一個通用的軟件質(zhì)量評估指標體系

摘要：軟件已成為人們工作和生活必不可少的助手和伴侶。軟件的質(zhì)量好壞直接影響了人們工作的效率和生活的水平。為確保軟件的質(zhì)量，需要一個系統(tǒng)的軟件質(zhì)量評估指標體系，本文參考了業(yè)內(nèi)軟件質(zhì)量評估指標，并結(jié)合多年軟件開發(fā)和運維經(jīng)驗，設計了一個通用的軟件質(zhì)量評估指標體系，根據(jù)此評估體系，我們可以對各種軟件的質(zhì)量進行較系統(tǒng)和全面地評估，從而有助于為軟件開發(fā)和維護工作提供參照，有助于全面保證和提高軟件的質(zhì)量。

關鍵詞：軟件；軟件質(zhì)量；評估指標

中圖分類號：TP311.52 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.03.012

本文著錄格式：翁秀木，一個通用的軟件質(zhì)量評估指標體系[J].軟件，2015，36（3）：59-63

0.引言

隨著IT技術，尤其是軟件技術的迅猛發(fā)展，軟件已成為人們工作和生活密不可分的一部分。例如本地PC辦公軟件、遠程網(wǎng)站、手機本地App等等。然而，軟件的質(zhì)量不佳也已成為影響人們工作和生活質(zhì)量的嚴重問題，例如，對于組織而言，例如金融機構(gòu)，軟件的質(zhì)量差，造成客戶資料流失，不僅形象受損，也還可能要遭受業(yè)界監(jiān)管部門的巨額罰款。而對于個人而言，軟件的質(zhì)量差，不僅會影響正常使用，甚至會危及個人的安全，例如個人帳號安全，個人隱私泄露等。尤其在移動互聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展的今天，這個問題尤其突出。

因此，如何確保軟件的質(zhì)量，是一個業(yè)內(nèi)一直以來都十分重視的問題。而軟件的生命周期與人的生命周期有許多相似之處，軟件的質(zhì)量評估與人的體檢也有許多相似之處。人的體檢會借助一個的健康評估指標體系，而軟件的質(zhì)量評估也需要一個全面的質(zhì)量評估指標體系。本文根據(jù)作者多年從事軟件開發(fā)和維護工作的實踐經(jīng)驗，并借鑒業(yè)內(nèi)相關的研究成果，設計出了一個通用的軟件質(zhì)量評估指標體系，該體系由兩個維度組成：軟件的運行和軟件的修改。

1.軟件質(zhì)量評估體系

1.1軟件的運行

軟件的運行指的是當軟件的設計、編碼和單元測試的工作完成后，進入系統(tǒng)集成測試、用戶測試、甚至上到生產(chǎn)環(huán)境上運行時，如何去評估軟件的質(zhì)量?？梢苑譃?個指標：正確性、可靠性、效率性、可用性和安全性。

1.1.1正確性

正確性指的是評估軟件是否能夠正確地反映業(yè)務功能的要求，是否能夠正確地為用戶提供基本的業(yè)務服務。

該指標的主要評估方法是，通過端對端的黑盒測試，根據(jù)測試用例，檢查軟件的功能是否符合需求規(guī)格說明書的要求。而在軟件編碼階段，可以通過運行單元測試腳本來進行正確性檢驗。

這是最基本的軟件質(zhì)量的評價要求。但在實際項目中，這往往會或多或少出現(xiàn)軟件在系統(tǒng)集成測試、用戶測試、甚至在生產(chǎn)環(huán)境上才發(fā)現(xiàn)軟件的功能與業(yè)務的要求不符。主要原因是雙方面的：一是業(yè)務方（包括業(yè)務分析師，即BA）沒有正確地描述需求。二是軟件的設計、代碼實現(xiàn)和測試方?jīng)]有正確地理解需求。

保證正確性的主要方法：（1）是業(yè)務方和軟件的設計和代碼實現(xiàn)方要強化溝通的有效性。例如極限編程思想提出的，雙方應該盡可能地面對面的溝通，其他形式的電話、電郵或即時通訊工具的溝通，都不如面對面溝通準確和有效。（2）是要有一份嚴謹而清晰的需求規(guī)格說明書，軟件設計、代碼實現(xiàn)和測試方的對需求的理解主要是以該需求規(guī)格說明書為準，需求規(guī)格說明書不嚴謹、不清晰勢必影響軟件的正確性。（3）是要有一套科學的需求管理流程和工具。在很多情景下，需求方對需求難以做到一開始就是十分準確的，需求的變更在整個項目的過程中都可能存在，尤其是根據(jù)迭代式開發(fā)和極限編程的思想，需求的變更是非常正常的，我們不能抗拒需求的變更，反而要擁抱需求的變更，要做到這點，就有必要有一套有效的需求管理流程和工具。

1.1.2可靠性

可靠性指的是評估軟件在如下三方面的表現(xiàn)：容錯性、出錯后的恢復能力、可伸縮性（scalability）。其中：（1）容錯性，評估軟件運行出錯時，可否自動糾錯，而不影響在線用戶的使用，不影響后臺程序的繼續(xù)運行。（2）出錯后的恢復能力，評估軟件運行出錯后，要耗費多少時間和其他資源才能恢復運行。（3）可伸縮性，評估軟件在負載大，尤其是用戶劇增時，是否還能繼續(xù)保證正常運行。另外，在負載小時，軟件是否可以在足以支撐高質(zhì)量服務的前提下，使用盡量少的資源。

可靠性指標的常用評估方法是：（1）容錯性，模擬出錯情景，觀察軟件的反映。例如，模擬將某個主文件刪去，看當軟件找不到主文件時，是否可以自動找其備份文件代替。（2）出錯后的恢復能力，可從流程（Process）、人（People）和技術（Technology）三個方面來衡量，流程方面，是否存在著合理的、有效的出錯恢復流程。人方面，是否存在著擁有扎實運維知識的工程師隊伍。技術方面，是否存在著支持快速、完整地恢復錯誤的技術，例如備份數(shù)據(jù)庫。（3）可伸縮性，在測試階段，常常利用壓力測試工具來模擬軟件負載劇增時的情境，如Load Runner和Win Runner。借此檢測軟件系統(tǒng)的抗壓能力。

因此，要提高可靠性，（1）在容錯性上，從代碼級別來看，不僅要保證軟件在“正常”情境下可運行，而且要考量各種“異?！鼻榫常糗浖强梢曰謴偷?，就應該有健全的異常處理代碼，使軟件能從異常中自動恢復，而不影響前臺用戶的使用或后臺程序的繼續(xù)運行。從系統(tǒng)級別來看，軟件若能有多個備份，例如Web應用同時部署在多個Web服務器上，若某個Web服務器上的應用訪問失敗，系統(tǒng)會自動切換到其他Web服務器上的應用，這個切換對用戶是透明的，從而提高了容錯性。（2）出錯后的恢復能力。從流程、人和技術上看。既要有一個科學的應錯流程，又要有一支出色的排錯工程師隊伍，還要有一套完善的監(jiān)錯、查錯和糾錯軟硬件技術。（3）可伸縮性?？梢杂脤崿F(xiàn)負載均衡的軟硬件技術，提高軟件系統(tǒng)的可伸縮性。

1.1.3效率性

效率性指從時間和空間（內(nèi)存、磁盤和網(wǎng)絡帶寬）兩方面來評估軟件的效率。

軟件運行的時間效率也可以通過端對端的黑盒測試來評估，例如選取最復雜的業(yè)務功能模塊，測量用戶發(fā)出請求后，要多長時間，該功能才可執(zhí)行完畢?？臻g方面的測試，需要在客戶端和服務器端，衡量軟件運行時的內(nèi)存和磁盤占用量，而網(wǎng)絡帶寬測試可以使用專門的網(wǎng)絡測速工具。

要提高軟件的時間和空間效率。（1）從時間上說，可以提高算法的時間復雜度，用優(yōu)良的算法來減少復雜模塊的時間消耗，另外，一般而言，磁盤讀寫的時間會遠慢于內(nèi)存讀寫的時間，過多的磁盤讀寫勢必會降低軟件的時間效率，因而若能盡可能把磁盤讀寫轉(zhuǎn)換為內(nèi)存讀寫，就可以大大提高時間效率。另外，對于有網(wǎng)絡調(diào)用的軟件而言，過多的網(wǎng)絡調(diào)用也必然會降低時間效率，因而盡量減少網(wǎng)絡調(diào)用，就可大大提高軟件的時間效率。并且，對于高耗時的動作，可以考慮用多線程的技術來實現(xiàn)，當然也可以用多進程來實現(xiàn)，但多進程之間的通信會比多線程慢。（2）從空間上說，磁盤和內(nèi)存的空間占用，后者對軟件的效率影響更大，尤其是在資源有限環(huán)境下的運行的軟件對內(nèi)存空間占用更加敏感，如智能家居、智能穿戴等軟件。一方面注意合理地管理內(nèi)存，一方面要盡量優(yōu)化算法，使得內(nèi)存空間占用量盡可能少。而對于有網(wǎng)絡調(diào)用的軟件，網(wǎng)絡帶寬的占用也是影響效率的重要因素，應該盡可能地減少通過網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸量，例如用各種緩存技術。

1.1.4可用性

可用性指從用戶體驗上來評估軟件的可操作性、易學性、可理解性等。

軟件的用戶界面美觀是重要的，但可用性高是更重要的，如何提高軟件的可用性。正如雅各布尼爾森所說，可以從十個方面來衡量：（1）系統(tǒng)狀態(tài)的可見性。軟件系統(tǒng)應該始終讓用戶知道當前正在做什么，這可通過在適當?shù)臅r間內(nèi)得到適當?shù)姆答亖韺崿F(xiàn)。（2）系統(tǒng)和真實世界的匹配。軟件系統(tǒng)應該采取用戶的語言與用戶交互，即用戶熟悉的詞句、概念等，而盡量不要用系統(tǒng)術語。同時要遵循真實世界的習慣，使得信息能以自然的、符合邏輯的順序來呈現(xiàn)。（3）用戶控制和自由。用戶時常會錯誤地選擇了某個系統(tǒng)功能，進入某個不期望的狀態(tài)，這時需要有一個清晰的出口，使得用戶能夠簡便地退出。例如支持撤銷和重做功能。（4）一致性和標準。要確保軟件系統(tǒng)的整體風格一致性，不要讓用戶對不同的詞句、狀態(tài)和動作是否代表同一件事情而困擾。（5）錯誤避免。清晰而準確的錯誤消息是必要的，但最好能通過細心的設計避免錯誤的發(fā)生，比如消除錯誤發(fā)生的前提條件，或者在用戶確定提交請求之前，檢驗用戶將要提交的信息是否合法，并提供一個確認頁面讓用戶再次確認將要提交的信息。（6）識別而非回想。也就是說，有關系統(tǒng)使用的提示信息應該是可見的、或可適時獲得的，從而，用戶可以快速識別該怎么做，而不需要費時回想過去是怎么做的。（7）使用的靈活性和效率性。對于軟件系統(tǒng)的高級用戶，應該有些渠道使之能快速地進行某些操作，如快捷鍵。并且，能讓用戶可以自定義一些經(jīng)常性操作的快捷訪問方式。（8）簡約式的設計。與用戶的任何交互界面都盡量剔除不相干的、或者極少需要的信息。（9）幫助用戶辨別和診斷錯誤，并從錯誤中恢復。錯誤信息要以自然的語言來表述（不要用代碼），要精確地描述錯誤，建設性地提出解決方法。（10）幫助和文檔。雖然最好軟件系統(tǒng)能夠不需要文檔即可使用，但是提供足夠的幫助和文檔也是需要的。并且，應該讓用戶可以較容易地查到幫助信息，幫助信息應該關注于用戶的任務，列出具體的執(zhí)行步驟，但也不要太繁瑣。

1.1.5安全性

安全性指從機密性（confidentiality）、完整性（Integrity）和可訪問性（Availability）三方面來評估軟件的質(zhì)量。機密性，指的是避免信息或數(shù)據(jù)被未授權用戶獲取。完整性指的是避免信息或數(shù)據(jù)被未授權用戶篡改?？稍L問性指的是保證信息或數(shù)據(jù)在需要時可以被訪問。

為提高軟件的安全性，（1）應確保信息和數(shù)據(jù)的機密性，從整體系統(tǒng)設計來看，要有完善的認證和授權機制。從代碼級別來看，代碼編寫要可以防止為了獲取非授權信息的常見代碼安全攻擊，例如，主要針對Web應用軟件的SQL注入攻擊和跨站點腳本攻擊，這可以通過恰當?shù)拇a來避免。（2）應確保信息和數(shù)據(jù)的完整性。例如信息和數(shù)據(jù)的傳播渠道要有足夠的安全級別，例如客戶端訪問服務器端的認證模塊應該用安全級別更高的https協(xié)議，而不要用簡單的http協(xié)議。（3）應確保信息和數(shù)據(jù)的可訪問性。一方面可從硬件上來提高，例如使用高訪問性的服務器集群。另一方面可從軟件上來提高，例如可以通過合理的代碼設計，避免惡意客戶多次反復提交請求而導致的內(nèi)存溢出等錯誤。

1.2軟件的修改

軟件系統(tǒng)的生命周期通常包括初始化、計劃、需求分析、設計、測試、實施、運營和維護、乃至終止下線等多個步驟。在這其中，軟件運營和維護的成本是最高的。常占軟件生命周期總成本約七成。因此，評估軟件的質(zhì)量，不單要衡量軟件運行時的指標，還要看軟件進入維護階段時軟件修改的指標。可分為6項：可維護性、可測試性、可讀性、簡單性、可移植性和可重用性。

1.2.1可維護性

維護往往是軟件生命周期中成本最大的階段。軟件必須強調(diào)可維護性，努力做到修改現(xiàn)有代碼時，盡量少影響其他代碼，增加新功能時，盡量少影響現(xiàn)有功能。例如，遵循開閉原則，Software entities（classes，modules，functions，etc.）should be open for extension，but closed for modification，即軟件應追求只需較少修改、甚至無需修改，就可擴展。

軟件要提高可維護性，就要盡量提高軟件實體（包括類、模塊和函數(shù)等）的內(nèi)聚性，一般而言，若能做到單一實體只承擔單一職責，就可有較高的內(nèi)聚性。提高了軟件實體的內(nèi)聚性，并盡可能降低實體之間的耦合性，軟件維護時，就能更好地實現(xiàn)“增加新功能實體時，不修改舊功能實體”。另外，對于遵循面向?qū)ο笏枷氲能浖裕谠O計時遵循面向接口、依賴倒轉(zhuǎn)等原則，也可以提高軟件的可維護性，容易擴展且基本無需修改原代碼。

1.2.2可測試性

可測試性指在對軟件進行黑盒或白盒測試時的難易程度。因為當軟件在運維期需要查錯、修改時，常常需要對軟件進行測試。軟件的易測性直接決定了是否能在有限的生產(chǎn)環(huán)境維護時間窗內(nèi)快速地糾錯，直接決定了軟件修改項目進行階段的成本。因此，如何提高軟件的可測試性，也是軟件設計階段必須謹慎考量的一個重要方面，因為它影響了軟件修改時的效率，影響了軟件的質(zhì)量。

1.2.3可讀性

可讀性指軟件的需求、設計架構(gòu)、源碼、測試用例、運行時所依賴的軟硬件平臺，是否容易被理解，被讀懂。有完善易懂的軟件需求相關資料，軟件修改時才能更好地理解當前需求。有科學合理的設計架構(gòu)，軟件修改時才能更快地掌握當前架構(gòu)。有簡約明了的源碼（包括代碼風格和注釋），軟件修改時才能更有效地讀懂、修改源碼。有清晰規(guī)范的測試用例等有關測試的資料，軟件修改時才能更好地避免改動對原有功能的影響。有全面詳細的軟件硬件平臺資料，軟件修改時才能更準確地將改動部署上線。

1.2.4簡單性

簡單性指軟件的設計和編碼、包括其他的需求、測試和部署文檔，是否能遵循簡約的風格。正如極限編程思想所倡導的：The simplest thing that could possibly work，即讓軟件能用最簡單的方式保證正常運作。Spring框架的發(fā)明者Rod Johnson也說過：好的工程實踐并不一定非要用復雜的方法來實現(xiàn)。只有這樣，才能讓現(xiàn)有的軟件設計架構(gòu)、源碼、需求規(guī)格說明書、測試用例文檔、部署文檔等更容易被理解，從而才能更好地降低軟件修改時的成本。

1.2.5可移植性

可移植性指軟件在不同軟硬件環(huán)境中遷移時，是否能做到遷移成本低，且各種功能和性能指標也不受影響。讓橘生于淮南為橘，生于淮北也須為橘，而不能為枳。例如，當軟件在遷移到不同的操作系統(tǒng)平臺時，是否需要重新編譯，甚至重新編碼。或者遷移到不同的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)時，是否需要重新編碼。尤其是所處軟硬件環(huán)境較復雜的軟件系統(tǒng)，可移植性更為重要。

1.2.6可重用性

可重用性指軟件實體（如類、模塊和函數(shù)）能否被其他軟件實體重用，并且能以較低成本重用。甚至是軟件本身，能否作為一個整體的服務，被其他軟件系統(tǒng)直接調(diào)用。

要做到軟件實體的可重用性高，同樣也要遵循“單一職責”的設計思想，提高軟件實體的內(nèi)聚性，降低耦合性，就可以較好地實現(xiàn)重用現(xiàn)有實體。

2.小結(jié)

以上從軟件運行和修改兩個維度，設計了一個軟件質(zhì)量評估體系，即軟件運行時的正確性、可靠性、效率性、可用性、安全性，軟件修改時的可維護性、可測試性、可讀性、簡單性、可移植性、可重用性。這個質(zhì)量評估體系是通用的，軟件不論基于何種業(yè)務功能，不論基于何種技術環(huán)境，都可采用這個評估體系對質(zhì)量進行系統(tǒng)的全面評估。未來的研究，還需要對如何衡量這些指標、如何提高軟件的質(zhì)量做更深入的分析，期望能對軟件的設計、編碼、測試、實施和運維等工作有一定幫助。