探討軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型的發(fā)展論文
0引言
從第一個(gè)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型一“瀑布模型”的產(chǎn)生到現在，人們陸續推出了許多軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型11。這些軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型是如何產(chǎn)生和發(fā)展的？軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型還會(huì )發(fā)展嗎？軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型如何發(fā)展？研究這些問(wèn)題對于推動(dòng)軟件工程理論向前發(fā)展具有重要意義。下面對這些問(wèn)題進(jìn)行研討。
1對幾個(gè)典型的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型的分析
下面分析幾個(gè)典型的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型的產(chǎn)生情況，通過(guò)分析，既可以看到它們的內容又可以了解它們產(chǎn)生的原因。同時(shí)，也可以從整體上看到軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型發(fā)展的大致過(guò)程，在此基礎上思考軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型的產(chǎn)生和發(fā)展問(wèn)題。
1.1瀑布模型的產(chǎn)生情況
早期的軟件開(kāi)發(fā)活動(dòng)帶有明顯的個(gè)體化特征，非常不規范，隨意性很強，人們錯誤地認為軟件就是程序，對程序之外的數據和相關(guān)的文檔材料沒(méi)有給予重視，對編寫(xiě)程序之外的軟件開(kāi)發(fā)活動(dòng)(如需求分析、概要設計、詳細設計、軟件維護等等)沒(méi)有給予重視，結果出現了軟件危機。軟件危機的典型表現有:開(kāi)發(fā)成本急劇上升、開(kāi)發(fā)進(jìn)度一再拖延、軟件難以維護甚至無(wú)法維護、軟件質(zhì)量無(wú)法保證、開(kāi)發(fā)出的產(chǎn)品不能滿(mǎn)足用戶(hù)需要，等等。為了擺脫軟件危機，人們開(kāi)始研究軟件開(kāi)發(fā)方法，1968年提出“軟件工程”的概念，主要思路是將人類(lèi)從事各種工程項目積累起來(lái)的行之有效的原理和方法應用于軟件的開(kāi)發(fā)和維護活動(dòng)中。在這種情況下，1970年瀑布模型被推出。
計劃到開(kāi)發(fā)成功、交刪，再到廢棄不用，有一個(gè)完整的生命周期，稱(chēng)為軟件的生命周期。瀑布模型按照軟件的生命周期，將軟件過(guò)程分為:問(wèn)題定義、可行性研究、需求分析、概要設計、詳細設計、編碼、測試、維護等幾個(gè)階段。軟件開(kāi)發(fā)活動(dòng)按順序一個(gè)階段接著(zhù)一個(gè)階段地進(jìn)行，每個(gè)階段完成一項特定任務(wù)，每個(gè)階段的結果經(jīng)審查合格后方能進(jìn)入下一個(gè)階段。瀑布模型嚴格地規定了每個(gè)階段必須提交的文檔，強迫開(kāi)發(fā)人員采用規范的方法，要求每個(gè)階段提交的產(chǎn)品必須經(jīng)過(guò)專(zhuān)家的仔細驗證。這樣，軟件質(zhì)量得到了保證。由于各階段提交了規范的文檔，軟件維護變得容易一些。瀑布模型的成功在很大程度上是由于它是文檔驅動(dòng)的模型。
瀑布模型的推出，是人們?yōu)榱藬[脫軟件危機邁出的重要的一步。按照瀑布模型去進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)活動(dòng)，克服了開(kāi)發(fā)中的個(gè)體隨意性和不規范傾向，使軟件開(kāi)發(fā)有章可循，有效地遏制了日益蔓延的軟件危機。
1.2快速原型化模型的產(chǎn)生情況
按照瀑布模型開(kāi)發(fā)軟件，雖然很有效，但靈活性不強，因為瀑布模型是按階段順序來(lái)操作的，必須在前一階段的工作完成后才能進(jìn)行下一階段的工作。需求分析是一個(gè)重要的階段，由于在開(kāi)發(fā)早期用戶(hù)的需求往往是模糊的，或由于某些原因用戶(hù)的需求要發(fā)生變化，導致需求分析階段的工作無(wú)法結束，造成下一階段的概要設計工作無(wú)法進(jìn)行。這時(shí)如果繼續采用瀑布模型進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)活動(dòng)，顯然不妥，因此為了解決這類(lèi)軟件開(kāi)發(fā)問(wèn)題，必須構建新的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型。在這種情況下，快速原型化模型被推出。
人們認識未知的事物，往往按照“實(shí)踐、認識、再實(shí)踐、再認識，逐步完善”的規律去做，經(jīng)過(guò)反復多次的迭代式的實(shí)踐和認識過(guò)程，達到基本了解事物情況的目的�？焖僭突Ｐ桶凑者@個(gè)規律進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)活動(dòng)，首先快速建立一個(gè)能反映用戶(hù)主要需求的原型系統，請用戶(hù)在計算機上試用，通過(guò)試用，用戶(hù)提出修改意見(jiàn);開(kāi)發(fā)人員按照用戶(hù)意見(jiàn)快速地修改原型系統，然后再讓用戶(hù)試用;然后開(kāi)發(fā)人員按照用戶(hù)意見(jiàn)再去修改;如此反復多次，直到原型系統完全滿(mǎn)足用戶(hù)需求為止。
采用快速原型化模型進(jìn)行開(kāi)發(fā)活動(dòng)，有效地解決了用戶(hù)需求模糊不清和用戶(hù)需求不斷變化的問(wèn)題�？梢哉J為快速原型化模型是對瀑布模型的補充和完善，瀑布模型是用靜止的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看待軟件開(kāi)發(fā)活動(dòng)，將用戶(hù)需求看成是固定不變的，這樣實(shí)際上是將用戶(hù)需求簡(jiǎn)單化了，這種理想狀態(tài)實(shí)際很難找到�？焖僭突Ｐ褪菑淖兓挠^(guān)點(diǎn)來(lái)看待軟件開(kāi)發(fā)活動(dòng)，符合客觀(guān)型化模型的這種觀(guān)點(diǎn)。
1.3增量模型的產(chǎn)生情況
采用瀑布模型或采用快速原型化模型來(lái)開(kāi)發(fā)軟件時(shí)，是按照模型規定的開(kāi)發(fā)過(guò)程，完成各開(kāi)發(fā)環(huán)節的所有任務(wù)，得到一個(gè)完整的軟件，將其提交給用戶(hù)。面對軟件規模越來(lái)越大、軟件市場(chǎng)競爭越來(lái)越激烈、用戶(hù)要求越來(lái)越高的形勢，這樣開(kāi)發(fā)存在很多問(wèn)題。當你將一個(gè)大的完整產(chǎn)品提交給用戶(hù)后，用戶(hù)要花費很多時(shí)間來(lái)學(xué)習這個(gè)新產(chǎn)品，短時(shí)間內很難適應這個(gè)新產(chǎn)品，給工作中應用該產(chǎn)品帶來(lái)不便;這個(gè)產(chǎn)品完整提交后，用戶(hù)再去評價(jià)和提出修改意見(jiàn)就沒(méi)有意義了。這樣，使開(kāi)發(fā)風(fēng)險加大，使開(kāi)發(fā)時(shí)間增長(cháng)，使用戶(hù)滿(mǎn)意度降低。為了解決這個(gè)問(wèn)題，必須構建新的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型。在這種情況下，增量模型被推出。
人們解決大問(wèn)題時(shí)，往往是將大問(wèn)題分解為若干個(gè)小問(wèn)題，每個(gè)小問(wèn)題比較容易解決(其中有一個(gè)小問(wèn)題是核心的關(guān)鍵問(wèn)題）將這些小問(wèn)題分別給予解決(對于核心的關(guān)鍵問(wèn)題首先給予解決)，那么大問(wèn)題也就被解決了。一般來(lái)說(shuō)，分解出的每個(gè)小問(wèn)題具有相對獨立性，即每個(gè)小問(wèn)題與其它每個(gè)小問(wèn)題聯(lián)系不緊密，這樣，既可以一個(gè)接著(zhù)一個(gè)地順序去解決每個(gè)小問(wèn)題，也可以同時(shí)去解決多個(gè)小問(wèn)題。增量模型按照這樣的方法進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，將一個(gè)大的軟件分解為一系列較小的“增量”，每個(gè)增量分別進(jìn)行開(kāi)發(fā)，通常開(kāi)發(fā)的第一個(gè)增量是軟件的核心部分，實(shí)現軟件的基本需求。向用戶(hù)一個(gè)增量接著(zhù)一個(gè)增量地分批提交軟件產(chǎn)品。采用增量模型，用戶(hù)從拿到第一個(gè)增量時(shí)開(kāi)始，就可以學(xué)習和熟悉軟件，通過(guò)使用來(lái)評價(jià)軟件及提出修改意見(jiàn);開(kāi)發(fā)人員根據用戶(hù)對已經(jīng)提交的增量的反饋，可以改進(jìn)軟件產(chǎn)品。這樣，提交所有增量后，軟件產(chǎn)品就達到比較完善的程度，也提高了用戶(hù)滿(mǎn)意度。
1.4螺旋模型的產(chǎn)生情況
軟件開(kāi)發(fā)從始到終都存在著(zhù)風(fēng)險，項目規模越大、軟件越復雜，開(kāi)發(fā)該項目所冒的風(fēng)險就越大。并且風(fēng)險具有不確定性，可能發(fā)生也可能不發(fā)生，但是一旦風(fēng)險變?yōu)楝F實(shí)，就會(huì )造成損失，甚至產(chǎn)生惡性后果。因此，如何識別風(fēng)險、預測風(fēng)險、駕馭風(fēng)險，將風(fēng)險可能造成的危害消除或減少，是軟件開(kāi)發(fā)中必須要考慮的問(wèn)題。但是在螺旋模型之前所提出的各種軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型，都沒(méi)有強調“風(fēng)險分析”。在這種情況下，螺旋模型被推出。
其實(shí)人們做任何事情之前，都要考慮風(fēng)險。如果存在風(fēng)險，那么一定要想辦法去消除，否則成功希望渺茫。螺旋模型是在結合瀑布模型和快速原型化模型的發(fā)框架上，帶有瀑布模型的系統性、順序性和“邊開(kāi)發(fā)，邊評審”的特點(diǎn)。螺旋模型也是一種迭代模型，每一次迭代均可采用快速原型化模型方法，每一次迭代均作風(fēng)險分析。螺旋模型由若干個(gè)螺旋周期組成，每一周期都包括需求定義、風(fēng)險分析、工程實(shí)現和評審四個(gè)階段，當項目按順時(shí)針?lè )较蜓芈菪�(xiàn)移動(dòng)時(shí)，每迭代一次，螺旋線(xiàn)就前進(jìn)一個(gè)周期，軟件開(kāi)發(fā)又前進(jìn)一個(gè)層次，系統又生成一個(gè)新版本(即構造一個(gè)新的原型，這個(gè)新原型是在風(fēng)險被排除后得到的)，當迭代過(guò)程進(jìn)行到用戶(hù)允許或可接受的范圍時(shí)，迭代結束。
螺旋模型的推出，強化了人們的風(fēng)險意識。通過(guò)使用原型來(lái)降低風(fēng)險是一種行之有效的方法。螺旋模型集成了瀑布模型和快速原型化模型的優(yōu)點(diǎn)，又有自身的特點(diǎn)，是一個(gè)實(shí)用性很強的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型。
1.5構件組裝模型的產(chǎn)生情況
面向對象技術(shù)出現之前所提出的各種軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型，一般很少考慮“軟件構件”的重復使用問(wèn)題，即使編程時(shí)重復使用了一些庫函數，量也不大，并且粒度小。因此，軟件開(kāi)發(fā)的'任何一項工作基本是從頭開(kāi)始做，完整地做到尾。這樣開(kāi)發(fā)的缺點(diǎn)是成本高、時(shí)間長(cháng)，當然出錯的可能性也大。這里的“軟件構件”一般指源代碼，現在將需求規格說(shuō)明、用戶(hù)界面、軟件體系結構等等也作為“軟件構件”。人們考慮:如果在開(kāi)發(fā)新軟件時(shí)，能大量地重復使用已經(jīng)開(kāi)發(fā)過(guò)的軟件中的內容，開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本不就降低了嗎？又由于已經(jīng)開(kāi)發(fā)過(guò)的軟件經(jīng)過(guò)了嚴格的測試，重復使用這些內容在質(zhì)量上當然是有保證的。面向對象技術(shù)的出現，為這個(gè)想法開(kāi)辟了道路。在這種情況下，構件組裝模型被推出。
重復使用的思想早已在許多領(lǐng)域廣泛應用了，例如在工業(yè)生產(chǎn)中，重復使用各種零部件來(lái)組裝生產(chǎn)新產(chǎn)品。在軟件生產(chǎn)中，由于每個(gè)軟件與其它軟件都不同，在面向對象技術(shù)出現之前，重復使用難度比較大。面向對象技術(shù)將數據和操作該數據的算法封裝在一起，做成一個(gè)個(gè)的“類(lèi)”，將一個(gè)或多個(gè)相關(guān)“類(lèi)”組合成一個(gè)“軟件構件”，在某領(lǐng)域內使用過(guò)的所有“軟件構件”被放到一個(gè)“軟件構件庫”中，這樣為重復使用打下了基礎，構件組裝模型就是通過(guò)重復使用“軟件構件庫”中的軟件構件來(lái)進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。使用構件組裝模型開(kāi)發(fā)軟件時(shí)，根據被開(kāi)發(fā)軟件的目標和開(kāi)發(fā)方案，選取軟件構件庫中的軟件構件，組裝成一個(gè)完整的軟件版本。
構件組裝模型的推出，使前人的勞動(dòng)成果被有效地利用了起來(lái)。按此模型進(jìn)行開(kāi)發(fā)活動(dòng)，可以節省時(shí)現，使軟件開(kāi)發(fā)工作開(kāi)始進(jìn)入一個(gè)新時(shí)代。
1.6幾個(gè)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型產(chǎn)生情況小結
從以上分析幾個(gè)典型的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型的產(chǎn)生情況可以看出：軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型的出現，是人們?yōu)榱讼浖C、使軟件開(kāi)發(fā)活動(dòng)有序化和規范化、高效率地得到高質(zhì)量的軟件產(chǎn)品而不斷研究總結的結果，每一種新的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型的出現，都為當時(shí)軟件開(kāi)發(fā)遇到的某一類(lèi)問(wèn)題提供了解決方案，從而豐富了軟件工程的內容，推動(dòng)了軟件工程理論向前發(fā)展。
2.促使軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型發(fā)展的主要因素
現在已經(jīng)有了這么多的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型，軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型還會(huì )發(fā)展嗎？答案是肯定的。通過(guò)上面的分析過(guò)程和深入的思考，可以得出促使軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型發(fā)展的兩個(gè)主要因素：
第一，客觀(guān)世界的情況在變化，不斷出現新的問(wèn)題，需要用計算機處理。面對新情況和新問(wèn)題，原有的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型無(wú)法勝任，因此需要推出新的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型來(lái)處理新情況和新問(wèn)題�；仡欆浖_(kāi)發(fā)過(guò)程模型的變化和發(fā)展的歷史，許多軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型是為了處理新情況和新問(wèn)題而推出的。例如快速原型化模型是針對用戶(hù)需求不完整和用戶(hù)需求不斷變化的情況而推出的。例如螺旋模型是針對風(fēng)險控制問(wèn)題而推出的。例如文獻[5]所介紹的建立在面向Agent技術(shù)上的Gaia模型，是針對現有的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型在開(kāi)發(fā)復雜分布軟件系統時(shí)常常遇到困難而推出的。例如文獻[6]所介紹的一種基于A(yíng)gent的自適應軟件過(guò)程模型，是針對軟件過(guò)程所處的環(huán)境發(fā)生變化問(wèn)題而推出的。
第二，人們希望軟件開(kāi)發(fā)的效率更高、質(zhì)量更好、速度更快，因此人們不會(huì )滿(mǎn)足現狀，勢必要研究并推出新的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型。例如構件組裝模型的推出，就是人們不滿(mǎn)足現狀、遵循“重復使用”的思想所推出的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型。再如文獻[7]所介紹輕載（敏捷)軟件開(kāi)發(fā)方法中的XP模型(極限編程)，也是人們不滿(mǎn)足現狀，針對傳統模型存在的問(wèn)題，按照新的理念所推出的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型。以上兩個(gè)主要因素顯然會(huì )長(cháng)期存在，因此軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型必然還要發(fā)展。
3.軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型如何發(fā)展
既然還會(huì )有新的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型被推出，就是說(shuō)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型還要發(fā)展，因此人們要思考軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型如何發(fā)展這個(gè)問(wèn)題。根據對軟件開(kāi)發(fā)過(guò)間.降低成本，軟件質(zhì)量也有紙構件組裝模型的出程模型有關(guān)情況的分析研究，軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型可以
按以下三個(gè)方向去發(fā)展：
第一，可以通過(guò)對現有模型進(jìn)行改進(jìn)、擴充、綜合去發(fā)展。
結合新問(wèn)題的內容，針對現有模型存在的適用面窄、考慮問(wèn)題欠周到等情況，可以通過(guò)改進(jìn)和擴充某個(gè)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型的內容而得到一個(gè)新模型，或者通過(guò)綜合運用幾種軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型的內容而得到一個(gè)新模型。如文獻[8]介紹的一種新的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型，是在瀑布模型基礎上進(jìn)行改進(jìn)和擴充的結果。再如增量模型，是綜合運用瀑布模型和快速原型化模型的結果。再如文獻[9]介紹的一種新的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型，是綜合運用瀑布模型和構件組裝模型的結果。再如文獻[10]介紹的一種新的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型，是綜合運用構件組裝模型和并行過(guò)程模型的結果。
第二，軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型可以遵循新的思維方式去發(fā)展。
現有的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型，每一個(gè)都體現出各自不同的思維方式，例如瀑布模型是所有采用線(xiàn)性思維方式模型的典型代表，快速原型化模型是所有采用反復循環(huán)迭代思維方式模型的典型代表。遵循新的思維方式去發(fā)展，就是說(shuō)，新建立的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型應該是新的思維方式的體現，即按照新的想法去組織軟件開(kāi)發(fā)活動(dòng)。例如XP模型(極限編程）就是按照新的思維方式去發(fā)展起來(lái)的。從Agent具有自主性、反應性、社會(huì )性等角度看，各種面向Agent的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型都是按照新的思維方式發(fā)展起來(lái)的。
第三，軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型可以借助新技術(shù)和新工具去發(fā)展。
任何軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型都是建立在一定的技術(shù)和工具基礎之上，技術(shù)和工具的進(jìn)步對軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型的影響是巨大的，當新技術(shù)和新工具出現后，傳統的開(kāi)發(fā)方式勢必要被改變，所以說(shuō)新技術(shù)和新工具會(huì )推動(dòng)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型更新發(fā)展。如構件組裝模型、基于體系結構的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型，就是在面向對象技術(shù)基礎上發(fā)展起來(lái)的。再如RUP[12]模型，就是在UML這個(gè)開(kāi)發(fā)工具基礎上發(fā)展起來(lái)的。
4 結束語(yǔ)
軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型的出現不是偶然的,它是軟件開(kāi)發(fā)活動(dòng)到達一定程度后的必然結果。軟件開(kāi)發(fā)活動(dòng)的多樣性,決定了軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型在形式上的多樣性。每一個(gè)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型都有不同于其它模型的特點(diǎn),這個(gè)特點(diǎn)體現了需要被解決的某一類(lèi)問(wèn)題所具有的特殊性。人的思維在發(fā)展，開(kāi)發(fā)技術(shù)和工具在發(fā)展，推動(dòng)著(zhù)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型更新發(fā)展。在目前的基礎上，研究軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型的發(fā)展問(wèn)題，對于提高軟件開(kāi)發(fā)的質(zhì)量和效率具有重要的意義。
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