軟件架構(gòu)師的角色和培養(yǎng)

張友生　李　雄

隨著軟件系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，復(fù)雜程度越來越高，軟件設(shè)計的核心已經(jīng)超越了傳統(tǒng)的“算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)=程序”的設(shè)計模式，取而代之的是對系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計和規(guī)范。軟件架構(gòu)在軟件系統(tǒng)中充當著重要的角色，軟件架構(gòu)也是軟件工程中迅速發(fā)展的一個研究實踐領(lǐng)域，有很多的文獻討論了如何構(gòu)架一個好的軟件系統(tǒng)。軟件架構(gòu)師作為軟件架構(gòu)的設(shè)計者是關(guān)系到軟件成敗的關(guān)鍵因素。然而，有關(guān)軟件架構(gòu)師的角色定位以及教育培養(yǎng)問題，仍然比較模糊，沒有一致的結(jié)論。

作者近年來在軟件架構(gòu)的理論研究和實踐方面做了一些工作，也取得了一定的成績。負責(zé)起草了全國計算機技術(shù)與軟件專業(yè)技術(shù)資格(水平)考試中的系統(tǒng)分析師和系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計師考試大綱，主編了有關(guān)考試教材。本文主要討論軟件架構(gòu)師的角色和培養(yǎng)問題。

1 軟件架構(gòu)與軟件架構(gòu)師

1.1 軟件架構(gòu)

軟件架構(gòu)(Software architecture，軟件體系結(jié)構(gòu))一詞早在20世紀60年代就被E.W.Dijkstra提出，但是直到20世紀90年代初才開始流行起來。為了提高軟件需求和軟件設(shè)計的質(zhì)量，軟件工程界提出了需求分析工程技術(shù)和各種軟件建模技術(shù)。但是在需求和設(shè)計之間仍然存在一條很難逾越的鴻溝，即缺乏能夠反映作決策的中間過程，從而很難有效地將需求轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的設(shè)計。為此，軟件架構(gòu)的概念應(yīng)運而生，并試圖在軟件需求與軟件設(shè)計之間架起一座橋梁，著重解決軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和需求向?qū)崿F(xiàn)平坦過渡的問題。

目前，軟件架構(gòu)的研究已發(fā)展為軟件工程領(lǐng)域的一個獨立學(xué)科分支，具有比較嚴格的理論基礎(chǔ)和工程指導(dǎo)原則。軟件架構(gòu)已經(jīng)成為軟件工程領(lǐng)域的研究熱點以及大型軟件系統(tǒng)與軟件產(chǎn)品線開發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。有許多相關(guān)的研究人員對軟件架構(gòu)描述語言，軟件架構(gòu)的描述與表示，軟件架構(gòu)的分析與驗證，基于架構(gòu)的軟件維護與演化，軟件架構(gòu)的可靠性等方面進行了研究。

1.2 軟件架構(gòu)師

一直以來，絕大多數(shù)的軟件組織都缺乏軟件架構(gòu)師的編制。架構(gòu)設(shè)計的工作基本上由項目經(jīng)理、系統(tǒng)分析師與軟件設(shè)計師兼任或分攤，導(dǎo)致普遍輕視軟件架構(gòu)專業(yè)人才的培養(yǎng)與任用。事實上，軟件構(gòu)架師是目前很多軟件組織最急需的人才，也是一個軟件組織中的高級技術(shù)人才。那么，究竟什么是軟件架構(gòu)師、軟件架構(gòu)師在項目開發(fā)中起什么作用、如何定位一個軟件架構(gòu)師和如何成為一個軟件架構(gòu)師呢?這是許多組織、技術(shù)人員和管理人員都希望知道的或希望參與討論的話題。下面對軟件架構(gòu)師這一概念作簡單的闡述。

所謂架構(gòu)師，通俗的說就是設(shè)計師或結(jié)構(gòu)設(shè)計者，這些定義如果用在建筑學(xué)上，則是很容易理解的。在軟件工程領(lǐng)域中，軟件架構(gòu)師實際上就是軟件項目的總體設(shè)計師，是軟件組織新產(chǎn)品的開發(fā)與集成、新技術(shù)體系的構(gòu)建者。對一些大型軟件產(chǎn)品或項目的開發(fā)，這一角色顯得很關(guān)鍵，因為缺乏好的軟件架構(gòu)師而導(dǎo)致項目失敗的例子不勝枚舉，一個沒有經(jīng)驗和能力的軟件架構(gòu)師也會使軟件項目失敗的速度加快。正因如此，Martin Fowler指出：架構(gòu)師是對所有重要事情作出決定的人。

軟件架構(gòu)師在整個軟件開發(fā)過程中都起著重要作用，并隨著開發(fā)進程的推進而其職責(zé)或關(guān)注點不斷地變化。在需求階段，軟件架構(gòu)師主要負責(zé)理解和管理非功能性系統(tǒng)需求，比如軟件的可維護性、性能、復(fù)用性、可靠性、有效性和可測試性等。此外，架構(gòu)師還要經(jīng)常審查客戶和市場人員所提出的需求，確認開發(fā)團隊所提出的設(shè)計；在需求越來越明確后，架構(gòu)師的關(guān)注點開始轉(zhuǎn)移到組織開發(fā)團隊成員和開發(fā)過程的定義上；在軟件設(shè)計階段，架構(gòu)師負責(zé)對整個軟件架構(gòu)、關(guān)鍵構(gòu)件、接口的設(shè)計。在編碼階段，架構(gòu)師則成為程序員的顧問，并且經(jīng)常性地要舉行一些技術(shù)研討會、技術(shù)培訓(xùn)班等；隨著軟件開始測試、集成和交付，集成和測試支持將成為軟件架構(gòu)師的工作重點；在軟件維護開始時，軟件架構(gòu)師就要開始為下一版本的產(chǎn)品是否應(yīng)該增加新的功能模塊進行決策。

因此，軟件架構(gòu)師是軟件項目的總體設(shè)計師，是軟件組織新產(chǎn)品開發(fā)與集成、新技術(shù)體系的構(gòu)建者，是從宏觀上駕馭大型系統(tǒng)的戰(zhàn)略家，是對軟件項目中所有重要架構(gòu)事情作出決策的人，是策略制定者、組織協(xié)調(diào)高手、稱職的顧問與領(lǐng)導(dǎo)者。

作為一個軟件架構(gòu)師，在整個軟件系統(tǒng)的開發(fā)過程中是樂趣無窮的，因為這個角色很具有挑戰(zhàn)性，有時需要左右逢源八面玲瓏，有時又需要果斷堅定不留情面。Philippe Kruchten曾經(jīng)說過：當一個偉大的架構(gòu)師領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)團隊時，團隊的每個成員都感覺不到他的存在。次一點的架構(gòu)師使開發(fā)團隊的每個成員都喜歡他，再次一點的是害怕他，最次的是鄙視他。在國內(nèi)，軟件組織幾乎沒有獨立的架構(gòu)師，通常一個軟件高手身兼數(shù)職，既是項目經(jīng)理，又是軟件架構(gòu)師，甚至還是軟件開發(fā)者，有時還要客串一個測試人員，這對軟件的開發(fā)周期和產(chǎn)品質(zhì)量是不利的。

2 軟件架構(gòu)師的角色

2.1 軟件架構(gòu)師的職責(zé)

好的軟件架構(gòu)師不只是一位受到尊敬的資深技術(shù)人員，通常也是策略制定和組織協(xié)調(diào)的高手，稱職的顧問與領(lǐng)導(dǎo)者。這是因為軟件架構(gòu)規(guī)劃與設(shè)計主要是以宏觀的角度切入系統(tǒng)架構(gòu)，一般所謂的設(shè)計則是以微觀的角度切入。軟件工程師和程序員所考慮的是單個構(gòu)件的功能，而軟件架構(gòu)師必須從全局的角度理解軟件項目的業(yè)務(wù)目的和期望結(jié)果，能夠定義不同的構(gòu)件是如何組裝在一起的。軟件架構(gòu)師規(guī)劃系統(tǒng)的角度主要是從自上而下的方式著手，而軟件設(shè)計師則多半從自下而上的方式著手。這種從宏觀/微觀的角度進行劃分，在其他學(xué)科也?？匆?，如宏觀經(jīng)濟學(xué)與微觀經(jīng)濟學(xué)等。這種宏觀角度的本質(zhì)，就是軟件架構(gòu)師專業(yè)領(lǐng)域與其他軟件開發(fā)人員最根本的區(qū)別。

從宏觀的角度，舉凡架構(gòu)規(guī)格與決策、排定架構(gòu)審閱時程、解決所有架構(gòu)相關(guān)的問題、所有主要技術(shù)決策的核準、維護架構(gòu)規(guī)格等都是架構(gòu)設(shè)計的主要工作。通常在項目一開始，需求與初始分析等工作流程會產(chǎn)生規(guī)劃的企業(yè)流程與預(yù)期系統(tǒng)完成的功能。有了這些信息，軟件架構(gòu)師就能草擬最初的高層架構(gòu)藍圖，并列出影響架構(gòu)的可能的因素清單。另外，軟件架構(gòu)師也要擔負估算項目成本的職責(zé)，評估項目計劃對系統(tǒng)既有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與架構(gòu)的沖擊，以及計算可能付出的成本與所帶來的效益。

除了上述任務(wù)以外，檢查初期架構(gòu)規(guī)劃設(shè)計、影響因素與成本，維持與組織架構(gòu)決策的一致性也是架構(gòu)設(shè)計師的重要職責(zé)之一。這通常要找出制定項目的架構(gòu)決策與其優(yōu)先級的判斷基準、定義問題領(lǐng)域、決定可能解決方案的制約條件、確認有關(guān)可能解決方法的假設(shè)狀況以及辨識模塊重用的可能性。軟件架構(gòu)師也必須負責(zé)確保需求的達成，以及硬件、軟件、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、性能、安全性、容量、可用性和系統(tǒng)運行、管理與維護等屬于系統(tǒng)層次相關(guān)技術(shù)之間的協(xié)調(diào)與平衡。在某些關(guān)鍵時刻，軟件架構(gòu)師也要做出系統(tǒng)與架構(gòu)在協(xié)調(diào)、平衡上種種必須當機立斷但又很難判斷的決策。

軟件架構(gòu)師必須設(shè)法降低可能的技術(shù)風(fēng)險對系統(tǒng)的沖擊。在規(guī)劃初期，技術(shù)風(fēng)險對一般人來說通常都是不可知、不可驗證也不可測的。風(fēng)險大多與系統(tǒng)層次的需求有關(guān)，有時也會與組織需求有關(guān)。不論任何類型的風(fēng)險，有經(jīng)驗的架構(gòu)設(shè)計師都可在項目的先期也就是構(gòu)建架構(gòu)時期，預(yù)先列出這些可能的風(fēng)險，然后在后續(xù)的開發(fā)時期配合開發(fā)人員予以適當?shù)靥幚砼c解決。另外，架構(gòu)設(shè)計師也必須領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)團隊，保持與其他成員的良好互動，確保開發(fā)人員是根據(jù)架構(gòu)藍圖來構(gòu)建系統(tǒng)。

總之，軟件架構(gòu)師的主要任務(wù)就是規(guī)劃與系統(tǒng)架構(gòu)層次相關(guān)的事務(wù)，評估可能的風(fēng)險與成本，并有效運用有限的人力、物力資源滿足系統(tǒng)層次的需求。優(yōu)秀的軟件架構(gòu)師是保證軟件系統(tǒng)強大生命力的核心人物。專業(yè)架構(gòu)師能夠幫助組織全面研究現(xiàn)有架構(gòu)和設(shè)計模式、評估系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)缺點和可能存在的風(fēng)險，通過一系列的專題指導(dǎo)和具體案例幫助組織掌握先進的、成熟的設(shè)計模式，簡化復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯和需求，確定系統(tǒng)最佳方案。在必要的情況下，還可就特定領(lǐng)域或課題，為開發(fā)人員提供定制指導(dǎo)。

2.2 軟件架構(gòu)師與系統(tǒng)分析師的區(qū)別

在一個較大規(guī)模的軟件組織里，一般都有項目管理師、軟件架構(gòu)師、系統(tǒng)分析師、軟件設(shè)計師、測試工程師、數(shù)據(jù)庫工程師、程序員、過程改進、質(zhì)量保證等不同的職位。在這些職位中，人們?nèi)菀谆煜氖窍到y(tǒng)分析師和軟件架構(gòu)師。對于系統(tǒng)分析師的角色，業(yè)界有兩種觀點，一種是把系統(tǒng)分析師當成既懂技術(shù)又懂管理的全能冠軍，另一種是把系統(tǒng)分析師當作需求分析師，而架構(gòu)師才是靈魂。那么，系統(tǒng)分析師與軟件架構(gòu)師在角色方面的分配究竟有什么區(qū)別呢?

當軟件規(guī)模比較小時，系統(tǒng)分析師所完成的工作是把真正的業(yè)務(wù)需求(這個需求不是指客戶簡單所說的哪一個功能，而是需要去挖掘的，可能是潛在的但又是系統(tǒng)必需的，條例清楚、邏輯清晰的業(yè)務(wù)功能，而且需求不僅僅只是來自業(yè)務(wù)上的，系統(tǒng)所依賴的運行環(huán)境也會產(chǎn)生一些需求)轉(zhuǎn)換成計算機可理解、可實現(xiàn)、可計算的模型。但由于現(xiàn)在的系統(tǒng)規(guī)模越來越大，復(fù)雜程度越來越高，而且應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣，所以很難由一個工種的人來全面完成這項艱巨的任務(wù)。

在具體的軟件設(shè)計過程中，現(xiàn)在把它分解為由系統(tǒng)分析師與軟件架構(gòu)師合作共同來完成這一任務(wù)。其中系統(tǒng)分析師側(cè)重的是前一部分的工作，軟件架構(gòu)師側(cè)重的是后一部分的工作。系統(tǒng)分析師的主要工作內(nèi)容包括業(yè)務(wù)需求分析、系統(tǒng)需求分析、可行性分析以及建模等，其特點是更多地與行業(yè)專家、用戶溝通，再及時與項目經(jīng)理(項目管理師)、軟件架構(gòu)師以及老板商討，分析項目具備的特點、成本、風(fēng)險等，考慮實現(xiàn)的模型。系統(tǒng)分析師所面臨的往往是有許多不確定性的事件，需要對這些不確定的事件進行分析、總結(jié)，使之得出一個相對可靠的確定性結(jié)論或?qū)嵤┓桨改Ｐ汀?/p>

軟件架構(gòu)師的主要工作內(nèi)容就是在系統(tǒng)需求比較清晰的條件下進行系統(tǒng)總體的架構(gòu)設(shè)計，當然它也可能會涵蓋一些系統(tǒng)分析師和軟件設(shè)計師的工作內(nèi)容，但其特點是確定性的東西會多一些，力求為系統(tǒng)找到或架構(gòu)一個最優(yōu)的模型。這里面雖然可能有很多創(chuàng)新的成分，但更重要的是如何充分運用現(xiàn)有的各種模型、結(jié)構(gòu)、方案，并根據(jù)項目的特點，在各種方案中取長補短，找到一個最好的平衡點和結(jié)合點，使之最適合當前項目的解決方案。所以，軟件架構(gòu)師實際上是使系統(tǒng)細致化、完善化，為擁有更好的可靠性提供保障。

在實際的職責(zé)上，軟件架構(gòu)師比系統(tǒng)分析師所站的角度更高一些。在大規(guī)模的軟件系統(tǒng)中，系統(tǒng)分析師可能就系統(tǒng)的某個子系統(tǒng)進行分析與設(shè)計，而軟件架構(gòu)師應(yīng)該對整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)負責(zé)。

3 軟件架構(gòu)師的培養(yǎng)與認證

3.1 軟件架構(gòu)師的培養(yǎng)

軟件架構(gòu)師一般都是具備計算機科學(xué)或軟件工程的知識，由程序員做起，然后再慢慢發(fā)展為架構(gòu)師的。在國內(nèi)，很多大學(xué)目前還沒有設(shè)立軟件架構(gòu)的學(xué)位課程，雖然IT業(yè)界對設(shè)計和架構(gòu)的興趣日漸高漲，但各學(xué)校還無法在課程中增加相應(yīng)的內(nèi)容來體現(xiàn)這一趨勢。從這個方面來說，學(xué)校教育已經(jīng)遠遠落后于產(chǎn)業(yè)發(fā)展。因此，促進和發(fā)展軟件架構(gòu)學(xué)課程的任務(wù)將落在現(xiàn)在的軟件架構(gòu)師身上。目前的軟件架構(gòu)師應(yīng)該幫助各大院校建立相關(guān)課程體系，一旦教育課程建立起來，知識體將不僅通過新畢業(yè)生的工作成果來得到擴展，同時也會從適合軟件架構(gòu)的教育研究和出版物中得到擴展。

雖然大學(xué)要加強軟件架構(gòu)學(xué)課程的建設(shè)，但是，軟件架構(gòu)師的成長應(yīng)該有一個實踐的教育過程，并不是簡單的學(xué)校的理論學(xué)習(xí)或者通過大型軟件公司的認證就能成為合格的軟件架構(gòu)師。除了信息系統(tǒng)綜合知識在學(xué)校學(xué)習(xí)外，軟件架構(gòu)師的大部分知識和經(jīng)驗將來自實際開發(fā)工作。一般來說，一名合格的軟件架構(gòu)師的成長應(yīng)該經(jīng)歷8年以上的軟件項目開發(fā)實際工作經(jīng)驗。一般需要經(jīng)歷程序員、軟件設(shè)計師等階段，然后再發(fā)展成為軟件架構(gòu)師。

當然，并不是每一位程序員經(jīng)過8年后都可以成長為軟件架構(gòu)師的。一個軟件工程師在充分掌握了軟件架構(gòu)師工作所必需的基本理論和技能后，如何得到和利用機會、如何利用所掌握的技能進行應(yīng)用系統(tǒng)的合理架構(gòu)、如何不斷地抽象和總結(jié)自己的架構(gòu)模式、如何深入行業(yè)成為能夠勝任分析、架構(gòu)為一體的精英人才，這就在于機遇、個人的努力和天賦了。

就目前來看，國內(nèi)軟件架構(gòu)師的培養(yǎng)途徑主要有兩種方式，一種是大學(xué)(軟件學(xué)院)教育方式，另一種是個人自我培養(yǎng)然后再進行相應(yīng)的培訓(xùn)和認證。但是，不管哪種方式都有其不足之處。

軟件學(xué)院的培養(yǎng)方式能夠系統(tǒng)地傳授軟件架構(gòu)師必需的知識體系，但是，軟件架構(gòu)師不是簡單的通過理論學(xué)習(xí)就能夠培養(yǎng)出來的，軟件學(xué)院的學(xué)生可能缺乏必要的設(shè)計、開發(fā)經(jīng)驗和相關(guān)的領(lǐng)域知識。盡管軟件學(xué)院也強調(diào)給予學(xué)生實踐的機會，但畢竟這種機會是有限的。有關(guān)“三分之一的師資來自企業(yè)”的規(guī)定，在部分軟件學(xué)院中也沒有得到真正落實，導(dǎo)致傳授給學(xué)生的還是一些純理論知識。

自我培養(yǎng)方式的主要對象是具有一定年限的軟件開發(fā)和設(shè)計人員，如Microsoft、IBM、Sun等公司的軟件架構(gòu)師認證對學(xué)員的基礎(chǔ)并沒有具體的要求，只要交納規(guī)定的費用，然后進行幾天的集中培訓(xùn)，通過考試就發(fā)給學(xué)員證書，甚至不需要考試就直接發(fā)放證書。這些開發(fā)人員在自我培養(yǎng)的過程中不一定能夠系統(tǒng)地學(xué)習(xí)軟件架構(gòu)師的理論知識，他們只具有一定的開發(fā)和設(shè)計經(jīng)驗，僅僅經(jīng)過幾天的培訓(xùn)，是不太可能培養(yǎng)出合格的軟件架構(gòu)師的。而且，作為某個廠商的培訓(xùn)和認證，其最終目的是培育自己的市場，培養(yǎng)一批忠誠的用戶，而不是為中國培養(yǎng)軟件架構(gòu)師。因此，也存在很大的問題和缺陷。

3.2 尋求合適的培養(yǎng)方法

針對軟件架構(gòu)師在軟件組織中的作用和其在國內(nèi)的培養(yǎng)現(xiàn)狀，作者認為有必要將軟件架構(gòu)師的教育、培訓(xùn)和認證作為發(fā)展民族軟件產(chǎn)業(yè)的一個基本決策，制定詳細的軟件架構(gòu)師培養(yǎng)方案。

(1) 確定軟件架構(gòu)師在軟件組織中的職責(zé)和充當?shù)慕巧?，確定其相應(yīng)的必須具備的知識體系，確定軟件架構(gòu)師的職業(yè)及其相關(guān)制度，制定軟件架構(gòu)師的培養(yǎng)目標和培養(yǎng)方案。

(2) 堅持以大學(xué)教育為主(特別是各軟件學(xué)院在這方面可以大施身手)，以項目實踐為輔的教育方針。大學(xué)可以聘請現(xiàn)有的軟件架構(gòu)師擔任核心課程的講師，通過學(xué)校教育，系統(tǒng)學(xué)習(xí)軟件架構(gòu)師所必需的知識體系；通過項目實踐使其具有初步的軟件開發(fā)和設(shè)計經(jīng)驗，逐步成長為一名合格的軟件架構(gòu)師。

(3) 對國外一些大公司的軟件架構(gòu)師的培訓(xùn)和認證予以支持，但是在認證的過程中必須堅持符合我國實際情況的原則。例如，在認證考試之前對考生的知識體系進行系統(tǒng)的測試和評估，在通過認證后的適當時間內(nèi)進行重新認證和繼續(xù)教育。

(4) 建立完善的軟件架構(gòu)師教育和認證制度，使得通過認證的人員能夠在實際的軟件開發(fā)中成為稱職的和優(yōu)秀的軟件架構(gòu)師，并通過此制度能夠為國家培養(yǎng)出更多、更優(yōu)秀的軟件架構(gòu)師，解決當前軟件架構(gòu)師急缺問題。

4 結(jié)束語

軟件架構(gòu)師是軟件組織中必不可少的人才，對軟件整體結(jié)構(gòu)及性能都起著重要的作用，直接關(guān)系到軟件產(chǎn)品的成功與否。但是當前絕大多數(shù)軟件組織都沒有配備專門的軟件架構(gòu)師，這對軟件組織和軟件產(chǎn)品都存在一定的隱患。因此對軟件架構(gòu)師這一角色必須有一個新的認識，對軟件架構(gòu)師的培養(yǎng)也要有一個詳細的方案和措施。

本文根據(jù)作者的實踐經(jīng)驗，基于作者的理解和認識，討論了軟件架構(gòu)師的角色定位和培養(yǎng)問題，旨在拋磚引玉。由于作者學(xué)識有限，其中觀點可能不完善，甚至有錯誤之處，歡迎同行和專家斧正。