提升工業(yè)軟件開發(fā)周期穩(wěn)定性的改進方案

陳 暉 柏立悅 史國芳 洪小敏 李 冬

（浙江中控技術股份有限公司）

在文獻［1］《影響工業(yè)軟件開發(fā)周期穩(wěn)定性的根因分析》中提到，新手在面對復雜開發(fā)環(huán)境時表現(xiàn)出的不穩(wěn)定性使得項目經(jīng)理很難對其工作效率進行準確地評估，因此開發(fā)周期也變得不穩(wěn)定。所以筆者針對這個問題，探討了多個應對方案及其可行性，并最終篩選出一種相對最優(yōu)的應對方案。

1 消除不穩(wěn)定因素的方法

想要消除新手開發(fā)者應對復雜開發(fā)環(huán)境時表現(xiàn)出的不穩(wěn)定因素，沒有簡單且有效的方法，因為一個人的業(yè)務水平是無法零成本或低成本地提高的，但也可以從側面提出幾種方法來緩解這種矛盾。

1.1 招聘資深老員工

招聘有多年經(jīng)驗的高水平員工進行開發(fā)，顯然會使軟件項目的不穩(wěn)定因素降到最低，但也有較大的不可行性，具體如下：

a.成本過高。全部招聘高水平資深員工，會使得軟件項目的整體成本大幅提升。

b.人才缺口。我國的IT產(chǎn)業(yè)相比發(fā)達國家起步較晚，IT人才也只有在近幾年才呈現(xiàn)井噴式發(fā)展，IT人才的平均年齡相對歐美國家偏年輕化，其中35歲以上的資深開發(fā)人員僅占6.7%［2］。

c.人才斷檔。如果沒有年輕員工加入，那么團隊的技術和業(yè)務知識就無法得到傳承，團隊的抗風險能力將變得很弱。

因此，全面招聘高水平人才的方法可行性較低。

1.2 加大培訓力度

企業(yè)培訓是普遍存在的，例如華為，相對一般企業(yè)通常15天的培訓期，華為則把新員工的培訓周期拉長到180天，但其培訓內(nèi)容主要集中在破冰、企業(yè)文化介紹、職業(yè)生涯規(guī)劃及團隊協(xié)作等方面，并沒有集中在軟件開發(fā)技術本身。

事實上，企業(yè)目前很少存在短時間內(nèi)對新員工進行高強度培訓的情況，以大幅提升其專業(yè)技能的做法，原因如下：

a.新員工存在不穩(wěn)定性。50%～60%的新員工在入職后的前7個月內(nèi)會出現(xiàn)工作變動，造成的損失可達員工年收入的150%～250%。

b.高強度的培訓效果不佳。沒有和具體項目開發(fā)經(jīng)歷相結合，灌輸式的培訓很難達到鞏固知識的效果。

c.沒有明顯的收益。除了培訓成本外，業(yè)務水平的提高也會使員工對薪資的期望值有所提升，對企業(yè)的成本控制來說是不利的。這也是限制企業(yè)加大培訓投入的現(xiàn)實因素。

因此，通過加大培訓力度，在短時間內(nèi)大幅提升員工的技術能力，該方法的可行性也不高。

1.3 升級生產(chǎn)力工具

在科技日益發(fā)達的今天，生產(chǎn)力工具呈現(xiàn)豐富多彩的趨勢，如電腦代替紙筆、機器人代替工人，而自動化公司為生產(chǎn)企業(yè)提供DCS（集散控制系統(tǒng)）也是一種先進而強有力的生產(chǎn)力工具。程序員也作為一種生產(chǎn)力，軟件開發(fā)是一種生產(chǎn)勞動，而Visual Studio等開發(fā)軟件則是他們的生產(chǎn)力工具。

顯然，提供一種好的生產(chǎn)力工具可以大幅提升生產(chǎn)力。就軟件開發(fā)而言，好的生產(chǎn)力工具有如下幾個特點：

a.降低開發(fā)者的門檻。例如C語言的出現(xiàn)使得編程邏輯變得更簡潔清晰，大型程序的編寫也成為了可能。STL的出現(xiàn)則是讓很多初級開發(fā)者可以更關注業(yè)務邏輯，而不會在數(shù)據(jù)結構和算法方面耗費精力卻頻頻犯錯。如今互聯(lián)網(wǎng)流行的各種開發(fā)框架，如最新的Spring Cloud家族就包含了數(shù)十種不同的開發(fā)組件，它們可以從不同的角度來簡化一些復雜功能的開發(fā)［3］，這樣就使一些非頂尖的開發(fā)人員也能夠參與到大型系統(tǒng)的開發(fā)過程中。

b.減少重復勞動。對于技術專家來說，一些高頻出現(xiàn)但并沒有技術瓶頸的代碼，并不是他們想要關心的。在大中型公司，甚至會成立專門的公用構建模塊（Common Building Blocks，CBB）部門來解決這些問題，比如提供一些基礎模塊，包括網(wǎng)絡庫、數(shù)據(jù)庫中間件等，甚至還有一些業(yè)務重合度高的業(yè)務模塊，如用戶管理、工作流等。

c.創(chuàng)建容錯環(huán)境。一個新手對代碼規(guī)范、開發(fā)流程的接受和掌握都有一個過程，尤其是像C++這樣機制較為復雜的語言，會有很多隱藏的陷阱；而資深開發(fā)人員犯錯的幾率相對會小很多，但難免也有疏忽的時候。所以創(chuàng)建一個容錯環(huán)境，輔助開發(fā)人員避免一些低級錯誤和能力不足導致的錯誤，那么開發(fā)效率的穩(wěn)定性勢必會得到保障。常見手段有很多，例如C/C++代碼靜態(tài)檢查工具可以幫助檢查緩沖區(qū)溢出、空指針等多種異常錯誤［4］，大幅減少評審成本并提高代碼質量［5］。

可以肯定的是，提供不同形式的生產(chǎn)力工具確實能較好地保障軟件的開發(fā)效率，具體程度依賴于生產(chǎn)力工具的功能是否足夠強大以及與實際應用場景的匹配度。

因此可以得出，升級生產(chǎn)力工具這種方案，與前面兩種方案相比更具有可行性。下面將討論如何選用合適的生產(chǎn)力工具來保障軟件開發(fā)效率的穩(wěn)定性。

2 分析產(chǎn)品的現(xiàn)狀

在選擇合適的生產(chǎn)力工具之前，應先分析所開發(fā)產(chǎn)品的現(xiàn)狀。

2.1 產(chǎn)品的應用特點

產(chǎn)品的應用特點應優(yōu)先考慮整個企業(yè)范圍內(nèi)，或者至少是部門級，這樣改進措施才具有推廣性。下面以浙江中控技術股份有限公司（以下簡稱中控）為例，詳述分析思路。

2.1.1 產(chǎn)品線的特點

以中控的主流產(chǎn)品DCS及其衍生產(chǎn)品為例進行說明，產(chǎn)品線具有如下幾個特點：

a.項目主導型。出于對工廠數(shù)據(jù)安全和生產(chǎn)安全的考慮，通常以安裝包的形式提供給客戶，然后在每個工廠的機房或中控室里進行安裝，即軟件大多是在封閉空間中運行的。

b.部署和維護簡易化。這并不是表明自動化軟件比消費類軟件更為易用，相反地，它們比很多消費類軟件在功能邏輯上要復雜很多，如為了滿足數(shù)千個工廠的差異化需求，需要開放出大量的設置和參數(shù)，因此需要專業(yè)的工程人員進行部署和維護。為了降低工程門檻，縮減工程成本，那么就要求部署和維護都能盡量做到簡單化。

c.系統(tǒng)結構復雜。一般互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的服務器通常只具備兩種核心功能，即計算和存儲。例如現(xiàn)在流行的云存儲和云計算，就是對這兩種功能的大型化、集中化，簡單來說是一對多的關系（一個服務器對多個客戶端）。而DCS則更為復雜：多個客戶端對應多個服務器，并且和多種異構系統(tǒng)對接以形成完整的功能。例如DCS的底層通過控制器連接著數(shù)百種不同的軟硬件，又通過OPC等協(xié)議將自身的數(shù)據(jù)傳送給其他系統(tǒng)。所以在DCS中并沒有清晰的后端的概念，體現(xiàn)的是各個部件之間多對多交互的關系。

d.負載穩(wěn)定。出于生產(chǎn)安全的考慮，一般工業(yè)現(xiàn)場的硬件都在性能和容量上有所冗余。且因為生產(chǎn)人員和生產(chǎn)計劃是基本固定的，除了擴大生產(chǎn)等額外因素外，一般來說系統(tǒng)的負載是穩(wěn)定的。那么在選擇生產(chǎn)力工具的時候就可以不用過多考慮這一點。

2.1.2 單個產(chǎn)品的特點

分析完整個產(chǎn)品線的特點后，再把范圍縮小到單個產(chǎn)品。以中控的增值軟件——高級報警管理系統(tǒng)（Advanced Alarm System，AAS）為例，AAS屬于DCS的增值產(chǎn)品，它從多個角度分析DCS的報警信息，指出報警組態(tài)的待優(yōu)化之處，以保證生產(chǎn)安全。該產(chǎn)品的特點與DCS有很多相似之處，除了：系統(tǒng)結構比DCS簡單，可以把它視為廣義的DCS的一個組件，或者其系統(tǒng)部件的剝離；安全性要求比DCS低，因此一般以快速迭代的方式推出新功能、對接新的系統(tǒng)，以快速響應客戶需求。

2.2 現(xiàn)有生產(chǎn)力工具所處階段

主流編程語言。編程語言決定了技術走向，例如阿里巴巴主攻Java，而騰訊則深耕C++，中控AAS1.0的編程語言為C++，與中控的主流保持一致。

組件/框架。在確定了主流編程語言之后，還需指出企業(yè)是否采用了一些組件和開發(fā)框架。組件和框架的來源有多種，包括自研、開源和商業(yè)購買。中控AAS1.0采用單服務器、單進程的C/S架構，使用到的部分組件和框架如下：

a.網(wǎng)絡模塊。中控自研，運用范圍廣，主要負責網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的收發(fā)，但不負責數(shù)據(jù)內(nèi)容的封裝與解析。

b.數(shù)據(jù)庫中間件。中控自研，負責適配不同種類的數(shù)據(jù)庫，如FireBird、Sqlite、Oracle及Microsoft SQL Server等。

c.RapidJson。開源庫，負責網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的封包與解包。

2.3 現(xiàn)有生產(chǎn)力工具的不足之處

一個生產(chǎn)力工具體系的優(yōu)點和不足有多個方面。接下來以AAS1.0為例，探討生產(chǎn)力工具的哪些缺失和不完善會使得影響開發(fā)效率的不穩(wěn)定因素被放大，甚至嚴重影響開發(fā)進度和質量（表1）。

表1 AAS1.0生產(chǎn)力工具存在的問題

3 改進方案

從上述分析可以看出，影響AAS1.0開發(fā)效率和質量的問題較多，且是多方面的。其中非業(yè)務代碼的占比較大，說明優(yōu)化空間較大，因為非業(yè)務相關的代碼在理論上是有提取、封裝成通用框架的可能性的。經(jīng)過封裝和測試后，該部分代碼的穩(wěn)定性就可以得到極大的保障，使得影響開發(fā)周期穩(wěn)定性的因素大幅減少。

不管采用何種改進方案，都至少應滿足如下要求：

a.包含組件化規(guī)范，從框架層面去解耦合，從而使所有人的代碼質量有一定保障；

b.網(wǎng)絡性能高，不再為相關功能的優(yōu)化而投入大量精力；

c.有用戶管理/登錄機制；

d.支持遠程調用，省去調用分發(fā)代碼；

e.支持異步調用，避免新手為了實現(xiàn)異步而處理各種線程方面的問題；

f.支持本地和遠程統(tǒng)一形式調用，省去本地存根和遠程代理的定義工作；

g.支持消息訂閱/發(fā)布；

h.支持數(shù)據(jù)序列化自動生成，省去封包、解包代碼；

i.支持文件傳輸機制，避免新手寫出蹩腳而不好維護的相關代碼；

j.在Json的使用上要簡潔易懂。

表2列舉了可能可以解決這些問題的改進方案。

表2 可能的改進方案

4 選擇最佳改進方案

表2中列出了作者考慮到的幾種改進方案，接下來仍然以中控AAS項目為例，根據(jù)自己產(chǎn)品和技術的特點以及對每種方案的優(yōu)缺點的可接受度來進行選擇：

a.AAS定位于增值軟件，需要快速推出產(chǎn)品進入市場，并快速迭代以適應不同領域的客戶。因此，全自研C++框架的開發(fā)周期和成本顯然是不可接受的。

b.全部采用第三方的框架，需要考慮第三方框架的迭代更新和版權變更帶來的風險，以及融合成本、學習成本。

c.全面轉向Java，有極大的風險。因為歷史遺留代碼將完全不能重用，并且開發(fā)人員也需要進行大量更換。這在以C/C++為主的工控領域來說可行性很低。

d.轉向其他生態(tài)圈則更不可行。

e.最后的混合型方案則綜合了第1種和第2種方案的優(yōu)勢，同時削弱了其缺點。而且統(tǒng)一封裝會使得組件的迭代更新不會對產(chǎn)品產(chǎn)生大面積的影響。而在不同語言之間難混合的缺點，可以結合工業(yè)軟件的場景，把語言依然限定在以C++為主來進行規(guī)避。

因此，綜合比較，采用自研和第三方混合并進行統(tǒng)一封裝是可行性最高、風險最小的改進方案?？梢越梃bSpring Cloud的“全家桶”模式：選取一些第三方框架，然后用C++實現(xiàn)一個統(tǒng)一的框架，這個框架封裝了所有的第三方框架，并通過自研補充第三方框架缺失的功能，使得整體風格盡量統(tǒng)一。

以上做法在理論上是可行的，但是如果這個框架的功能完全比照Spring Cloud，則會出現(xiàn)特性過多、開發(fā)成本過高的問題。而筆者強調要結合自身產(chǎn)品的特點和場景，因此可以把自己所需的特性和Spring Cloud做一個對比再做取舍，Spring Cloud與C++綜合框架的對比詳見表3。

表3 Spring Cloud和C++綜合框架的對比

從表3可以看出，中控的產(chǎn)品，特別是AAS，對很多特性并無強烈的需求，因此在C++版本的綜合框架中可以只包含少部分最核心最基本的組件。這些組件有些是引入第三方框架進行封裝，有些則是自己實現(xiàn)。這相當于實現(xiàn)了一個精簡版本的C++“全家桶”框架，這個綜合框架中的組件數(shù)量不多，但是配合使用可以發(fā)揮1+1＞2的效果。因此，在開發(fā)過程中，開發(fā)人員的關注點和工作量就會大幅減少，開發(fā)效率的穩(wěn)定性就可以相應地大幅提高。

因此，利用自研框架和第三方框架形成C++版本的綜合框架可以結合各方面優(yōu)勢，成本低，可行性高，是一種適合中控AAS項目用來改進生產(chǎn)力工具的較優(yōu)方案。

5 結束語

筆者列舉了幾種消除開發(fā)周期不穩(wěn)定因素的方法并進行比較，最終得出改進生產(chǎn)力工具是相對可行的方法。然后列舉了幾種改進生產(chǎn)力工具的方案，并最終得出適合中控AAS項目的最佳改進方案。其他企業(yè)也可以借鑒類似思路，分析自己產(chǎn)品的特點和應用場景，以此來確定一種適合自己的生產(chǎn)力工具的改進方案來提高開發(fā)周期的穩(wěn)定性。