軟件工程思惟到底有多重要

最近聽音頻學習，聽到一篇有關軟件工程思惟的文章，挺想分享給你們，以做討論。
下文轉載自 「獲得 APP」 萬維鋼精英日課第三季：《計算機思惟 4：工程的複雜》。

這一講咱們要說一個特別厲害的技能，叫作「軟件工程」。以我之見，軟件工程，能夠說是工程管理和綜合治理手段的極限。我但願你能從這一講體會一下如何治理最複雜的系統。

可能你是一個產品經理，主導開發過一款APP。可能你是個企業家，管理一個幾萬人的大工廠。可能你是個土木工程師，設計過一座跨海大橋。你很是厲害，我們中國有不少這樣的厲害人物。中國是手機 APP 開發大國，中國有不少超大型企業，中國有全世界最長的跨海大橋 ——但是爲何中國就沒有屬於本身的計算機操做系統呢？爲啥國產芯片不行呢？

由於那些事兒，跟現代軟件工程相比，還只能算是簡單的事兒。

程序員、CEO、計算機科學家，若是是拍一個超級英雄電影的話，這些人均可以是前臺的英雄人物。可是躲在幕後操縱世界的，則將是一位、或者幾位，軟件工程大師。有句話叫「在計算機科學裏，軟件工程這一部分，對計算機科學家來講太難了。」

不瞭解軟件工程，你就不知道什麼叫「大」，什麼叫「複雜」。

1.小和大

編程是個很是適合自學成才的項目。不少人不是科班出身，自學編程技術，也容易找到一個程序員的職位，甚至還能夠本身開發一個小軟件。

但僅限於小軟件。好比你能夠本身寫一個電子郵件客戶端程序，或者寫一個視頻編輯工具。但是若是要開發一個超大型軟件，其中涉及到的學問，可就不是自學所能達到的了，那是須要在重大項目的實踐中去領悟和提升的。自學也許可讓你成爲一個優秀的俠客，而偉大的將帥，則只能用千萬士兵的鮮血鑄就。

這裏面的關鍵是一個尺度問題。大，是不同的 [1]。

計算機剛剛出來的時候，程序員都是身上有修士氣質的手藝人。編程者常常是孤獨的，能說天書同樣的語言，想法高深莫測，寫出來的代碼彷彿有一種暴力美學，他們的眼睛跟顯示器一塊兒在黑暗中閃閃發光。編程，是一項神祕的技能。

那時候的程序都是徹底自由的 —— 計算機很貴，而程序不要錢。程序員們就好像十九世紀的藝術家同樣，偶爾弄個俱樂部或者小做坊，彼此欣賞。

不過這個藝術時代並無持續多長時間，程序員們很快就陷入了極度的悲觀情緒之中。由於……錯誤。

寫代碼太容易出錯了！代碼越寫越長，出錯的頻率不成比例地增長。可能你今天費了很大力氣好不容易運行經過了，過了幾天、遇到一個沒想到的狀況，發現還有一個隱藏的錯誤。有個程序員甚至說，他意識到，也許他的餘生，都要在糾正本身的錯誤中度過……

程序員們終於明白，他們須要工程師思惟。

咱們以前講了一些計算機科學的思惟，而工程師思惟和科學家思惟至少有三個重大區別。

第一，科學家是尋找事物的規律，而工程師是去設計一個東西。科學家只要以爲這個規律有意思就能夠發表，而工程師得負責任。他得確保這個東西不但要有用，並且還得安全不出事，還得考慮成本，講究可行性，讓人用得上還用得起才行。

第二是對知識的態度。科學家面對知識，是把本身當成一個沒有利益攸關的旁觀者，感受看懂了、能總結出規律就行。而工程師，則是參與者。他不能僅僅「懂」這個知識，他是要拿來用的。

第三是對模型的使用。科學家喜歡簡化的模型，能抓住實質就行 —— 愛因斯坦有句名言說「什麼東西都要越簡單越好，要簡單到不能再簡單爲止」。而工程師必須考慮全部的細節，「魔鬼在細節中」是工程師的座右銘。

要把寫程序上升到工程的高度，跟之前那種興趣愛好式的編程可就徹底不一樣了。更進一步，軟件工程和傳統的工程也不同。

好比你要修個橋，工程過程當中哪裏犯個小錯誤，一般也就是小錯誤 —— 最多也就是讓大橋的質量降級。這座大橋總共有15個橋墩，其中第五個橋墩有個地方沒建好，這座橋大體上還能用。但軟件就不同了，程序中的一個小錯誤極可能就會致使整個系統的崩潰。

這是爲啥呢？由於軟件不但各處的關聯很是密集，並且是個「活」的東西。好比發射火箭，軟件是要控制火箭作動做的！哪一個動做不對，火箭當即失控。

因此軟件不可是個工程，並且比傳統工程可貴多。那怎麼應對這種複雜呢？

2.小思惟

早期的軟件開發者想出了不少工程化的辦法，起到了必定的效果。好比之前都是用匯編語言，後來發明了高級編程語言，程序員就不容易出錯……固然，這時候也不須要程序員個個都有修士的氣質了。

最重要的一個方法，是把經常使用、好用的代碼封裝起來，重複使用。若是這段代碼老是被用到，已經被你們測試過不少次了，證實沒有毛病，那就不要再改來改去搞定製了，咱們應該把它封裝成一個「庫函數」。庫函數具備標準化的輸入和輸出，程序員下次再用的時候只須要照顧好輸入輸出，而沒必要關心函數內部是什麼情形 —— 這就能大大下降出錯的機率和提升編程的效率。

封裝這個思想能夠用在軟件的各個方面。數據結構、面向對象的編程、文件系統，這些都是封裝和分層。這一層的編程不用考慮底下一層的邏輯。

操做系統的內核也是一個相似的智慧。操做系統把最經常使用的操做計算機的動做，都事先在內核中預備好，而內核通過千錘百煉，不容易出錯。等到別人寫應用軟件的時候，用到相關的動做，就只要調用內核就行，而沒必要本身直接操做計算機。這就至關於把專業的事兒交給專業的人，也就不那麼容易出錯了。

全部這些思想都要求對軟件開發有個宏觀的設計，而不僅是吭哧吭哧寫代碼。而後你還得考慮多我的一塊兒開發一個軟件的情形，好比最起碼得有個版本控制之類。

到這一步，軟件業纔算正式成了一個行業。在上世紀五十年代，就已經有公司專門開發軟件賣錢。

……惋惜這些還遠遠不夠。

軟件業從一開始就不是一個作事漂亮的行業。項目老是再延期。好不容易交付了，軟件賣出去以後又老是被人發現各類毛病和錯誤。客戶不滿意，但是若是真要搞什麼售後服務，到現場去給人解決問題，那幾乎就是不可完成的任務……並且還有黑客攻擊、還有計算機病毒！

我很早之前聽過一個笑話，說一個軟件工程師嘲笑一個汽車工程師，說「若是汽車行業像計算機行業同樣發展，如今汽車應該一毛錢一輛。」可是汽車工程師不覺得然，說「但是誰會要一輛動不動就拋錨的汽車呢？」

而早期的軟件公司，對此只有兩個不是辦法的辦法。一個辦法是儘可能去找那些經驗豐富、頭腦聰明的高水平程序員……一個辦法是銷售軟件的時候乾脆附帶一個免責聲明：若是由於這個軟件的毛病給您形成了損失，咱們概不負責。

社會對計算機的美好幻想被打破了，軟件行業陷入了危機。

3.大思惟

軟件工程的問題不是你每一年能培養多少高水平程序員的問題，而是複雜性問題。

小軟件和大軟件的根本區別在於尺度。之前一個小軟件只有幾千行代碼，如今一個大軟件要有幾百萬行代碼。之前的軟件是給一我的用，如今是多個用戶共同使用一個軟件。更重要的一點是，之前的軟件是一我的或者幾我的開發的，如今則是大型團隊一塊兒開發。

計算機思想家弗瑞德里克·布魯克斯（Fred Brooks），曾經在上世紀六十年代末率領IBM公司300人的團隊開發操做系統。他作完這件事以後頗有感觸，爲此專門寫了一本書，叫《人月神話》[2]。

布魯克斯提出兩個感慨。

第一個感慨是，1我的幹12個月的活，絕對不是12我的在1個月內能幹完的。項目用的程序員越多，平均每一個人出活的速度就越慢。因此你規劃項目的時候不要算什麼「人月」。

第二個感慨是，你這個團隊作出來的軟件的結構，每每和你這個團隊的人員組織管理結構高度類似。因此軟件工程不但要管項目，還要管人。

布魯克斯這本書出來，人們才充分認識到軟件工程的難度。現代軟件工程要求，軟件產品必須達到下面這五個目標，稱之爲「DRUSS」 ——

• Dependable，可信賴，讓顧客真能期望上你這個軟件；
• Reliable，得可靠，不能總出毛病；
• Usable，軟件是給人用的，得讓人可以上手；
• Safe，用的時候不能出安全事故；
• Secure，它得不容易被黑客攻擊才行。

現代主流操做系統，包括 Windows, Mac 和 Linux，各自都有接近一億行代碼，並且大體實現了這五個方面的要求。而即使是這三個能夠說是最成熟的軟件系統，其中仍然還有大量的毛病。

那怎麼才能得到這種大型軟件工程的能力呢？咱們前面說的辦法都仍是小軟件思惟，剩下的，就只有一些經驗之談，而沒有什麼特別系統的行動指南了。

好比說，在系統安全方面，軟件開發的首要原則是默認不給用戶受權。若是非要受權用戶接觸一個什麼東西，就必須得有顯性的受權；每一個程序進程只能擁有最有限的受權，等等。軟件工程就是由這些原則、工做中遇到的規律、前輩傳下來的經驗組成的。

技術進步能解決必定的問題，好比更多的分層封裝，搞虛擬機，客戶端和服務器，高級編程語言，交互式開發環境，可視化的控制和數據流，更好的操做系統等等……可是技術解決不了全部的問題。

1987 年的時候，布魯克斯寫了一篇文章叫《沒有銀彈》[3]，又提出一個洞見：軟件工程的根本問題，是人的問題。主導軟件開發的這我的，必須得可以理解高度複雜的東西才行。

寫程序是永遠在更新的技術，軟件分爲不少層，會出現各類毛病，你得確保產品知足 DRUSS 五方面的要求，你得操不少的心……你得能駕馭複雜。

像這樣的人才，都是絕對的帥才。這就比如帶兵打仗，你不用說指揮十萬人打仗，你能把十萬人安全帶到戰場，不譁變、不鬧事、都能吃飽飯就不錯了。

布魯克斯有句名言是這麼說的 ——

「好的判斷來自經驗，而經驗來自壞的判斷。」（Good judgement comes from experience, and experience comes from bad judgement.）

正所謂一將功成萬骨枯，駕馭大型軟件工程的能力，只能經過大型軟件工程培養出來。

咱們前面講《生命視角》的時候說過，有些創新能力難複製 —— 由於它是長出來的。咱們中國有不少軟件開發者，可是咱們缺乏操做系統這種級別的大型軟件開發積累。咱們有幾代程序員試煉出來的庫函數嗎？咱們有 Windows 3.1，Windows 95 的種子嗎？咱們有前輩開發者總結出來的原則、規律和教訓嗎？咱們有本身的標準和規範嗎？軟件天天都在更新，但軟件工程的背後，是一棵經年累月長出來的大樹。

咱們這一講正好遇上最近美國要封鎖華爲公司，而華爲正在搞本身的手機操做系統。在軟件工程上另起爐竈是一個幾乎不可想象的任務，可是若是真有那樣的機會，那就是如今。

我們倒要讓美國人看看，中國公司有沒有駕馭複雜的能力。

註釋：

[1] 精英日課第一季，《一個大尺度的話題》。

[2] Frederick Phillips "Fred" Brooks, Jr，1999 年圖靈獎得主。《人月神話》（The Mythical Man-Month: Essays on Software Engineering，1975）是軟件工程的名著。

[3] Frederick Brooks, No Silver Bullet – Essence and Accident in Software Engineering, 1987.