC/Sandbox Broker — если плагины в отдельных процессах/песочницах.
- Security Manager & Policy Checker — проверка подписи/разрешений, аудит.
- Version Resolver — проверка совместимости API и загрузка адаптеров при необходимости.
2) Паттерны проектирования и где применять
- Factory — создание экземпляров плагинов / адаптеров в зависимости от метаданных.
- Strategy — сменяемая стратегия загрузки (in-process, out-of-process, WASM).
- Observer (Event Bus) — события UI/данных; использовать токены/weak refs.
- Dependency Injection — поставка сервисов (логирование, сетка, доступ к данным) из контейнера, тестируемость.
- Adapter — мост между старой и новой версией API или когда нужно подогнать интерфейс плагина.
- Facade — единая безопасная поверхность API, скрывающая внутренности хоста.
- Proxy — контроль доступа к ресурсам, ввод/вывод через проверяющий прокси.
- Command — выполнение операций, требующих UI-потока; очередь/отправка в главный поток.
- Chain of Responsibility — последовательная валидация/авторизация при загрузке.
3) Механика горячей загрузки/выгрузки
- Манифест плагина: id, version, apiVersion, permissions, entry point, signature.
- Последовательность загрузки:
1. Верификация подписи и manifest policy.
2. Проверка совместимости API (см. пункт 4).
3. Разрешение зависимостей (изолированное пространство имен/контейнер).
4. Создание окружения плагина (in-process: специализированная загрузка сборок / dlopen; out-of-process: старт sandbox-процесса; WASM: instantiate).
5. DI: передача сервисов через интерфейсы.
6. Регистрация в Event Bus с получением токенов.
7. Init → Start.
- Выгрузка:
1. Отозвать токены подписок/обработчиков.
2. Остановить фоновые задачи (cancel tokens).
3. Вызвать Stop/Dispose.
4. Освободить ресурсы и выгрузить библиотеку (если in-process, — только если среда поддерживает выгрузку сборки; иначе использовать отдельный процесс); при необходимости форс-убийство sandbox-процесса.
5. Очистить DI/референсы; проверка, что нет живых ссылок (ref counting / weak refs / GC).
Практические приёмы:
- Подписки через токены: при выгрузке host вызывает token.Revoke() и event bus игнорирует.
- Все UI-изменения выполняются через Command/Dispatcher на UI-потоке.
- Для C#/Java использовать AssemblyLoadContext / custom ClassLoader + явное освобождение; для C++ предпочесть процессную изоляцию либо строго документированные cleanup API.
4) Версионирование API
- Семантическое версионирование API: $\text{API}=\text{MAJOR.MINOR.PATCH}$.
- Правило совместимости: несовместимые изменения повышают MAJOR. Совместимость проверяется, например:
$$\text{compatible}⟺P_{maj}=H_{maj}\wedge P_{min}\le H_{min}$$ где $P_{maj},P_{min}$ — мажор/минор версии плагина, $H_{maj},H_{min}$ — версии хоста.
- Version Resolver: хранит адаптеры/обёртки для старых версий API; при несоответствии — либо отказать загрузку, либо загрузить в отдельном контексте с совместимым адаптером.
- Метаданные манифеста обязаны содержать требуемую apiVersion; менеджер проверяет и логирует несовместимость.
5) Изоляция плагинов
- Первая степень (легкая): API Facade + runtime ограничения (прокси, проверка прав), in-process but restricted.
- Надёжная: отдельный процесс на плагин или группировку плагинов (sandboxing). Коммуникация через IPC (gRPC, Unix sockets, named pipes). Преимущества: crash isolation, возможность форсированной остановки и выгрузки.
- Сильная изоляция: WebAssembly (WASM) sandbox — контролируемая память/CPU, безопасная по умолчанию.
- Минимизация разделяемого состояния: данные передаются по сообщениям/копиям; общий доступ только через хост-сервисы.
- Для in-process: использовать контейнеры загрузки (AssemblyLoadContext / ClassLoader) и строгие интерфейсы; избегать глобальных статических точек данных.
6) Безопасность при загрузке стороннего кода
- Политика допуска: code signing и проверка подписи/целостности перед загрузкой.
- Permission model / capability-based security: плагин декларирует права в manifest (например: network, disk-read, ui-access). Security Manager проверяет и выдает токены/прокси API согласно правам.
- Песочница: запуск в отдельном непривилегированном процессе/контейнере/песочнице ОС (AppContainer, seccomp, restricted user) или WASM.
- Ограничение ресурсов: CPU, память, файловые квоты, ограничения времени выполнения; мониторинг и kill по превышению.
- Ограничение API: expose minimal surface; использовать Facade + Proxy, валидировать все входные данные.
- Статический/динамический анализ: сканирование бинарников/скриптов при установке (антивирус/инструменты SAST), runtime-auditing.
- Fail-safe: если плагин падает — не вешать основной процесс; логирование, rollback, отключение.
- Пользовательский контроль: режим «только проверенные плагины» и запросы разрешений при установке.
- Аудит и телеметрия: кто, когда, что сделал плагин; возможность ревока ключей/блокировки плагина.
7) Пример контрактов (высокоуровнево)
- Интерфейс плагина:
- Initialize(Services)
- Start()
- Stop()
- Dispose()
- GetMetadata() → содержит id, version, apiVersion, permissions, signature
- Манифест: fields { id, version, apiVersion, entryPoint, permissions[], signature }
8) Практические рекомендации по реализации (язык/платформа)
- C#: AssemblyLoadContext для изоляции; для ненадёжных плагинов — отдельный процесс + gRPC; использовать Code Access Security-ish модель через ограниченные интерфейсы.
- Java: custom ClassLoader + SecurityManager (хотя SecurityManager deprecated) или separate JVMs + RMI/IPC.
- C++: динамические библиотеки тяжело выгружать — предпочтительна процессная изоляция + C ABI для интерфейса.
- Кроссплатформенная безопасная опция: WebAssembly (WASI) в отдельном рантайме.
9) Контроль ошибок и отзыв ресурсов
- Всегда предусмотреть таймауты на init/stop.
- Строгое логирование и метрики жизненного цикла.
- Механизм аварийного отключения плагина при утечках или зависаниях.
Итого (концентрат):
- Паттерны: Factory, Strategy, Observer, Dependency Injection, Adapter, Facade, Proxy, Command, Singleton, Template Method.
- Изоляция: предпочтительно отдельные процессы/песочницы или WASM; в худшем случае — аккуратные загрузочные контексты + минимальный API.
- Версионирование: семантическое, проверка совместимости $\text{compatible}⟺P_{maj}=H_{maj}\wedge P_{min}\le H_{min}$, адаптеры при необходимости.
- Безопасность: code signing, permission model, sandboxing, ограничение ресурсов, минимальный API, аудит и мониторинг.
Если нужно — могу дать более конкретную схему (диаграмма компонентов) или пример manifest/интерфейса для выбранной платформы (C#/Java/C++/WASM).