幾種常見(jiàn)的軟件開(kāi)發(fā)模型分析

概述

軟件開(kāi)發(fā)模型(Software Development Model)是指軟件開(kāi)發(fā)全部過(guò)程、活動(dòng)和任務(wù)的結(jié)構(gòu)框架。軟件開(kāi)發(fā)包括需求、設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試和維護(hù)階段。

軟件開(kāi)發(fā)模型能清晰、直觀地表達(dá)軟件開(kāi)發(fā)全過(guò)程，明確規(guī)定了要完成的主要活動(dòng)和任務(wù)，用來(lái)作為軟件項(xiàng)目工作的基礎(chǔ)。對(duì)于不同的軟件系統(tǒng)，可以采用不同的開(kāi)發(fā)方法、使用不同的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言以及各種不同技能的人員參與工作、運(yùn)用不同的管理方法和手段等，以及允許采用不同的軟件工具和不同的軟件工程環(huán)境。

最早出現(xiàn)的軟件開(kāi)發(fā)模型是1970年W·Royce提出的瀑布模型。該模型給出了固定的順序，將生存期活動(dòng)從上一個(gè)階段向下一個(gè)階段逐級(jí)過(guò)渡，如同流水下瀉，最終得到所開(kāi)發(fā)的軟件產(chǎn)品，投入使用。但計(jì)算拓廣到統(tǒng)計(jì)分析、商業(yè)事務(wù)等領(lǐng)域時(shí)，大多數(shù)程序采用高級(jí)語(yǔ)言(如FORTRAN、COBOL等)編寫(xiě)。瀑布模式模型也存在著缺乏靈活性、無(wú)法通過(guò)并發(fā)活動(dòng)澄清本來(lái)不夠確切的需求等缺點(diǎn)。 常見(jiàn)的軟件開(kāi)發(fā)模型還有演化模型、螺旋模型、噴泉模型、智能模型等。

典型的開(kāi)發(fā)模型

1. ?邊做邊改模型（Build-and-Fix Model）；

2. ?瀑布模型（Waterfall Model）；

3. ?快速原型模型（Rapid Prototype Model）；

4. ?增量模型（Incremental Model）；

5. ?螺旋模型（Spiral Model）；

6. ?演化模型(incremental model)；

7. ?噴泉模型(fountain model)；

8. ?智能模型(四代技術(shù)（4GL）)；

9. ?混合模型（hybrid model）

1. ?邊做邊改模型（Build-and-Fix Model）

遺憾的是，許多產(chǎn)品都是使用"邊做邊改"模型來(lái)開(kāi)發(fā)的。在這種模型中，既沒(méi)有規(guī)格說(shuō)明，也沒(méi)有經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)，軟件隨著客戶的需要一次又一次地不斷被修改. 　　在這個(gè)模型中，開(kāi)發(fā)人員拿到項(xiàng)目立即根據(jù)需求編寫(xiě)程序，調(diào)試通過(guò)后生成軟件的第一個(gè)版本。在提供給用戶使用后，如果程序出現(xiàn)錯(cuò)誤，或者用戶提出新的要求，開(kāi)發(fā)人員重新修改代碼，直到用戶滿意為止。

這是一種類(lèi)似作坊的開(kāi)發(fā)方式，對(duì)編寫(xiě)幾百行的小程序來(lái)說(shuō)還不錯(cuò)，但這種方法對(duì)任何規(guī)模的開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)都是不能令人滿意的，其主要問(wèn)題在于：

（1）缺少規(guī)劃和設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，軟件的結(jié)構(gòu)隨著不斷的修改越來(lái)越糟，導(dǎo)致無(wú)法繼續(xù)修改；

（2）忽略需求環(huán)節(jié)，給軟件開(kāi)發(fā)帶來(lái)很大的風(fēng)險(xiǎn)；

（3） 沒(méi)有考慮測(cè)試和程序的可維護(hù)性，也沒(méi)有任何文檔，軟件的維護(hù)十分困難。

2. 瀑布模型（Waterfall Model）

1970年Winston Royce提出了著名的"瀑布模型"，直到80年代早期，它一直是唯一被廣泛采用的軟件開(kāi)發(fā)模型。

瀑布模型將軟件生命周期劃分為制定計(jì)劃、需求分析、軟件設(shè)計(jì)、程序編寫(xiě)、軟件測(cè)試和運(yùn)行維護(hù)等六個(gè)基本活動(dòng)，并且規(guī)定了它們自上而下、相互銜接的固定次序，如同瀑布流水，逐級(jí)下落。

在瀑布模型中，軟件開(kāi)發(fā)的各項(xiàng)活動(dòng)嚴(yán)格按照線性方式進(jìn)行，當(dāng)前活動(dòng)接受上一項(xiàng)活動(dòng)的工作結(jié)果，實(shí)施完成所需的工作內(nèi)容。當(dāng)前活動(dòng)的工作結(jié)果需要進(jìn)行驗(yàn)證，如果驗(yàn)證通過(guò)，則該結(jié)果作為下一項(xiàng)活動(dòng)的輸入，繼續(xù)進(jìn)行下一項(xiàng)活動(dòng)，否則返回修改。

瀑布模型強(qiáng)調(diào)文檔的作用，并要求每個(gè)階段都要仔細(xì)驗(yàn)證。但是，這種模型的線性過(guò)程太理想化，已不再適合現(xiàn)代的軟件開(kāi)發(fā)模式，幾乎被業(yè)界拋棄，其主要問(wèn)題在于：

（1）各個(gè)階段的劃分完全固定，階段之間產(chǎn)生大量的文檔，極大地增加了工作量；

（2）由于開(kāi)發(fā)模型是線性的，用戶只有等到整個(gè)過(guò)程的末期才能見(jiàn)到開(kāi)發(fā)成果，從而增加了開(kāi)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)；

（3） 早期的錯(cuò)誤可能要等到開(kāi)發(fā)后期的測(cè)試階段才能發(fā)現(xiàn)，進(jìn)而帶來(lái)嚴(yán)重的后果。

3. 快速原型模型（Rapid Prototype Model）

我們應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，"線性"是人們最容易掌握并能熟練應(yīng)用的思想方法。當(dāng)人們碰到一個(gè)復(fù)雜的"非線性"問(wèn)題時(shí)，總是千方百計(jì)地將其分解或轉(zhuǎn)化為一系列簡(jiǎn)單的線性問(wèn)題，然后逐個(gè)解決。一個(gè)軟件系統(tǒng)的整體可能是復(fù)雜的，而單個(gè)子程序總是簡(jiǎn)單的，可以用線性的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，否則干活就太累了。線性是一種簡(jiǎn)潔，簡(jiǎn)潔就是美。當(dāng)我們領(lǐng)會(huì)了線性的精神，就不要再呆板地套用線性模型的外表，而應(yīng)該用活它。例如增量模型實(shí)質(zhì)就是分段的線性模型，螺旋模型則是接連的彎曲了的線性模型，在其它模型中也能夠找到線性模型的影子。

快速原型模型的第一步是建造一個(gè)快速原型，實(shí)現(xiàn)客戶或未來(lái)的用戶與系統(tǒng)的交互，用戶或客戶對(duì)原型進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)一步細(xì)化待開(kāi)發(fā)軟件的需求。通過(guò)逐步調(diào)整原型使其滿足客戶的要求，開(kāi)發(fā)人員可以確定客戶的真正需求是什么；第二步則在第一步的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)客戶滿意的軟件產(chǎn)品。

顯然，快速原型方法可以克服瀑布模型的缺點(diǎn)，減少由于軟件需求不明確帶來(lái)的開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，具有顯著的效果。

快速原型的關(guān)鍵在于盡可能快速地建造出軟件原型，一旦確定了客戶的真正需求，所建造的原型將被丟棄。因此，原型系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并不重要，重要的是必須迅速建立原型，隨之迅速修改原型，以反映客戶的需求。

我司快速開(kāi)發(fā)原型產(chǎn)品：www.learun.cn/Home/VerificationForm.

4. 增量模型（Incremental Model）

與建造大廈相同，軟件也是一步一步建造起來(lái)的。在增量模型中，軟件被作為一系列的增量構(gòu)件來(lái)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、集成和測(cè)試，每一個(gè)構(gòu)件是由多種相互作用的模塊所形成的提供特定功能的代碼片段構(gòu)成。

增量模型在各個(gè)階段并不交付一個(gè)可運(yùn)行的完整產(chǎn)品，而是交付滿足客戶需求的一個(gè)子集的可運(yùn)行產(chǎn)品。整個(gè)產(chǎn)品被分解成若干個(gè)構(gòu)件，開(kāi)發(fā)人員逐個(gè)構(gòu)件地交付產(chǎn)品，這樣做的好處是軟件開(kāi)發(fā)可以較好地適應(yīng)變化，客戶可以不斷地看到所開(kāi)發(fā)的軟件，從而降低開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

但是，增量模型也存在以下缺陷：

（1）由于各個(gè)構(gòu)件是逐漸并入已有的軟件體系結(jié)構(gòu)中的，所以加入構(gòu)件必須不破壞已構(gòu)造好的系統(tǒng)部分，這需要軟件具備開(kāi)放式的體系結(jié)構(gòu)。

（2） 在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，需求的變化是不可避免的。增量模型的靈活性可以使其適應(yīng)這種變化的能力大大優(yōu)于瀑布模型和快速原型模型，但也很容易退化為邊做邊改模型，從而是軟件過(guò)程的控制失去整體性。

在使用增量模型時(shí)，第一個(gè)增量往往是實(shí)現(xiàn)基本需求的核心產(chǎn)品。核心產(chǎn)品交付用戶使用后，經(jīng)過(guò)評(píng)價(jià)形成下一個(gè)增量的開(kāi)發(fā)計(jì)劃，它包括對(duì)核心產(chǎn)品的修改和一些新功能的發(fā)布。這個(gè)過(guò)程在每個(gè)增量發(fā)布后不斷重復(fù)，直到產(chǎn)生最終的完善產(chǎn)品。

例如，使用增量模型開(kāi)發(fā)字處理軟件。可以考慮，第一個(gè)增量發(fā)布基本的文件管理、編輯和文檔生成功能，第二個(gè)增量發(fā)布更加完善的編輯和文檔生成功能，第三個(gè)增量實(shí)現(xiàn)拼寫(xiě)和文法檢查功能，第四個(gè)增量完成高級(jí)的頁(yè)面布局功能。

5. 螺旋模型（Spiral Model）

1988年，Barry Boehm正式發(fā)表了軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的"螺旋模型"，它將瀑布模型和快速原型模型結(jié)合起來(lái)，強(qiáng)調(diào)了其他模型所忽視的風(fēng)險(xiǎn)分析，特別適合于大型復(fù)雜的系統(tǒng)。

螺旋模型沿著螺線進(jìn)行若干次迭代，圖中的四個(gè)象限代表了以下活動(dòng)： 　?。?） 制定計(jì)劃：確定軟件目標(biāo)，選定實(shí)施方案，弄清項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的限制條件；

（2）風(fēng)險(xiǎn)分析：分析評(píng)估所選方案，考慮如何識(shí)別和消除風(fēng)險(xiǎn)；

（3） 實(shí)施工程：實(shí)施軟件開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證；

（4） 客戶評(píng)估：評(píng)價(jià)開(kāi)發(fā)工作，提出修正建議，制定下一步計(jì)劃。

螺旋模型由風(fēng)險(xiǎn)驅(qū)動(dòng)，強(qiáng)調(diào)可選方案和約束條件從而支持軟件的重用，有助于將軟件質(zhì)量作為特殊目標(biāo)融入產(chǎn)品開(kāi)發(fā)之中。但是，螺旋模型也有一定的限制條件，具體如下：

（1）螺旋模型強(qiáng)調(diào)風(fēng)險(xiǎn)分析，但要求許多客戶接受和相信這種分析，并做出相關(guān)反應(yīng)是不容易的，因此，這種模型往往適應(yīng)于內(nèi)部的大規(guī)模軟件開(kāi)發(fā)。

（2）如果執(zhí)行風(fēng)險(xiǎn)分析將大大影響項(xiàng)目的利潤(rùn)，那么進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析毫無(wú)意義，因此，螺旋模型只適合于大規(guī)模軟件項(xiàng)目。

（3）軟件開(kāi)發(fā)人員應(yīng)該擅長(zhǎng)尋找可能的風(fēng)險(xiǎn)，準(zhǔn)確地分析風(fēng)險(xiǎn)，否則將會(huì)帶來(lái)更大的風(fēng)險(xiǎn) 。

一個(gè)階段首先是確定該階段的目標(biāo)，完成這些目標(biāo)的選擇方案及其約束條件，然后從風(fēng)險(xiǎn)角度分析方案的開(kāi)發(fā)策略，努力排除各種潛在的風(fēng)險(xiǎn)，有時(shí)需要通過(guò)建造原型來(lái)完成。如果某些風(fēng)險(xiǎn)不能排除，該方案立即終止，否則啟動(dòng)下一個(gè)開(kāi)發(fā)步驟。最后，評(píng)價(jià)該階段的結(jié)果，并設(shè)計(jì)下一個(gè)階段。

6.演化模型(incremental model)

主要針對(duì)事先不能完整定義需求的軟件開(kāi)發(fā)。用戶可以給出待開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的核心需求，并且當(dāng)看到核心需求實(shí)現(xiàn)后，能夠有效地提出反饋，以支持系統(tǒng)的最終設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。軟件開(kāi)發(fā)人員根據(jù)用戶的需求，首先開(kāi)發(fā)核心系統(tǒng)。當(dāng)該核心系統(tǒng)投入運(yùn)行后，用戶試用之，完成他們的工作，并提出精化系統(tǒng)、增強(qiáng)系統(tǒng)能力的需求。軟件開(kāi)發(fā)人員根據(jù)用戶的反饋，實(shí)施開(kāi)發(fā)的迭代過(guò)程。第一迭代過(guò)程均由需求、設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試、集成等階段組成，為整個(gè)系統(tǒng)增加一個(gè)可定義的、可管理的子集。

在開(kāi)發(fā)模式上采取分批循環(huán)開(kāi)發(fā)的辦法，每循環(huán)開(kāi)發(fā)一部分的功能，它們成為這個(gè)產(chǎn)品的原型的新增功能。于是，設(shè)計(jì)就不斷地演化出新的系統(tǒng)。 實(shí)際上，這個(gè)模型可看作是重復(fù)執(zhí)行的多個(gè)“瀑布模型”。

“演化模型”要求開(kāi)發(fā)人員有能力把項(xiàng)目的產(chǎn)品需求分解為不同組，以便分批循環(huán)開(kāi)發(fā)。這種分組并不是絕對(duì)隨意性的，而是要根據(jù)功能的重要性及對(duì)總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的影響而作出判斷。有經(jīng)驗(yàn)指出，每個(gè)開(kāi)發(fā)循環(huán)以六周到八周為適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度。

7. 噴泉模型（fountain model, (面向?qū)ο蟮纳嫫谀Ｐ? OO模型)）

噴泉模型與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化生存期比較，具有更多的增量和迭代性質(zhì)，生存期的各個(gè)階段可以相互重疊和多次反復(fù)，而且在項(xiàng)目的整個(gè)生存期中還可以嵌入子生存期。就像水噴上去又可以落下來(lái)，可以落在中間，也可以落在最底部。

8.智能模型(四代技術(shù)（4GL）)

智能模型擁有一組工具（如數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表生成、數(shù)據(jù)處理、屏幕定義、代碼生成、高層圖形功能及電子表格等），每個(gè)工具都能使開(kāi)發(fā)人員在高層次上定義軟件的某些特性，并把開(kāi)發(fā)人員定義的這些軟件自動(dòng)地生成為源代碼。這種方法需要四代語(yǔ)言（4GL）的支持。4GL不同于三代語(yǔ)言，其主要特征是用戶界面極端友好，即使沒(méi)有受過(guò)訓(xùn)練的非專業(yè)程序員，也能用它編寫(xiě)程序；它是一種聲明式、交互式和非過(guò)程性編程語(yǔ)言。4GL還具有高效的程序代碼、智能缺省假設(shè)、完備的數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用程序生成器。目前市場(chǎng)上流行的4GL（如Foxpro等）都不同程度地具有上述特征。但4GL目前主要限于事務(wù)信息系統(tǒng)的中、小型應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。

9.混合模型（hybrid model）

過(guò)程開(kāi)發(fā)模型又叫混合模型（hybrid model），或元模型（meta-model）,把幾種不同模型組合成一種混合模型，它允許一個(gè)項(xiàng)目能沿著最有效的路徑發(fā)展，這就是過(guò)程開(kāi)發(fā)模型（或混合模型）。實(shí)際上，一些軟件開(kāi)發(fā)單位都是使用幾種不同的開(kāi)發(fā)方法組成他們自己的混合模型。

各種模型的比較

每個(gè)軟件開(kāi)發(fā)組織應(yīng)該選擇適合于該組織的軟件開(kāi)發(fā)模型，并且應(yīng)該隨著當(dāng)前正在開(kāi)發(fā)的特定產(chǎn)品特性而變化，以減小所選模型的缺點(diǎn)，充分利用其優(yōu)點(diǎn)。幾種常見(jiàn)模型的優(yōu)缺點(diǎn)：

瀑布模型：文檔驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)可能不滿足客戶的需求；

快速原型模型；關(guān)注滿足客戶需求，可能導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計(jì)差、效率低，難于維護(hù)；

增量模型：開(kāi)發(fā)早期反饋及時(shí)，易于維護(hù)，需要開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)，可能會(huì)設(shè)計(jì)差、效率低；　　

螺旋模型：風(fēng)險(xiǎn)驅(qū)動(dòng)，人員需要有經(jīng)驗(yàn)且經(jīng)過(guò)充分訓(xùn)練。

原文：windy