軟件過程2掌握軟件過程的定義和基本結(jié)構(gòu)熟悉軟件生命周期及階段任務(wù)熟悉常見的幾種軟件過程模型本章目標(biāo)3軟件過程概述第一節(jié)軟件生命周期第二節(jié)軟件過程模型第三節(jié)目錄content第一節(jié)軟件過程概述軟件過程概述軟件的誕生和生命周期是一個過程，我們總體上稱這個過程為軟件過程。軟件過程是為了開發(fā)出軟件產(chǎn)品，或者是為了完成軟件工程項目而需要完成的有關(guān)軟件工程的活動，每一項活動又可以分為一系列的工程任務(wù)。任何一個軟件開發(fā)組織，都可以規(guī)定自己的軟件過程，所有這些過程共同構(gòu)成了軟件過程。過程定義了運(yùn)用方法的順序，應(yīng)該交付的文檔資料，為保證軟件質(zhì)量和協(xié)調(diào)變化所需要采取的管理措施，以及標(biāo)志軟件開發(fā)各個階段任務(wù)完成的里程碑。通常，使用生命周期模型簡潔地描述軟件過程。生命周期模型規(guī)定了把生命周期劃分為哪些階段及各個階段的執(zhí)行順序，因此也稱為過程模型。5第二節(jié)軟件生命周期軟件生命周期的概念傳統(tǒng)軟件生命周期的各個階段7傳統(tǒng)軟件生命周期的各個階段軟件產(chǎn)品的生命周期是指從設(shè)計該產(chǎn)品的構(gòu)想開始，到軟件需求的確定、軟件設(shè)計、軟件實(shí)現(xiàn)、產(chǎn)品測試與驗(yàn)收、投入使用以及產(chǎn)品版本的不斷更新，到最終該產(chǎn)品被市場淘汰的全過程。軟件生命周期這個概念從時間的角度將軟件的開發(fā)和維護(hù)的復(fù)雜過程分解為了若干個階段，每個階段都完成特定的相對獨(dú)立的任務(wù)。傳統(tǒng)軟件生命周期的各個階段在傳統(tǒng)的軟件工程中，軟件產(chǎn)品的生命周期一般可以劃分為6個階段，如圖所示。8傳統(tǒng)的軟件生命周期1．可行性研究可行性研究階段為后續(xù)的軟件開發(fā)做必要的準(zhǔn)備工作。它首先要確定待開發(fā)的軟件產(chǎn)品所要解決的問題。軟件分析人員與用戶之間需要充分地交流與合作，才能對開發(fā)軟件產(chǎn)品地目標(biāo)達(dá)成一致。同時，在可行性研究階段，開發(fā)人員還應(yīng)該確定總體地開發(fā)策略與開發(fā)方式，并對開發(fā)所需要的資金、時間和各種資源做出合理估計。精確的預(yù)估需要建立在開發(fā)人員對用戶需求的充分了解以及自身豐富經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上。此外，在可行性研究階段，還需要對開發(fā)的軟件產(chǎn)品進(jìn)行可行性分許，并制訂初步的開發(fā)計劃?？尚行苑治鍪菫榱嗽诩夹g(shù)、經(jīng)濟(jì)、操作或社會等多個方面尋求可行的解決方案，并對各個方案進(jìn)行比較，完成可行性分析報告。9幾種模型之間的關(guān)系2．需求分析需求是指為了解決用戶提出的問題，目標(biāo)系統(tǒng)需要做什么。需求分析是一個很復(fù)雜的過程，需求分析是否準(zhǔn)確和成功，直接關(guān)系到后續(xù)軟件開發(fā)的成敗。在需求分析階段，開發(fā)人員首先要通過各種途徑對需求進(jìn)行獲取。要得到正確和詳盡的需求，開發(fā)人員與用戶之間的交流與溝通是非常重要的。得到需求后，開發(fā)人員需要對原始的需求進(jìn)行抽象與概括，從功能、性能、界面和接口等諸多方面對需求進(jìn)行詳細(xì)描述，并最終反映到軟件需求規(guī)格說明書中。10幾種模型之間的關(guān)系3．軟件設(shè)計軟件設(shè)計就是指在需求分析的基礎(chǔ)上，軟件開發(fā)人員通過制訂設(shè)計方案，把需求文檔中描述的功能可操作化。設(shè)計可以分為概要設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計兩個階段。概要設(shè)計旨在建立系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，從總體上對軟件的結(jié)構(gòu)、接口和全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等給出數(shù)據(jù)說明。詳細(xì)設(shè)計關(guān)注每個模塊的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，為后續(xù)的編碼工作提供最直接的依據(jù)。4．編碼在編碼階段，開發(fā)人員根據(jù)設(shè)計階段制訂出的設(shè)計方案，編寫程序代碼。簡單地說，編碼的過程就是把詳細(xì)設(shè)計文檔中對每個模塊實(shí)現(xiàn)過程的算法描述轉(zhuǎn)換為能用某種程序設(shè)計語言來實(shí)現(xiàn)的程序。在規(guī)范的軟件開發(fā)過程中，編碼必須遵守一定的標(biāo)準(zhǔn)，這樣有助于團(tuán)隊開發(fā)，同時能提高代碼的質(zhì)量。11幾種模型之間的關(guān)系5．軟件測試軟件測試是保證軟件質(zhì)量的關(guān)鍵步驟。軟件測試的目的是發(fā)現(xiàn)軟件產(chǎn)品中存在的軟件缺陷，進(jìn)而保證軟件產(chǎn)品的質(zhì)量。在軟件開發(fā)的實(shí)踐中，軟件缺陷的產(chǎn)生是必然的。軟件缺陷發(fā)現(xiàn)得越晚，彌補(bǔ)缺陷所需的成本就越高，損失也就越大。為了盡早發(fā)現(xiàn)軟件缺陷，有效地進(jìn)行軟件測試是必須的。按照測試點(diǎn)的不同，測試可以分為單元測試、集成測試、系統(tǒng)測試和驗(yàn)收測試。12幾種模型之間的關(guān)系6．軟件維護(hù)在軟件產(chǎn)品被交付后，其生命周期還在繼續(xù)。在使用的過程中，用戶還會不斷地發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中所隱藏的各種各樣的錯誤。同時，隨著用戶需求的增長或改變，以及市場環(huán)境的變化，軟件產(chǎn)品的功能需要不斷更新，版本需要不斷升級。所以，在使用軟件產(chǎn)品的過程中，軟件開發(fā)人員需要對產(chǎn)品進(jìn)行維護(hù)，以保證軟件產(chǎn)品的正常運(yùn)行。一般來講，軟件產(chǎn)品的質(zhì)量越高，進(jìn)行維護(hù)的工作量就會越少。13幾種模型之間的關(guān)系第三節(jié)軟件過程模型瀑布模型快速原型模型增量模型螺旋模型噴泉模型基于組件的開發(fā)模型統(tǒng)一軟件開發(fā)過程模型敏捷過程與極限編程幾種模型之間的關(guān)系選擇軟件過程模型在軟件工程中，人們通過建立抽象的軟件過程模型，把軟件生命周期中的各個活動或步驟安排到一個框架中，將軟件開發(fā)的全過程清晰且直觀地表達(dá)出來。軟件過程模型的特點(diǎn)：描述了主要的開發(fā)階段定義了每個階段要完成的主要任務(wù)和活動規(guī)范了每個階段的輸入和輸出提供了一個框架，把必要的活動映射到這個框架中15軟件過程模型瀑布模型瀑布模型是一種線性的開發(fā)模型，具有不可回溯性。開發(fā)人員必須等前一階段的任務(wù)完成后，才能開始進(jìn)行后一階段的工作，并且前一階段的輸出往往就是后一階段的輸入。由于其不可回溯性，如果在軟件生命周期的后期發(fā)現(xiàn)并要改正前期的錯誤，那么需要付出很高的代價。傳統(tǒng)的瀑布模型是文檔驅(qū)動的。如圖所示。1617瀑布模型瀑布模型的優(yōu)點(diǎn)是過程模型簡單，執(zhí)行容易；缺點(diǎn)是無法適應(yīng)變更。瀑布模型適應(yīng)于具有以下特征的軟件開發(fā)項目。在軟件開發(fā)的過程中，需求不發(fā)生或發(fā)生很少變化，并且開發(fā)人員可以一次性獲取到全部需求。否則，由于瀑布模型較差的可回溯性，在后續(xù)階段中需求經(jīng)常性的變更需要付出高昂的代價。軟件開發(fā)人員具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，對軟件應(yīng)用領(lǐng)域很熟悉。軟件項目的風(fēng)險較低。瀑布模型不具有完善的風(fēng)險控制機(jī)制?？焖僭湍Ｐ涂焖僭偷幕舅枷胧强焖俳⒁粋€能反映用戶主要需求的原型系統(tǒng)，讓用戶在計算機(jī)上試用它，通過實(shí)踐來了解目標(biāo)系統(tǒng)的概貌。通常，用戶試用原型系統(tǒng)之后會提出許多修改意見，開發(fā)人員按照用戶的意見快速地修改原型系統(tǒng)，然后再次請用戶試用……反反復(fù)復(fù)地改進(jìn)，直到原型系統(tǒng)滿足用戶的要求。18快速原型模型適用于具有以下特征的軟件開發(fā)項目。已有產(chǎn)品或產(chǎn)品的原型（樣品），只需客戶化的工程項目簡單而熟悉的行業(yè)或領(lǐng)域有快速原型開發(fā)工具進(jìn)行產(chǎn)品移植或升級19快速原型模型增量模型是把待開發(fā)的軟件系統(tǒng)模塊化，將每個模塊作為一個增量組件，從而分批次地分析、設(shè)計、編碼和測試這些增量組件。運(yùn)用增量模型的軟件開發(fā)過程是遞增式的過程。相對于瀑布模型而言，采用增量模型進(jìn)行開發(fā)，開發(fā)人員不需要一次性地把整個軟件產(chǎn)品提交給用戶，而是可以分批次進(jìn)行提交。20增量模型增量模型的最大特點(diǎn)就是將待開發(fā)的軟件系統(tǒng)模塊化和組件化。基于這個特點(diǎn)，增量模型具有以下優(yōu)點(diǎn)。將待開發(fā)的軟件系統(tǒng)模塊化，可以分批次地提交軟件產(chǎn)品，使用戶可以及時了解軟件項目的進(jìn)展。以組件為單位進(jìn)行開發(fā)降低了軟件開發(fā)的風(fēng)險。一個開發(fā)周期內(nèi)的錯誤不會影響到整個軟件系統(tǒng)。開發(fā)順序靈活。開發(fā)人員可以對構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)順序進(jìn)行優(yōu)先級排序，先完成需求穩(wěn)定的核心組件。當(dāng)組件的優(yōu)先級發(fā)生變化時，還能及時地對實(shí)現(xiàn)順序進(jìn)行調(diào)整。增量模型的缺點(diǎn)是要求待開發(fā)的軟件系統(tǒng)可以被模塊化。如果待開發(fā)的軟件系統(tǒng)很難被模塊化，那么將會給增量開發(fā)帶來很多麻煩。21增量模型增量模型適用于具有以下特征的軟件開發(fā)項目。軟件產(chǎn)品可以分批次地進(jìn)行交付待開發(fā)的軟件系統(tǒng)能夠被模塊化軟件開發(fā)人員對應(yīng)用領(lǐng)域不熟悉，難以一次性地進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)項目管理人員把握全局的水平較高22增量模型螺旋模型23螺旋模型螺旋模型是一種用于風(fēng)險較大的大型軟件項目開發(fā)的過程模型。該模型將瀑布模型與快速原型模型結(jié)合起來，并且加入了這兩種模型忽略了的風(fēng)險分析。它把開發(fā)過程分為制定計劃、風(fēng)險分析、實(shí)施工程和客戶評估4種活動。螺旋模型適應(yīng)于風(fēng)險較大的大型軟件項目的開發(fā)。它的優(yōu)點(diǎn)是將風(fēng)險分析擴(kuò)展到各個階段中，大幅度降低了軟件開發(fā)的風(fēng)險。但是這種模型的控制和管理較為復(fù)雜，可操作性不強(qiáng)，對項目管理人員的要求較高。24噴泉模型噴泉模型是一種過程模型，同時也支持面向?qū)ο箝_發(fā)。在面向?qū)ο蟮姆椒ㄖ?，分析模型和設(shè)計模型采用相同的符號標(biāo)示體系，各階段之間沒有明顯的界限，而且常常重復(fù)、迭代地進(jìn)行。“噴泉”一詞體現(xiàn)了面向?qū)ο蠓椒ǖ牡蜔o間隙性。迭代是指各階段需要多次重復(fù)，例如，分析和設(shè)計階段常常需要多次、重復(fù)進(jìn)行，以更好的實(shí)現(xiàn)需求。無間隙性是指各個階段之間沒有明顯的界限，并常常在時間上互相交叉，并行進(jìn)行。噴泉模型主要用于面向?qū)ο蟮能浖椖?，軟件的某個部分通常被重復(fù)多次，相關(guān)對象在每次迭代中隨之加入漸進(jìn)的軟件成分。25基于組件的開發(fā)模型基于組件的開發(fā)模型使用現(xiàn)有的組件以及系統(tǒng)框架進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)。在確定需求之后，開發(fā)人員開始從現(xiàn)有的組件庫中篩選合適的組件，并對組件功能進(jìn)行分析。在對組件分析之后，開發(fā)人員可能適當(dāng)修改需求來適應(yīng)現(xiàn)有組件，也可能修改組件或?qū)ふ倚碌慕M件。組件篩選完成之后，開發(fā)人員需要根據(jù)需求設(shè)計或使用現(xiàn)有的成熟開發(fā)框架復(fù)用這些組件，一些無法利用現(xiàn)有組件的地方，則需要進(jìn)行單獨(dú)的開發(fā)，新開發(fā)的組件在經(jīng)歷時間考驗(yàn)之后也會加入到組件庫中。最后將所有組件集成在一起，進(jìn)行系統(tǒng)測試。26基于組件的開發(fā)模型充分的體現(xiàn)了軟件復(fù)用的思想，降低了開發(fā)成本和風(fēng)險，并加快了產(chǎn)品開發(fā)。統(tǒng)一軟件開發(fā)過程模型統(tǒng)一軟件開發(fā)過程（RationalUnifiedProcess，RUP）模型是基于UML（統(tǒng)一建模語言）的一種面向?qū)ο筌浖_發(fā)模型。它解決了螺旋模型的可操作性問題，采用迭代和增量遞進(jìn)的開發(fā)策略，并以用例驅(qū)動為特點(diǎn)，集中了多個軟件開發(fā)模型的優(yōu)點(diǎn)。RUP模型是迭代模型的一種。RUP模型的示意圖如圖所示。27

圖1中的縱軸以工作的內(nèi)容為組織方式，表現(xiàn)了軟件開發(fā)的工作流程。工作流程可以分為核心工作流程和核心支持工作流程。圖1中的橫軸以時間為組織方式，表現(xiàn)了軟件開發(fā)的4個階段：先啟、細(xì)化、構(gòu)建和產(chǎn)品化，每個階段中都可能包含若干次迭代。這4個階段按照順序依次進(jìn)行，每個階段結(jié)束時都有一個主要里程碑。階段與里程碑的關(guān)系如圖2所示。圖1統(tǒng)一軟件開發(fā)過程模型圖2階段與里程碑的關(guān)系統(tǒng)一軟件開發(fā)過程模型統(tǒng)一軟件開發(fā)過程模型是基于迭代思想的軟件開發(fā)模型。采用迭代的軟件工程思想可以多次執(zhí)行各個工作流程，有利于更好地理解需求、設(shè)計出合理的系統(tǒng)架構(gòu)，并最終交付一系列漸趨完善的成果?？梢哉f，迭代是一次完整地經(jīng)過所有工作流程的過程?；诮y(tǒng)一軟件開發(fā)過程模型所構(gòu)造的軟件系統(tǒng)，是由軟件構(gòu)件建造而成的。這些軟件構(gòu)件定義了明確的接口，相互連接成整個系統(tǒng)。在構(gòu)造軟件系統(tǒng)時，RUP采用架構(gòu)優(yōu)先的策略。軟件架構(gòu)概念包含了系統(tǒng)中最重要的靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動態(tài)特征，架構(gòu)體現(xiàn)了系統(tǒng)的總體設(shè)計。架構(gòu)優(yōu)先開發(fā)的原則是RUP開發(fā)過程中至關(guān)重要的主題。統(tǒng)一軟件開發(fā)過程模型適用的范圍極為廣泛，但是對開發(fā)人員的素質(zhì)要求較高。29統(tǒng)一軟件開發(fā)過程模型隨著計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和全球化進(jìn)程的加快，軟件需求常常發(fā)生變化，強(qiáng)烈的市場競爭要求更快速的開發(fā)軟件，同時軟件也能夠以更快的速度更新。傳統(tǒng)的方法在開發(fā)時效上時常面臨挑戰(zhàn)，因此，強(qiáng)調(diào)快捷、小文檔、輕量級的敏捷開發(fā)方法開始流行。敏捷方法是一種輕量級的軟件工程方法，相對于傳統(tǒng)的軟件工程方法，它更強(qiáng)調(diào)軟件開發(fā)過程中各種變化的必然性，通過團(tuán)隊成員之間充分的交流與溝通以及合理的機(jī)制來有效地響應(yīng)變化。30敏捷過程與極限編程敏捷開發(fā)開始于“敏捷軟件開發(fā)宣言”。在2001年2月，17位軟件開發(fā)方法學(xué)家在美國猶他州召開了長達(dá)兩天的會議，制訂并簽署了“敏捷軟件開發(fā)宣言”，該宣言給出了4個價值觀。(1)個體與交互高于過程和工具(2)可運(yùn)行軟件高于詳盡的文檔(3)與客戶協(xié)作高于合同（契約）談判(4)對變更及時響應(yīng)高于遵循計劃“敏捷聯(lián)盟”為了幫助希望使用敏捷方法來進(jìn)行軟件開發(fā)的人們定義了12條原則。31敏捷過程與極限編程敏捷模型包括多種實(shí)踐方法，比如極限編程（eXtremeProgramming，XP）自適應(yīng)軟件開發(fā)（AdaptiveSoftwareDevelopment，ASD）動態(tài)系統(tǒng)開發(fā)方法（DynamicSystemDevelopmentMethod，DSDM）、ScrumCyrstal特征驅(qū)動開發(fā)（FeatureDrivenDevelopment，F(xiàn)DD）等32敏捷過程與極限編程極限編程是一種實(shí)踐性較強(qiáng)的規(guī)范化的軟件開發(fā)方法，它強(qiáng)調(diào)用戶需求和團(tuán)隊工作。利用極限編程方法進(jìn)行軟件開發(fā)實(shí)踐的工程師，即使在開發(fā)周期的末期，也可以很快地響應(yīng)用戶需求。在團(tuán)隊工作中，項目經(jīng)理、用戶以及開發(fā)人員都有責(zé)任為提高軟件產(chǎn)品的質(zhì)量而努力。XP特別適用于軟件需求模糊且容易改變、開發(fā)團(tuán)隊人數(shù)少于10人、開發(fā)地點(diǎn)集中（比如一個辦公室）的場合。極限編程包含了一組相互作用和相互影響的規(guī)則和實(shí)踐。在項目計劃階段，需要建立合理和簡潔的用戶故事。在設(shè)計系統(tǒng)的體系架構(gòu)時，可以采用CRC（Class，Responsibility，Collaboration）卡促使團(tuán)隊成員共同努力。代碼的質(zhì)量在極限編程項目中非常重要。為了保證代碼的質(zhì)量，可以采用結(jié)對編程以及在編碼之前構(gòu)造測試用例等措施。在測試方面，開發(fā)人員有責(zé)任向用戶證明代碼的正確性，而不是由用戶來查找代碼的缺陷。合理的測試用例及較高的測試覆蓋率是極限編程項目測試所追求的目標(biāo)。33敏捷過程與極限編程1．瀑布模型與RUP模型之間的關(guān)系在宏觀上，瀑布模型是靜態(tài)模型，RUP模型是動態(tài)模型。RUP模型的每一次迭代，實(shí)際上都需要執(zhí)行一次瀑布模型，都要經(jīng)歷先啟、細(xì)化、構(gòu)建、產(chǎn)品化這4個階段，完成瀑布模型的整個過程。在微觀上，瀑布模型與RUP模型都是動態(tài)模型。瀑布模型與RUP模型在每一個開發(fā)階段（先啟、細(xì)化、構(gòu)建、產(chǎn)品化）的內(nèi)部，都需要有一個小小的迭代過程，只有進(jìn)行這樣的迭代，開發(fā)階段才能做得更好。瀑布模型中有RUP模型，反過來，RUP模型中也有瀑布模型。34幾種模型之間的關(guān)系2．瀑布模型與增量模型之間的關(guān)系增量模型是把待開發(fā)的軟件系統(tǒng)模塊化，將每個模塊作為一個增量組件，一個模塊接著一個模塊地進(jìn)行開發(fā)，直到開發(fā)完所有的模塊。在開發(fā)每個模塊時，通常都是采用瀑布模型，從分析、設(shè)計、編碼和測試這幾個階段進(jìn)行開發(fā)。所以，增量模型中有瀑布模型，即宏觀上是增量模型，微觀上是瀑布模型。增量模型也體現(xiàn)了迭代思想，每增加一個模塊，就進(jìn)行一次迭代，執(zhí)行一次瀑布模型，所以，增量模型本質(zhì)上是迭代的。35幾種模型之間的關(guān)系3．瀑布模型與快速原型模型之間的關(guān)系快速原型的基本思想是快速建立一個能反映用戶主要需求的原型系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上之后的每一次迭代，都可能會用到瀑布模型?？焖僭湍Ｐ椭胁坏说Ｐ偷乃枷?，而且包含了瀑布模型的思想。36幾種