软件架构设计系列之二（软件开发模型）

软件架构设计系列包括软件生命周期、软件开发模型、软件开发方法、基于架构的软件开发、软件架构设计（软件架构设计原则、软件架构质量属性、软件架构风格、软件架构设计、软件架构文档化、软件架构评估）等。本文为系列之二——软件开发模型。

软件开发模型

随着信息技术的快速发展，软件的复杂度不断提高，软件系统已经变得非常复杂，软件开发需要遵循一定的开发方法才能取得成功，这些模式化的软件开发方法称为软件开发模型。常用的软件开发模型有瀑布模型、演化模型、螺旋模型、喷泉模型、增量模型等。

【资料图】

瀑布模型：瀑布模型就如同瀑布一样，从一个特定的阶段流向下一个阶段。瀑布模型是最早的开发模型，也是最经典的软件开发模型，至今仍在软件开发中起到重要的作用。

瀑布模型认为软件开发过程是一个阶段化的精确的过程。分为如下几个顺序的阶段：需求分析、总体设计、详细设计、编码、调试、集成测试和系统测试。

当软件需求明确、稳定时，可以采用瀑布模型按部就班地开发软件，当软件需求不明确或变动剧烈时，瀑布模型中往往要到测试阶段才会暴露出需求的缺陷，造成后期修改代价太大，难以控制开发的风险。

瀑布 V 模型：瀑布 V 模型是瀑布模型的一种变体。随着对瀑布模型的应用，人们发现，缺陷是无法避免的，任何一个阶段都会在软件中引入缺陷，而最后的测试也不能保证软件完全没有缺陷，只能争取在交付前发现更多的缺陷。测试成为软件开发中非常重要的环节，测试的质量直接影响到软件的质量。因此，人们对瀑布模型进行了小小的更改，提出了更强调测试的瀑布 V 模型。

整个瀑布模型在编码与调试阶段转了个弯，形成了一个对称的 V 字。瀑布 V 模型同标准瀑布模型一样，在进行完需求分析后就将进入总体设计阶段，但是除总体设计外，需求分析还有一条虚线指向系统测试。这指的是，需求分析的结果将作为系统测试的准则，即需求分析阶段也将产生同软件需求一致的系统测试；同时软件产品是否符合最初的需求将在系统测试阶段得到验证。以此类推，总体设计对应了集成测试，详细设计对应了单元测试。瀑布 V 模型不但保持了瀑布模型的阶段式文档驱动的特点，而且更强调了软件产品的验证工作。

虽然是经典的开发模型，但瀑布模型中仍存在一些难以克服的缺陷，即使是在改进的瀑布 V 模型中还是会存在。

首先，在瀑布模型中，需求分析阶段是一切活动的基础，设计、实现和验证活动都是从需求分析阶段的结果导出的。一旦需求分析的结果不完全正确，存在偏差，那么后续的活动只能放大这个偏差，在错误的道路上越走越远。事实上，由于用户和开发者的立场、经验、知识域都不相同，不同的人对同一件事物的表述也不同，这就造成需求分析的结果不可能精确、完整地描述整个软件系统。所以瀑布模型后期的维护工作相当繁重，而这些维护工作大多都是修正在需求分析阶段引入的缺陷。这个问题是瀑布模型难以克服的。

其次，瀑布模型难以适应变化。在瀑布模型中精确地定义了每一个阶段的活动和活动结果，而每一阶段都紧密依赖于上一阶段的结果。如果在软件的后期出现了需求的变化，整个系统又要从头开始。

再次，使用瀑布模型意味着当所有阶段都结束才能最终交付软件产品，所以在提出需求后需要相当长一段时间的等待才能够看到最终结果，才能发现软件产品究竟能不能够满足客户的需求。

最后，文档驱动型的瀑布模型除了制造出软件产品外还将产生一大堆的文档，大部分的文档对客户没有任何意义，但完成这些对客户没有意义的文档却需要花费大量的人力。所以瀑布模型也是一种重载过程。

演化模型：演化模型可以看做若干次瀑布模型的迭代，当完成一个瀑布模型后，重新进入下一个迭代周期，软件在这样的迭代过程中得以演化、完善。根据不同的迭代特点，演化模型可以演变为螺旋模型、增量模型和原型法开发。

螺旋模型：螺旋模型将瀑布模型和演化模型结合起来，不仅体现了两个模型的优点，而且还强调了其他模型均忽略了的风险分析。螺旋模型的每一周期都包括需求定义、风险分析、工程实现和评审 4 个阶段，由这 4 个阶段进行迭代，软件开发过程每迭代一次，软件开发就前进一个层次。

螺旋模型的基本做法是在“瀑布模型”的每一个开发阶段前，引入一个非常严格的风险识别、风险分析和风险控制。它把软件项目分解成一个个小项目，每个小项目都标识一个或多个主要风险，直到所有的主要风险因素都被确定。

螺旋模型强调风险分析，使得开发人员和用户对每个演化层出现的风险都有所了解，继而做出应有的反应。因此，螺旋模型特别适用于庞大而复杂、具有高风险的系统，对于这些系统，风险是软件开发潜在的、不可忽视的不利因素，它可能在不同程度上损害软件开发过程，影响软件产品的质量。减小软件风险的目标是在造成危害之前，及时对风险进行识别、分析，决定采取何种对策，进而消除或减少风险的损害。

与瀑布模型相比，螺旋模型支持用户需求的动态变化，为用户参与软件开发的所有关键决策提供了方便，有助于提高目标软件的适应能力，为项目管理人员及时调整管理决策提供了便利，从而降低了软件开发风险。

但是，不能说螺旋模型绝对比其他模型优越，事实上，螺旋模型也有其自身的缺点：

（1）采用螺旋模型，需要具有相当丰富的风险评估经验和专业知识。在风险较大的项目开发中，如果未能及时标识风险，势必会造成重大损失。

（2）过多的迭代次数会增加开发成本，延迟提交时间。

增量模型：演化模型的另一种形式是增量模型。在系统的技术架构成熟、风险较低的时候，可以采用增量的方式进行系统开发，这样可以提前进行集成测试和系统测试，缩短初始版本的发布周期，提高用户对系统的可见度。

对于增量模型，通常有两种策略。

一是增量发布的办法。即首先做好系统的分析和设计工作，然后将系统划分为若干不同的版本，每一个版本都是一个完整的系统，后一版本以前一版本为基础进行开发，扩充前一版本的功能。在这种策略中，第一版本往往是系统的核心功能，可以满足用户最基本的需求，随着增量的发布，系统的功能逐步地丰富、完善起来。用户在很短的时间内就可以得到系统的初始版本并进行试用。试用中的问题可以很快地反馈到后续开发中，从而降低了系统的风险。在应用增量模型中需要注意：

（1）每一个版本都是一个完整的版本。虽然最初的几个增量不能完全地实现用户需求，但这些版本都是完整的、可用的。

（2）版本间的增量要均匀，这一点是很重要的。不均匀的分配会降低增量发布的意义，需要重新调整。

二是原型法。同增量发布不同，原型法的每一次迭代都经过一个完整的生命周期。当用户需求很不明确或技术架构中存在很多不可知因素的时候，可以采用原型法。原型模型的第一步是建造一个快速原型，实现客户或未来的用户与系统的交互，用户或客户对原型进行评价，进一步细化待开发软件的需求。通过逐步调整原型使其满足客户的要求，开发人员可以确定客户的真正需求是什么；第二步则在第一步的基础上开发客户满意的软件产品。

显然，快速原型方法可以克服瀑布模型的缺点，减少由于软件需求不明确带来的开发风险，具有显著的效果。

快速原型的关键在于尽可能快速地建造出软件原型，一旦确定了客户的真正需求，所建造的原型将被丢弃。因此，原型系统的内部结构并不重要，重要的是必须迅速建立原型，随之迅速修改原型，以反映客户的需求。一般情况下，会在后面的开发中抛弃这个原型，重新实现完整的系统。

喷泉模型：也称面向对象的生存期模型, OO模型。喷泉模型与传统的结构化生存期比较，具有更多的增量和迭代性质，生存期的各个阶段可以相互重叠和多次反复，而且在项目的整个生存期中还可以嵌入子生存期。就像水喷上去又可以落下来，可以落在中间，也可以落在最底部。

评论：

软件开发模型是软件开发方法的总结。每个软件开发组织应该选择适合于该组织的软件开发模型，也可以结合项目或产品特性进行组合、裁剪或优化，以充分利用其软件开发模型的优点，减小模型缺点所带来的损失。在现代软件开发过程中，这些软件模型中的一种模型已经很难能完全匹配软件开发过程，软件开发模型也产生了更多的变种。例如业内常采用的外瀑布内敏捷（有人称为“信封法”）的开发方式，对外采用瀑布模型，对内采用敏捷开发来提高开发效率。互联网企业大量采用的DevOps方法，进行持续的开发、持续的测试、持续交付，快速传递产品价值。具体采用内中开发模型，应结合软件项目或产品的特性来决定。但无论采用哪种方式，软件开发模型在软件项目一开始就应明确下来。

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