探討軟件開發(fā)過程模型的發(fā)展論文
0引言
從第一個(gè)軟件開發(fā)過程模型一“瀑布模型”的產(chǎn)生到現(xiàn)在，人們陸續(xù)推出了許多軟件開發(fā)過程模型11。這些軟件開發(fā)過程模型是如何產(chǎn)生和發(fā)展的？軟件開發(fā)過程模型還會(huì)發(fā)展嗎？軟件開發(fā)過程模型如何發(fā)展？研究這些問題對(duì)于推動(dòng)軟件工程理論向前發(fā)展具有重要意義。下面對(duì)這些問題進(jìn)行研討。
1對(duì)幾個(gè)典型的軟件開發(fā)過程模型的分析
下面分析幾個(gè)典型的軟件開發(fā)過程模型的產(chǎn)生情況，通過分析，既可以看到它們的內(nèi)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發(fā)過程模型發(fā)展的大致過程，在此基礎(chǔ)上思考軟件開發(fā)過程模型的產(chǎn)生和發(fā)展問題。
1.1瀑布模型的產(chǎn)生情況
早期的軟件開發(fā)活動(dòng)帶有明顯的個(gè)體化特征，非常不規(guī)范，隨意性很強(qiáng)，人們錯(cuò)誤地認(rèn)為軟件就是程序，對(duì)程序之外的數(shù)據(jù)和相關(guān)的文檔材料沒有給予重視，對(duì)編寫程序之外的軟件開發(fā)活動(dòng)(如需求分析、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、軟件維護(hù)等等)沒有給予重視，結(jié)果出現(xiàn)了軟件危機(jī)。軟件危機(jī)的典型表現(xiàn)有:開發(fā)成本急劇上升、開發(fā)進(jìn)度一再拖延、軟件難以維護(hù)甚至無法維護(hù)、軟件質(zhì)量無法保證、開發(fā)出的產(chǎn)品不能滿足用戶需要，等等。為了擺脫軟件危機(jī)，人們開始研究軟件開發(fā)方法，1968年提出“軟件工程”的概念，主要思路是將人類從事各種工程項(xiàng)目積累起來的行之有效的原理和方法應(yīng)用于軟件的開發(fā)和維護(hù)活動(dòng)中。在這種情況下，1970年瀑布模型被推出。
計(jì)劃到開發(fā)成功、交刪，再到廢棄不用，有一個(gè)完整的生命周期，稱為軟件的生命周期。瀑布模型按照軟件的生命周期，將軟件過程分為:問題定義、可行性研究、需求分析、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試、維護(hù)等幾個(gè)階段。軟件開發(fā)活動(dòng)按順序一個(gè)階段接著一個(gè)階段地進(jìn)行，每個(gè)階段完成一項(xiàng)特定任務(wù)，每個(gè)階段的結(jié)果經(jīng)審查合格后方能進(jìn)入下一個(gè)階段。瀑布模型嚴(yán)格地規(guī)定了每個(gè)階段必須提交的文檔，強(qiáng)迫開發(fā)人員采用規(guī)范的方法，要求每個(gè)階段提交的產(chǎn)品必須經(jīng)過專家的仔細(xì)驗(yàn)證。這樣，軟件質(zhì)量得到了保證。由于各階段提交了規(guī)范的文檔，軟件維護(hù)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(qū)動(dòng)的模型。
瀑布模型的推出，是人們?yōu)榱藬[脫軟件危機(jī)邁出的重要的一步。按照瀑布模型去進(jìn)行軟件開發(fā)活動(dòng)，克服了開發(fā)中的個(gè)體隨意性和不規(guī)范傾向，使軟件開發(fā)有章可循，有效地遏制了日益蔓延的軟件危機(jī)。
1.2快速原型化模型的產(chǎn)生情況
按照瀑布模型開發(fā)軟件，雖然很有效，但靈活性不強(qiáng)，因?yàn)槠俨寄Ｐ褪前措A段順序來操作的，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，由于在開發(fā)早期用戶的需求往往是模糊的，或由于某些原因用戶的需求要發(fā)生變化，導(dǎo)致需求分析階段的工作無法結(jié)束，造成下一階段的概要設(shè)計(jì)工作無法進(jìn)行。這時(shí)如果繼續(xù)采用瀑布模型進(jìn)行軟件開發(fā)活動(dòng)，顯然不妥，因此為了解決這類軟件開發(fā)問題，必須構(gòu)建新的軟件開發(fā)過程模型。在這種情況下，快速原型化模型被推出。
人們認(rèn)識(shí)未知的事物，往往按照“實(shí)踐、認(rèn)識(shí)、再實(shí)踐、再認(rèn)識(shí)，逐步完善”的規(guī)律去做，經(jīng)過反復(fù)多次的迭代式的實(shí)踐和認(rèn)識(shí)過程，達(dá)到基本了解事物情況的目的。快速原型化模型按照這個(gè)規(guī)律進(jìn)行軟件開發(fā)活動(dòng)，首先快速建立一個(gè)能反映用戶主要需求的原型系統(tǒng)，請(qǐng)用戶在計(jì)算機(jī)上試用，通過試用，用戶提出修改意見;開發(fā)人員按照用戶意見快速地修改原型系統(tǒng)，然后再讓用戶試用;然后開發(fā)人員按照用戶意見再去修改;如此反復(fù)多次，直到原型系統(tǒng)完全滿足用戶需求為止。
采用快速原型化模型進(jìn)行開發(fā)活動(dòng)，有效地解決了用戶需求模糊不清和用戶需求不斷變化的問題。可以認(rèn)為快速原型化模型是對(duì)瀑布模型的補(bǔ)充和完善，瀑布模型是用靜止的觀點(diǎn)來看待軟件開發(fā)活動(dòng)，將用戶需求看成是固定不變的，這樣實(shí)際上是將用戶需求簡(jiǎn)單化了，這種理想狀態(tài)實(shí)際很難找到。快速原型化模型是從變化的觀點(diǎn)來看待軟件開發(fā)活動(dòng)，符合客觀型化模型的這種觀點(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開發(fā)軟件時(shí)，是按照模型規(guī)定的開發(fā)過程，完成各開發(fā)環(huán)節(jié)的所有任務(wù)，得到一個(gè)完整的軟件，將其提交給用戶。面對(duì)軟件規(guī)模越來越大、軟件市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈、用戶要求越來越高的形勢(shì)，這樣開發(fā)存在很多問題。當(dāng)你將一個(gè)大的完整產(chǎn)品提交給用戶后，用戶要花費(fèi)很多時(shí)間來學(xué)習(xí)這個(gè)新產(chǎn)品，短時(shí)間內(nèi)很難適應(yīng)這個(gè)新產(chǎn)品，給工作中應(yīng)用該產(chǎn)品帶來不便;這個(gè)產(chǎn)品完整提交后，用戶再去評(píng)價(jià)和提出修改意見就沒有意義了。這樣，使開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)加大，使開發(fā)時(shí)間增長(zhǎng)，使用戶滿意度降低。為了解決這個(gè)問題，必須構(gòu)建新的軟件開發(fā)過程模型。在這種情況下，增量模型被推出。
人們解決大問題時(shí)，往往是將大問題分解為若干個(gè)小問題，每個(gè)小問題比較容易解決(其中有一個(gè)小問題是核心的關(guān)鍵問題）將這些小問題分別給予解決(對(duì)于核心的關(guān)鍵問題首先給予解決)，那么大問題也就被解決了。一般來說，分解出的每個(gè)小問題具有相對(duì)獨(dú)立性，即每個(gè)小問題與其它每個(gè)小問題聯(lián)系不緊密，這樣，既可以一個(gè)接著一個(gè)地順序去解決每個(gè)小問題，也可以同時(shí)去解決多個(gè)小問題。增量模型按照這樣的方法進(jìn)行軟件開發(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)行開發(fā)，通常開發(fā)的第一個(gè)增量是軟件的核心部分，實(shí)現(xiàn)軟件的基本需求。向用戶一個(gè)增量接著一個(gè)增量地分批提交軟件產(chǎn)品。采用增量模型，用戶從拿到第一個(gè)增量時(shí)開始，就可以學(xué)習(xí)和熟悉軟件，通過使用來評(píng)價(jià)軟件及提出修改意見;開發(fā)人員根據(jù)用戶對(duì)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(dá)到比較完善的程度，也提高了用戶滿意度。
1.4螺旋模型的產(chǎn)生情況
軟件開發(fā)從始到終都存在著風(fēng)險(xiǎn)，項(xiàng)目規(guī)模越大、軟件越復(fù)雜，開發(fā)該項(xiàng)目所冒的風(fēng)險(xiǎn)就越大。并且風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，就會(huì)造成損失，甚至產(chǎn)生惡性后果。因此，如何識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)、預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)、駕馭風(fēng)險(xiǎn)，將風(fēng)險(xiǎn)可能造成的危害消除或減少，是軟件開發(fā)中必須要考慮的問題。但是在螺旋模型之前所提出的各種軟件開發(fā)過程模型，都沒有強(qiáng)調(diào)“風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)。如果存在風(fēng)險(xiǎn)，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(jié)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(tǒng)性、順序性和“邊開發(fā)，邊評(píng)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(xiǎn)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(xiǎn)分析、工程實(shí)現(xiàn)和評(píng)審四個(gè)階段，當(dāng)項(xiàng)目按順時(shí)針方向沿螺旋線移動(dòng)時(shí)，每迭代一次，螺旋線就前進(jìn)一個(gè)周期，軟件開發(fā)又前進(jìn)一個(gè)層次，系統(tǒng)又生成一個(gè)新版本(即構(gòu)造一個(gè)新的原型，這個(gè)新原型是在風(fēng)險(xiǎn)被排除后得到的)，當(dāng)?shù)^程進(jìn)行到用戶允許或可接受的范圍時(shí)，迭代結(jié)束。
螺旋模型的推出，強(qiáng)化了人們的風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)。通過使用原型來降低風(fēng)險(xiǎn)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(qiáng)的軟件開發(fā)過程模型。
1.5構(gòu)件組裝模型的產(chǎn)生情況
面向?qū)ο蠹夹g(shù)出現(xiàn)之前所提出的各種軟件開發(fā)過程模型，一般很少考慮“軟件構(gòu)件”的重復(fù)使用問題，即使編程時(shí)重復(fù)使用了一些庫函數(shù)，量也不大，并且粒度小。因此，軟件開發(fā)的'任何一項(xiàng)工作基本是從頭開始做，完整地做到尾。這樣開發(fā)的缺點(diǎn)是成本高、時(shí)間長(zhǎng)，當(dāng)然出錯(cuò)的可能性也大。這里的“軟件構(gòu)件”一般指源代碼，現(xiàn)在將需求規(guī)格說明、用戶界面、軟件體系結(jié)構(gòu)等等也作為“軟件構(gòu)件”。人們考慮:如果在開發(fā)新軟件時(shí)，能大量地重復(fù)使用已經(jīng)開發(fā)過的軟件中的內(nèi)容，開發(fā)時(shí)間和成本不就降低了嗎？又由于已經(jīng)開發(fā)過的軟件經(jīng)過了嚴(yán)格的測(cè)試，重復(fù)使用這些內(nèi)容在質(zhì)量上當(dāng)然是有保證的。面向?qū)ο蠹夹g(shù)的出現(xiàn)，為這個(gè)想法開辟了道路。在這種情況下，構(gòu)件組裝模型被推出。
重復(fù)使用的思想早已在許多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用了，例如在工業(yè)生產(chǎn)中，重復(fù)使用各種零部件來組裝生產(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?qū)ο蠹夹g(shù)出現(xiàn)之前，重復(fù)使用難度比較大。面向?qū)ο蠹夹g(shù)將數(shù)據(jù)和操作該數(shù)據(jù)的算法封裝在一起，做成一個(gè)個(gè)的“類”，將一個(gè)或多個(gè)相關(guān)“類”組合成一個(gè)“軟件構(gòu)件”，在某領(lǐng)域內(nèi)使用過的所有“軟件構(gòu)件”被放到一個(gè)“軟件構(gòu)件庫”中，這樣為重復(fù)使用打下了基礎(chǔ)，構(gòu)件組裝模型就是通過重復(fù)使用“軟件構(gòu)件庫”中的軟件構(gòu)件來進(jìn)行軟件開發(fā)。使用構(gòu)件組裝模型開發(fā)軟件時(shí)，根據(jù)被開發(fā)軟件的目標(biāo)和開發(fā)方案，選取軟件構(gòu)件庫中的軟件構(gòu)件，組裝成一個(gè)完整的軟件版本。
構(gòu)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。按此模型進(jìn)行開發(fā)活動(dòng)，可以節(jié)省時(shí)現(xiàn)，使軟件開發(fā)工作開始進(jìn)入一個(gè)新時(shí)代。
1.6幾個(gè)軟件開發(fā)過程模型產(chǎn)生情況小結(jié)
從以上分析幾個(gè)典型的軟件開發(fā)過程模型的產(chǎn)生情況可以看出：軟件開發(fā)過程模型的出現(xiàn)，是人們?yōu)榱讼浖C(jī)、使軟件開發(fā)活動(dòng)有序化和規(guī)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(jié)的結(jié)果，每一種新的軟件開發(fā)過程模型的出現(xiàn)，都為當(dāng)時(shí)軟件開發(fā)遇到的某一類問題提供了解決方案，從而豐富了軟件工程的內(nèi)容，推動(dòng)了軟件工程理論向前發(fā)展。
2.促使軟件開發(fā)過程模型發(fā)展的主要因素
現(xiàn)在已經(jīng)有了這么多的軟件開發(fā)過程模型，軟件開發(fā)過程模型還會(huì)發(fā)展嗎？答案是肯定的。通過上面的分析過程和深入的思考，可以得出促使軟件開發(fā)過程模型發(fā)展的兩個(gè)主要因素：
第一，客觀世界的情況在變化，不斷出現(xiàn)新的問題，需要用計(jì)算機(jī)處理。面對(duì)新情況和新問題，原有的軟件開發(fā)過程模型無法勝任，因此需要推出新的軟件開發(fā)過程模型來處理新情況和新問題。回顧軟件開發(fā)過程模型的變化和發(fā)展的歷史，許多軟件開發(fā)過程模型是為了處理新情況和新問題而推出的。例如快速原型化模型是針對(duì)用戶需求不完整和用戶需求不斷變化的情況而推出的。例如螺旋模型是針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)控制問題而推出的。例如文獻(xiàn)[5]所介紹的建立在面向Agent技術(shù)上的Gaia模型，是針對(duì)現(xiàn)有的軟件開發(fā)過程模型在開發(fā)復(fù)雜分布軟件系統(tǒng)時(shí)常常遇到困難而推出的。例如文獻(xiàn)[6]所介紹的一種基于Agent的自適應(yīng)軟件過程模型，是針對(duì)軟件過程所處的環(huán)境發(fā)生變化問題而推出的。
第二，人們希望軟件開發(fā)的效率更高、質(zhì)量更好、速度更快，因此人們不會(huì)滿足現(xiàn)狀，勢(shì)必要研究并推出新的軟件開發(fā)過程模型。例如構(gòu)件組裝模型的推出，就是人們不滿足現(xiàn)狀、遵循“重復(fù)使用”的思想所推出的軟件開發(fā)過程模型。再如文獻(xiàn)[7]所介紹輕載（敏捷)軟件開發(fā)方法中的XP模型(極限編程)，也是人們不滿足現(xiàn)狀，針對(duì)傳統(tǒng)模型存在的問題，按照新的理念所推出的軟件開發(fā)過程模型。以上兩個(gè)主要因素顯然會(huì)長(zhǎng)期存在，因此軟件開發(fā)過程模型必然還要發(fā)展。
3.軟件開發(fā)過程模型如何發(fā)展
既然還會(huì)有新的軟件開發(fā)過程模型被推出，就是說軟件開發(fā)過程模型還要發(fā)展，因此人們要思考軟件開發(fā)過程模型如何發(fā)展這個(gè)問題。根據(jù)對(duì)軟件開發(fā)過間.降低成本，軟件質(zhì)量也有紙構(gòu)件組裝模型的出程模型有關(guān)情況的分析研究，軟件開發(fā)過程模型可以
按以下三個(gè)方向去發(fā)展：
第一，可以通過對(duì)現(xiàn)有模型進(jìn)行改進(jìn)、擴(kuò)充、綜合去發(fā)展。
結(jié)合新問題的內(nèi)容，針對(duì)現(xiàn)有模型存在的適用面窄、考慮問題欠周到等情況，可以通過改進(jìn)和擴(kuò)充某個(gè)軟件開發(fā)過程模型的內(nèi)容而得到一個(gè)新模型，或者通過綜合運(yùn)用幾種軟件開發(fā)過程模型的內(nèi)容而得到一個(gè)新模型。如文獻(xiàn)[8]介紹的一種新的軟件開發(fā)過程模型，是在瀑布模型基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和擴(kuò)充的結(jié)果。再如增量模型，是綜合運(yùn)用瀑布模型和快速原型化模型的結(jié)果。再如文獻(xiàn)[9]介紹的一種新的軟件開發(fā)過程模型，是綜合運(yùn)用瀑布模型和構(gòu)件組裝模型的結(jié)果。再如文獻(xiàn)[10]介紹的一種新的軟件開發(fā)過程模型，是綜合運(yùn)用構(gòu)件組裝模型和并行過程模型的結(jié)果。
第二，軟件開發(fā)過程模型可以遵循新的思維方式去發(fā)展。
現(xiàn)有的軟件開發(fā)過程模型，每一個(gè)都體現(xiàn)出各自不同的思維方式，例如瀑布模型是所有采用線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(fù)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，新建立的軟件開發(fā)過程模型應(yīng)該是新的思維方式的體現(xiàn)，即按照新的想法去組織軟件開發(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)展起來的。從Agent具有自主性、反應(yīng)性、社會(huì)性等角度看，各種面向Agent的軟件開發(fā)過程模型都是按照新的思維方式發(fā)展起來的。
第三，軟件開發(fā)過程模型可以借助新技術(shù)和新工具去發(fā)展。
任何軟件開發(fā)過程模型都是建立在一定的技術(shù)和工具基礎(chǔ)之上，技術(shù)和工具的進(jìn)步對(duì)軟件開發(fā)過程模型的影響是巨大的，當(dāng)新技術(shù)和新工具出現(xiàn)后，傳統(tǒng)的開發(fā)方式勢(shì)必要被改變，所以說新技術(shù)和新工具會(huì)推動(dòng)軟件開發(fā)過程模型更新發(fā)展。如構(gòu)件組裝模型、基于體系結(jié)構(gòu)的軟件開發(fā)過程模型，就是在面向?qū)ο蠹夹g(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。再如RUP[12]模型，就是在UML這個(gè)開發(fā)工具基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。
4 結(jié)束語
軟件開發(fā)過程模型的出現(xiàn)不是偶然的,它是軟件開發(fā)活動(dòng)到達(dá)一定程度后的必然結(jié)果。軟件開發(fā)活動(dòng)的多樣性,決定了軟件開發(fā)過程模型在形式上的多樣性。每一個(gè)軟件開發(fā)過程模型都有不同于其它模型的特點(diǎn),這個(gè)特點(diǎn)體現(xiàn)了需要被解決的某一類問題所具有的特殊性。人的思維在發(fā)展，開發(fā)技術(shù)和工具在發(fā)展，推動(dòng)著軟件開發(fā)過程模型更新發(fā)展。在目前的基礎(chǔ)上，研究軟件開發(fā)過程模型的發(fā)展問題，對(duì)于提高軟件開發(fā)的質(zhì)量和效率具有重要的意義。
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