Home 软件工程之美 05 | 开发模型详解

05 | 开发模型详解

0 64

 

一、瀑布模型

瀑布模型,像工厂流水线一样把软件开发分层化。

可以这么说:瀑布模型算是现代软件工程的起源,软件工程的发展,很大部分都是构建于瀑布模型的基础之上的。我们后面所学的软件工程的很多内容,都是源自瀑布模型的衍生,或者其中某个阶段的细分。

 

软件危机的出现(边写边改模型)

在 1960 年初,软件开发刚开始起步,这时的软件开发是混沌无序的,那时候编程语言还是汇编语言为主,开发模式就是边写边改模型。如果程序员水平高,功能简单,还是可行的。后来软件开发需求越来越多,功能越来越复杂,从事软件开发的人员水平也参差不齐,这种落后的软件生产方式已经无法满足迅速增长的计算机软件需求,从而导致软件开发与维护过程中出现一系列严重问题,这个现象也被称之为“软件危机”

像这种边写边改的开发模式,为什么说不能满足复杂软件项目的需要呢?

主要是有几方面的原因:

  • 整个开发过程不可控,想基于这种开发模式做项目计划太难;
  • 项目的人数多了后,无法有效分工协作;
  • 项目开始的时候对需求几乎没有进行有效分析,对需求的理解容易出现偏差,后期导致很多返工;
  • 项目编码完成后,没有有效测试,运行时 Bug 非常多。

 

 

瀑布模型的诞生

为了解决软件危机中的这些问题,在 1970 年,Winston Royce 博士借鉴了其他工程领域的思想,比如建筑工程,提出了瀑布开发模型,指出软件开发应有完整之周期,并将软件开发过程分成了若干阶段。像瀑布一样,从上往下,完成一个阶段继续下一个阶段。

瀑布模型把整个项目过程分成了六个主要阶段:

一、问题的定义及规划这个阶段是需求方和开发方共同确定软件开发目标,同时还要做可行性研究,以确定项目可行。这个阶段会产生需求文档和可行性研究报告。

二、需求分析对需求方提出的所有需求,进行详细的分析。这个阶段一般需要和客户反复确认,以保证能充分理解客户需求。最终会形成需求分析文档。

三、软件设计根据需求分析的结果,对整个软件系统进行抽象和设计,如系统框架设计,数据库设计等等。最后会形成架构设计文档。

四、程序编码将架构设计和界面设计的结果转换成计算机能运行的程序代码。

五、软件测试在编码完成后,对可运行的结果对照需求分析文档进行严密的测试。如果测试发现问题,需要修复。最终测试完成后,形成测试报告。

六、运行维护软件开发完成,正式运行投入使用。后续需要继续维护,修复错误和增加功能。交付时需要提供使用说明文档。

瀑布模型在提出后,因为其简单可行,切实有效,马上就在很多软件项目中应用起来,一直到 2000 年前后,都是最主流的软件开发模型,即使到现在,你也能在很多软件项目中看到它的影子。也是从那时开始,有了“软件生命周期”(Software Life Cycle,SLC) 的概念。

软件生命周期是软件的产生直到报废或停止使用的生命周期。而像瀑布模型这样,通过把整个软件生命周期划分为若干阶段来管理软件开发过程的方法,叫软件生命周期模型。

 

瀑布模型的核心

1.需求

2.设计

3.编码

4.测试

 

瀑布模型的优缺点

以上案例是我参与过的、用瀑布模型开发的软件项目的一个缩影,你会发现瀑布模型其实跟我们传统的建筑建造方式非常类似。

我们拿盖房子的过程来看看瀑布模型。

客户想要盖一栋房子(初步的想法)。

客户一开始可能没想清楚想要什么样子的房子。(客户对需求还不清楚)

施工方开始找客户确认:用途是什么,要个几层的房子,什么建筑风格,希望什么时间完工,预算多少。(问题定义)

施工方根据客户提的需求,对比工期和预算,评估是不是值得做。(可行性研究)

施工方评估后觉得可行,于是和客户签订合同,约定价钱和工期。(立项,制定项目计划)

施工方开始跟客户沟通确认需求,例如每层户型如何,将来的装修风格等。(需求分析)

确认完需求后,施工方开始出建筑施工图,还画了漂亮的建筑效果图。(系统设计和 UI 设计)

施工方按照设计图开始施工。(程序编码)

这期间如果客户去参观施工情况,客户只能看到毛胚,只有最后施工完成才能看到最终样子。(在中间客户看不到结果,只有最后能看到结果)

原定二层是两个卧室,在房子施工过程中,突然客户说两个卧室不够,要改成三个卧室。这意味着施工方要对施工图重新设计,很多已经建好的房间要拆掉重建。(瀑布模型是很难响应需求变更的,而且越到后期代价越大)

工程质量检查人员对施工结果进行质量检测,如果不满足质量要求,需要修改。(测试)

最后验收通过后,客户入住。(上线)

所以你看,用瀑布模型开发软件,就像建筑工程里,盖房子一样简单和自然。每个阶段都有侧重的事情,就像需求阶段专注于搞清楚需求,编码阶段专注于实现。最重要的是,这种编码前先设计、编码后测试、整个过程重视文档的方式,开发出来的产品,质量相对是有保障的。但用瀑布模式开发,也存在一些问题。最大的问题就是不能及时响应需求变更,越到后期变更代价越大。另外,通常要到最后阶段才能看到结果是什么样子。我以前参与过的用瀑布模型方式开发的项目中,在开发和测试阶段加班是常态,原因就在于需求分析和系统设计可能会有延误,从而延迟了编码阶段的开始时间,压缩了编码实现的时间。而在编码阶段,通常会发现很多设计时没有考虑清楚的问题,或者遇到需求变更,导致编码阶段即使加班加点也会大大延期,最后留给测试阶段的时间就不够多了。鉴于瀑布模型存在的这些问题,后来又有很多人提出了其他的软件生命周期模型,比如快速原型开发模型、增量模型、迭代模型,以期保留瀑布模型的这些优点,克服瀑布模型中存在的问题。

 

 

 

二、快速开发快速改模型

快速原型模型(解决需求多变)

我刚毕业时参加了一个项目的开发,项目经理跟我说,这个项目怎么快就怎么写,不要在意代码质量、架构、性能这些,当时我表示很不能理解,哪有这样做项目的?我还偷摸着花了很多时间想把代码写好,结果发现,这个快速做好的简单版本,主要目的就是为了给客户演示,跟客户确认需求,然后把客户的反馈记录下来,再去优化。

这样几个小版本下来,基本上就把需求确定了,而我当时写的好多代码根本就用不上。

后来我才知道,这就是快速原型模型。

快速原型模型,就是为了要解决客户的需求不明确和需求多变的问题。

先迅速建造一个可以运行的软件原型,然后收集用户反馈,再反复修改确认,使开发出的软件能真正反映用户需求,这种开发模型就叫快速原型模型,也叫原型模型。

这就好比客户想要盖房子,但是他没想好要盖成什么样子,于是施工方就先搭了一栋彩钢房(就像工地里面搭的临时房子),让客户先用起来,然后再给反馈调整。因为彩钢房搭建简单快速,改起来也相对容易。

等到客户确定好需求,再在已经搭好的彩钢房的基础上完善,或者直接重新按照确定好的需求造房子。不过,这样做也有一个问题,用彩钢房这种方式盖房子虽然快,但是房子质量不会太好,住的不算舒服,想有点个性化的风格也难。

同样的道理,也适用于软件项目。

彩钢房就像是软件原型,重点是反映软件核心功能和交互,功能可以是不完整的,可靠性和性能要求不高,但开发速度可以很快。

原型模型因为能快速修改,所以能快速对用户的反馈和变更作出响应,同时原型模型注重和客户的沟通,所以最终开发出来的软件能够真正反映用户的需求。

但这种快速原型开发往往是以牺牲质量为代价的。

在原型开发过程中,没有经过严谨的系统设计和规划,可靠性和性能都难以保障。所以在实际的软件项目中,针对原型模型的这种快速、低质量的特点,通常有两种处理策略:抛弃策略和附加策略。

抛弃策略将原型只应用于需求分析阶段,在确认完需求后,原型会被抛弃,实际开发时,将重新开发所有功能。类似于用彩钢房盖房子,确认完客户需求后,拆掉重新建。

附加策略是将原型应用于整个开发过程,原型一直在完善,不断增加新功能新需求,直到满足客户所有需求,最终将原型变成交付客户的软件。类似于用彩钢房盖房子,最后还要做一番精装修,交付客户。

采用哪种策略来应用原型模型,还是要看项目特点,包括所采用原型开发工具和技术的成熟度。举例来说,如果客户对可靠性、性能要求高,那么就最好是抛弃策略,如果客户对质量要求不高,有简单功能就够了,那么可以试试附加策略。

 

快速原型模型即使到现在还一直有在用,用于低成本快速的确认需求。

另外,原型制作并不一定要像传统代码一样进行设计编码,有很多原型工具,像 Axure、墨刀等,简单的拖拽就可以实现简单的界面和交互,同样可以达到确认需求的目的。现在原型设计已经成为产品经理确认需求的一个非常重要手段。

 

大瀑布拆小瀑布(缩短周期)

瀑布模型的很多问题,根源都是周期太长。

周期长所以中间难以响应变更,周期长所以客户很久才能看到结果,周期太长所以风险不好控制。如果能将周期变短,那么很多问题就迎刃而解了。

基于这种思路,产生了很多开发模型,比较典型的主要是:增量模型迭代模型

 

增量模型——按模块分批次交付

增量模型是把待开发的软件系统模块化,然后在每个小模块的开发过程中,应用一个小瀑布模型,对这个模块进行需求分析、设计、编码和测试

相对瀑布模型而言,增量模型周期更短,不需要一次性把整个软件产品交付给客户,而是分批次交付。

如果拿盖房子来比喻的话,就是先盖卫生间,然后盖厨房,再是卧室。

盖卫生间的时候,也要先分析需求,然后设计,再实施,最后验收。有时候也可以多模块并行,例如同时盖卫生间和厨房,前提是模块之间不能有依赖关系,比如,你不可能先盖二楼再盖一楼。

你会发现,增量模型将整个系统进行模块化处理,所以你可以分批次交付软件产品,使用户及时了解软件项目进展。如果一个模块有问题,或者需要做需求变更,对整体影响也有限。在开发的时候,也可以灵活地按照模块来分工,多个模块并行开发提升效率。

因为增量模型的根基是模块化,所以,如果系统不能模块化,那么将很难采用增量模型的模式来开发。另外,对模块的划分很抽象,这本身对于系统架构的水平是要求很高的。

基于这样的特点,增量模型主要适用于:需求比较清楚,能模块化的软件系统,并且可以按模块分批次交付。

 

迭代模型——每次迭代都有一个可用的版本

迭代模型每次只设计和实现产品的一部分,然后逐步完成更多功能。每次设计和实现一个阶段叫做一个迭代。

我们还是继续拿盖房子来举例:如果用迭代模型的方式盖房子,第一个迭代要先盖一个茅草屋,快速满足客户对房子的核心需求;第二个迭代再盖一个小木屋,比茅草房更大更舒适;第三个迭代再盖成一个豪华别墅,满足客户所有需求。

你要注意,无论是造小木屋还是大别墅,整个过程都会像一个完整的项目一样,包括需求分析、设计、实现与测试验收。

在迭代模型中,整个项目被拆分成一系列小的迭代。通常一个迭代的时间都是固定的,不会太长,例如 2~4 周。每次迭代只实现一部分功能,做能在这个周期内完成的功能。

在一个迭代中都会包括需求分析、设计、实现和测试,类似于一个小瀑布模型。迭代结束时要完成一个可以运行的交付版本

迭代模型和增量模型很容易混淆,因为都是把大瀑布拆成小瀑布。

这两种模型的主要差别在于如何拆分项目功能上。增量模型是按照功能模块来拆分;而迭代模型则是按照时间来拆分,看单位时间内能完成多少功能。

还是用盖房子来理解,增量模型则是先盖厨房,再是卧室,这样一个个模块来完成。而迭代模型则是先盖一个简单的茅草房,有简易的土灶和土床,然后再升级成小木屋,有更好的灶和更好的卧室,这样一步步迭代成最终的房子。

我原来参与过的瀑布模型开发的项目,因为要很长时间才能看到最终结果,而且结果通常跟最初描述的结果相差较多,客户看到后多少会有些心理落差。

而后来改用迭代模型后,因为每次迭代完成后都有可以运行的版本,这样客户可以直观感受软件的进展,及时调整心理预期。尤其是当客户见证了一个软件从简陋到完善的过程,往往满意度是比较高的。

迭代模型最难的部分,在于规划每次迭代的内容和要达到的目标。多了可能完不成,少了可能造成每次迭代工作量不饱和,这需要在实践中去摸索,一个迭代一个迭代的去调整。

迭代模型由于在初始迭代时,只清楚当前迭代的需求,而不知道后续需求,设计可能会考虑不周全。这样的话,迭代一多,系统会有不少冗余,一段时间后就需要对系统进行重构。

另外每次迭代,用户可能会增加新的需求和对现有需求进行更改,因此开发时间上可能会比预期要长。如果你做的是小项目的话,并不建议使用迭代模型来开发。

 

 

三、常见的项目场景及模型选择

场景一:外包项目,需要阶段验收(V字模型)

假如你现在是一家外包公司,你可以采用瀑布模型开发,但是甲方需要对你项目的每个阶段进行验收测试,以确认你是不是达到要求。

针对从需求定义一直到编码阶段,每个阶段都有对应的测试验收。如果画成图,就是下面这个样子的。

这个模型就是 V 模型,本质上它还是瀑布模型,只不过它是更重视对每个阶段验收测试的过程模型。

 

场景二:项目风险高,随时可能会中断(增量模型或者迭代模型)

如果你现在要做一个风险很高的项目,客户可能随时不给你钱了。这种情况下,如果采用传统瀑布模型,无疑风险很高,可能做完的时候才发现客户给不了钱,损失就很大了!

这种情况,基于增量模型或者迭代模型进行开发,就可以有效降低风险。你需要注意的是,在每次交付的时候,要同时做一个风险评估,如果风险过大就不继续后续开发了,及时止损。

这种强调风险,以风险驱动的方式完善项目的开发模型就是螺旋模型。

 

场景三:山寨一款软件产品,希望能快速上线发布(增量模型)

其实软件行业山寨的案例不少,山寨项目的特点是,项目需求是明确的,不会有什么变化,这时候就可以选择增量模型,划分好模块,先实现核心模块,发布可运行版本,再增量发布其他模块。多模块可以同步开发。

 

场景四:客户都没想清楚想要什么,但是个大单子很多项目,客户一开始都没想清楚想要的是什么,需要花很长时间去分析定义需求,但是单子很大,值得认真去做好。

分四个阶段:

1. 初始阶段主要是确定需求边界和主要风险,几乎没有什么开发工作。

2. 细化阶段这个阶段主要是确定需求,可以采用快速原型模型开发,和客户对需求反复确认,需要辅助一定量的开发和测试工作。对代码质量可以要求比较低,重点是确认需求。可能需要一个或多个版本迭代。

3. 构造阶段在需求确认清楚后,现在可以使用迭代模型来开发,逐步交付产品。这个阶段的重点是开发和测试。如果迭代中,有新的需求加入或者需求变更,也可以在新的迭代中加入。

4. 交付阶段在开发和测试完成后,产品可以交付客户,根据线上运行情况还需要修复一些 Bug。这个阶段重点是测试和部署。也会有多个迭代。

 

场景五:我的产品已经上线,但是需要持续更新维护

很多产品在上线后,还在保持不停的更新维护,修复 Bug、增加新功能,每个月甚至每周更新。

在这种情况下,迭代模型是比较合适的。固定时间周期,在固定的周期内选择适合的需求开发任务和 Bug 修复任务去完成,按时发布。

另外还可以尝试敏捷开发,也是基于迭代的开发模型,它也强调快速交付,每次交付系统的部分功能,来保证客户满意度。

在敏捷开发中,系统交付的周期称之为冲刺(Sprint)。严格来说,敏捷开发并不算是一种开发模型,更像是框架或指南。有各种开发模型来实现敏捷开发,比如说极限编程(Extreme programming),看板(Kanban)和 Scrum。有关敏捷开发,我将在下一篇中向你详细讲解。

 

 

总结

稳定、可靠、一步到位的瀑布模型,不太适用于违约风险大、需求不明确、快速见效的场景。

快速原型模型:不见兔子不撒鹰。期初不考虑质量、架构,用最快的速度见效,并向用户确认需求。经过几轮直观、快速的反馈,把需求确定下来。接下来,既可以抛弃原型用瀑布精密重构,也可以在模型基础上完善。优点是快速有效的确认需求。不足难以有效应对后续的需求变更。

增量模型:分而治之。将大系统横向拆分成相对独立的若干小模块,每个模块采用瀑布模式分批次交付。优点是较快见到成果,且能够及时了解项目进展。不足是存在需求明确、系统可拆分、交付可分批等适用条件。

迭代模型:罗马不是一天建成。把软件项目纵向划分成若干阶段,从核心功能入手,逐渐深化、细化,直到满足用户的全部需求。每个阶段都是一个瀑布,都要在前一阶段成果基础上加工、打磨。优点是快速满足基本需要,并体会软件演进的快感。不足是需求演化具有不确定性,会导致代码冗余、系统重构风险、项目周期不可控。

我做甲方管过不少外包项目,大V模型再熟悉不过了。整个过程冗长繁琐,走流程比建软件更累心。而且等项目结束的时候,需求早就变得面目全非了。乙方只能硬着头皮做,不然连业绩都没有,真是血本无归。在增量或迭代模型的每次交付后都做一次风险评估,演进为螺旋模型,可以及时止损。

发表评论

发表评论