幾種常見軟件開發模型介紹

 

軟件開發模型 (Software Development Model) 是指軟件開發所有過程、活動和任務的結構框架。軟件開發包括需求、設計、編碼和測試等階段，有時也包括維護階段。

 

軟件開發模型能清晰、直觀地表達軟件開發全過程，明確規定了要完成的主要活動和任務，用來做爲軟件項目工做的基礎。對於不一樣的軟件系統，能夠採用不一樣的開發方法、使用不一樣的程序設計語言以及各類不一樣技能的人員參與工做、運用不一樣的管理方法和手段等，以及容許採用不一樣的軟件工具和不一樣的軟件工程環境。

 

最先出現的軟件開發模型是1970年W•Royce提出的 瀑布模型。該模型給出了固定的順序，將生存期活動從上一個階段向下一個階段逐級過渡，如同流水下瀉，最終獲得所開發的軟件產品，投入使用。但計算拓廣到統計分析、商業事務等領域時，大多數程序採用高級語言(如FORTRAN、COBOL等)編寫。瀑布模式模型也存在着缺少靈活性、沒法經過併發活動澄清原本不夠確切的需求等缺點。

 

典型的開發模型

1. 邊作邊改模型(Build-and-Fix Model)

遺憾的是，許多產品都是使用"邊作邊改"模型來開發的。在這種模型中，既沒有規格說明，也沒有通過設計，軟件隨着客戶的須要一次又一次地不斷被修改.

在這個模型中，開發人員拿到項目當即根據需求編寫程序，調試經過後生成軟件的第一個版本。在提供給用戶使用後，若是程序出現錯誤，或者用戶提出新的要求，開發人員從新修改代碼，直到用戶滿意爲止。

這是一種相似做坊的開發方式，對編寫幾百行的小程序來講還不錯，但這種方法對任何規模的開發來講都是不能使人滿意的，其主要問題在於：

(1) 缺乏規劃和設計環節，軟件的結構隨着不斷的修改愈來愈糟，致使沒法繼續修改；

(2) 忽略需求環節，給軟件開發帶來很大的風險；

(3) 沒有考慮測試和程序的可維護性，也沒有任何文檔，軟件的維護十分困難。

 

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，它一直是惟一被普遍採用的軟件開發模型。

瀑布模型將軟件生命週期劃分爲制定計劃、需求分析、軟件設計、程序編寫、軟件測試和運行維護等六個基本活動，而且規定了它們自上而下、相互銜接的固定次序，如同瀑布流水，逐級下落。

在瀑布模型中，軟件開發的各項活動嚴格按照線性方式進行，當前活動接受上一項活動的工做結果，實施完成所需的工做內容。當前活動的工做結果須要進行驗證，若是驗證經過，則該結果做爲下一項活動的輸入，繼續進行下一項活動，不然返回修改。

瀑布模型強調文檔的做用，並要求每一個階段都要仔細驗證。可是，這種模型的線性過程太理想化，已再也不適合現代的軟件開發模式，幾乎被業界拋棄，其主要問題在於：

(1) 各個階段的劃分徹底固定，階段之間產生大量的文檔，極大地增長了工做量；

(2) 因爲開發模型是線性的，用戶只有等到整個過程的末期才能見到開發成果，從而增長了開發的風險；

(3) 早期的錯誤可能要等到開發後期的測試階段才能發現，進而帶來嚴重的後果。

咱們應該認識到，"線性"是人們最容易掌握並能熟練應用的思想方法。當人們碰到一個複雜的"非線性"問題時，老是想方設法地將其分解或轉化爲一系列簡單的線性問題，而後逐個解決。一個軟件系統的總體多是複雜的，而單個子程序老是簡單的，能夠用線性的方式來實現，不然幹活就太累了。線性是一種簡潔，簡潔就是美。當咱們領會了線性的精神，就不要再呆板地套用線性模型的外表，而應該用活它。例如增量模型實質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，在其它模型中也可以找到線性模型的影子。

 

3. 快速原型模型(Rapid Prototype Model)

快速原型模型的第一步是建造一個快速原型，實現客戶或將來的用戶與系統的交互，用戶或客戶對原型進行評價，進一步細化待開發軟件的需求。經過逐步調整原型使其知足客戶的要求，開發人員能夠肯定客戶的真正需求是什麼；第二步則在第一步的基礎上開發客戶滿意的軟件產品。

顯然，快速原型方法能夠克服瀑布模型的缺點，減小因爲軟件需求不明確帶來的開發風險，具備顯著的效果。

快速原型的關鍵在於儘量快速地建造出軟件原型，一旦肯定了客戶的真正需求，所建造的原型將被丟棄。所以，原型系統的內部結構並不重要，重要的是必須迅速創建原型，隨之迅速修改原型，以反映客戶的需求。

 

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的。在增量模型中，軟件被做爲一系列的增量構件來設計、實現、集成和測試，每個構件是由多種相互做用的模塊所造成的提供特定功能的代碼片斷構成.

增量模型在各個階段並不交付一個可運行的完整產品，而是交付知足客戶需求的一個子集的可運行產品。整個產品被分解成若干個構件，開發人員逐個構件地交付產品，這樣作的好處是軟件開發能夠較好地適應變化，客戶能夠不斷地看到所開發的軟件，從而下降開發風險。可是，增量模型也存在如下缺陷：

(1) 因爲各個構件是逐漸併入已有的軟件體系結構中的，因此加入構件必須不破壞已構造好的系統部分，這須要軟件具有開放式的體系結構。

(2) 在開發過程當中，需求的變化是不可避免的。增量模型的靈活性可使其適應這種變化的能力大大優於瀑布模型和快速原型模型，但也很容易退化爲邊作邊改模型，從而是軟件過程的控制失去總體性。

在使用增量模型時，第一個增量每每是實現基本需求的核心產品。核心產品交付用戶使用後，通過評價造成下一個增量的開發計劃，它包括對核心產品的修改和一些新功能的發佈。這個過程在每一個增量發佈後不斷重複，直到產生最終的完善產品。

例如，使用增量模型開發字處理軟件。能夠考慮，第一個增量發佈基本的文件管理、編輯和文檔生成功能，第二個增量發佈更加完善的編輯和文檔生成功能，第三個增量實現拼寫和文法檢查功能，第四個增量完成高級的頁面佈局功能。

 

5.螺旋模型(Spiral Model)

1988年，Barry Boehm正式發表了軟件系統開發的"螺旋模型"，它將瀑布模型和快速原型模型結合起來，強調了其餘模型所忽視的風險分析，特別適合於大型複雜的系統。

螺旋模型沿着螺線進行若干次迭代，圖中的四個象限表明瞭如下活動：

(1) 制定計劃：肯定軟件目標，選定實施方案，弄清項目開發的限制條件；

(2) 風險分析：分析評估所選方案，考慮如何識別和消除風險；

(3) 實施工程：實施軟件開發和驗證；

(4) 客戶評估：評價開發工做，提出修正建議，制定下一步計劃。

螺旋模型由風險驅動，強調可選方案和約束條件從而支持軟件的重用，有助於將軟件質量做爲特殊目標融入產品開發之中。

可是，螺旋模型也有必定的限制條件，具體以下：

(1) 螺旋模型強調風險分析，但要求許多客戶接受和相信這種分析，並作出相關反應是不容易的，所以，這種模型每每適應於內部的大規模軟件開發。

(2) 若是執行風險分析將大大影響項目的利潤，那麼進行風險分析毫無心義，所以，螺旋模型只適合於大規模軟件項目。

(3) 軟件開發人員應該擅長尋找可能的風險，準確地分析風險，不然將會帶來更大的風險

一個階段首先是肯定該階段的目標，完成這些目標的選擇方案及其約束條件，而後從風險角度分析方案的開發策略，努力排除各類潛在的風險，有時須要經過建造原型來完成。若是某些風險不能排除，該方案當即終止，不然啓動下一個開發步驟。最後，評價該階段的結果，並設計下一個階段。

 

6.演化模型(incremental model)

主要針對事先不能完整定義需求的軟件開發。用戶能夠給出待開發系統的核心需求，而且當看到核心需求實現後，可以有效地提出反饋，以支持系統的最終設計和實現。軟件開發人員根據用戶的需求，首先開發核心系統。當該核心系統投入運行後，用戶試用之，完成他們的工做，並提出精化系統、加強系統能力的需求。軟件開發人員根據用戶的反饋，實施開發的迭代過程。第一迭代過程均由需求、設計、編碼、測試、集成等階段組成，爲整個系統增長一個可定義的、可管理的子集。

在開發模式上採起分批循環開發的辦法，每循環開發一部分的功能，它們成爲這個產品的原型的新增功能。因而，設計就不斷地演化出新的系統。 實際上，這個模型可看做是重複執行的多個「瀑布模型」。

「演化模型」要求開發人員有能力把項目的產品需求分解爲不一樣組，以便分批循環開發。這種分組並非絕對隨意性的，而是要根據功能的重要性及對整體設計的基礎結構的影響而做出判斷。有經驗指出，每一個開發循環以六週到八週爲適當的長度。

 

7.噴泉模型(fountain model, (面向對象的生存期模型, OO模型))

噴泉模型與傳統的結構化生存期比較，具備更多的增量和迭代性質，生存期的各個階段能夠相互重疊和屢次反覆，並且在項目的整個生存期中還能夠嵌入子生存期。就像水噴上去又能夠落下來，能夠落在中間，也能夠落在最底部。

 

8.智能模型(四代技術(4GL))

智能模型擁有一組工具(如數據查詢、報表生成、數據處理、屏幕定義、代碼生成、高層圖形功能及電子表格等)，每一個工具都能使開發人員在高層次上定義軟件的某些特性，並把開發人員定義的這些軟件自動地生成爲源代碼。這種方法須要四代語言(4GL)的支持。4GL不一樣於三代語言，其主要特徵是用戶界面極端友好，即便沒有受過訓練的非專業程序員，也能用它編寫程序；它是一種聲明式、交互式和非過程性編程語言。4GL還具備高效的程序代碼、智能缺省假設、完備的數據庫和應用程序生成器。目前市場上流行的4GL(如Foxpro等)都不一樣程度地具備上述特徵。但4GL目前主要限於事務信息系統的中、小型應用程序的開發。

 

9.混合模型(hybrid model)

過程開發模型又叫混合模型(hybrid model)，或元模型(meta-model),把幾種不一樣模型組合成一種混合模型，它容許一個項目能沿着最有效的路徑發展，這就是過程開發模型(或混合模型)。實際上，一些軟件開發單位都是使用幾種不一樣的開發方法組成他們本身的混合模型。

 

各類模型的比較

每一個軟件開發組織應該選擇適合於該組織的軟件開發模型，而且應該隨着當前正在開發的特定產品特性而變化，以減少所選模型的缺點，充分利用其優勢，下表列出了幾種常見模型的優缺點。

模型                             優     點                                    缺         點

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瀑布模型               文檔驅動                                   系統可能不知足客戶的需求

快速原型模型       關注知足客戶需求                      可能致使系統設計差、效率低，難於維護

增量模型              開發早期反饋及時，易於維護     須要開放式體系結構，可能會設計差、效率低

螺旋模型              風險驅動                                     風險分析人員須要有經驗且通過充分訓練