基于敏捷開發(fā)模式的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

于麗

摘要：軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)是軟件開發(fā)過程中非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，為了能夠及時(shí)應(yīng)對(duì)軟件開發(fā)中用戶需求的變化，應(yīng)當(dāng)采用方便快捷的輕量級(jí)開發(fā)模式。敏捷開發(fā)采用的是一種以人為核心的、循序漸進(jìn)的開發(fā)流程，能夠快速響應(yīng)軟件需求的變化，及時(shí)調(diào)整軟件架構(gòu)的設(shè)計(jì)思路，比較適應(yīng)動(dòng)態(tài)環(huán)境下的軟件開發(fā)。該文在對(duì)傳統(tǒng)開發(fā)流程和敏捷開發(fā)流程進(jìn)行分析比較的基礎(chǔ)上，對(duì)敏捷架構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行剖析，結(jié)合實(shí)際的項(xiàng)目提出了一種基于敏捷開發(fā)模式的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：敏捷開發(fā)模式；軟件架構(gòu)；重構(gòu)技術(shù)；迭代

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）06-0091-02

軟件開發(fā)通常需要在完成問題的定義和規(guī)劃的基礎(chǔ)上，經(jīng)歷需求分析、軟件設(shè)計(jì)、編寫代碼和軟件測(cè)試等四個(gè)階段[1]，其過程是一個(gè)復(fù)雜、甚至循環(huán)反復(fù)的過程。傳統(tǒng)的開發(fā)方法通常需要在進(jìn)行具體的開發(fā)之前確定用戶的全部需求，然后據(jù)此制定一個(gè)跨越整個(gè)軟件項(xiàng)目開發(fā)周期的詳細(xì)計(jì)劃，之后的開發(fā)過程均以此為依據(jù)。這種開發(fā)模式的優(yōu)點(diǎn)是可以很好地保持整個(gè)軟件設(shè)計(jì)的一致性，而缺點(diǎn)就是一旦情況發(fā)生改變，需要調(diào)整框架結(jié)構(gòu)，這個(gè)詳細(xì)的計(jì)劃就有可能作廢，導(dǎo)致產(chǎn)生大量的沒有應(yīng)用價(jià)值的復(fù)雜文檔，無謂地提高了軟件開發(fā)的成本和難度。為了規(guī)避上述這些傳統(tǒng)的重型開發(fā)方法的弊端，近年來出現(xiàn)一種新的輕量級(jí)軟件開發(fā)方法——敏捷開發(fā)方法，該方法是一種典型的輕型軟件開發(fā)方法，它集眾多輕型軟件開發(fā)方法的優(yōu)點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)以人為本，突出“適應(yīng)性”的特點(diǎn)[2]，能夠快速根據(jù)軟件開發(fā)過程中的各種變化及時(shí)作出調(diào)整，最大限度降低軟件開發(fā)的成本和風(fēng)險(xiǎn)。

本文在比較敏捷開發(fā)與傳統(tǒng)開發(fā)方法的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析了敏捷開發(fā)模式的核心思想和設(shè)計(jì)理念，結(jié)合具體項(xiàng)目探討了基于敏捷開發(fā)模式的軟件架構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，包括采用的設(shè)計(jì)技術(shù)、構(gòu)建思路和執(zhí)行規(guī)范等。

1 敏捷開發(fā)模式與傳統(tǒng)開發(fā)方法的比較

敏捷開發(fā)是近來備受關(guān)注的軟件開發(fā)方法，它是一種基于迭代思想的軟件開發(fā)方式，以人為核心驅(qū)動(dòng)整個(gè)軟件開發(fā)流程的實(shí)施和推進(jìn)，它是管理軟件開發(fā)過程的一種新方法和新思路。在敏捷軟件開發(fā)中，軟件項(xiàng)目被劃分成若干個(gè)子項(xiàng)目，通過多次迭代細(xì)化完成，每次迭代都有明確的目標(biāo)并能快速交付可運(yùn)行的軟件[3]。敏捷開發(fā)側(cè)重概念和軟件架構(gòu)的設(shè)計(jì)而簡化軟件的詳細(xì)設(shè)計(jì)部分，為后期留下調(diào)整的空間。采用敏捷開發(fā)的軟件項(xiàng)目時(shí)，其軟件架構(gòu)在初期的設(shè)計(jì)只是做到剛好滿足需求即可，后期根據(jù)對(duì)于軟件需求的理解和更新需求，采用重構(gòu)技術(shù)逐步調(diào)整設(shè)計(jì)。敏捷開發(fā)由一組簡單卻相互依賴的實(shí)踐步驟結(jié)合而形成的有機(jī)整體，突出了存在于“人”之間的關(guān)聯(lián)，包括程序員之間的溝通、開發(fā)團(tuán)隊(duì)與客戶之間的反饋，注重雙方創(chuàng)新的勇氣和軟件系統(tǒng)的簡單 [4]。通常從軟件項(xiàng)目啟動(dòng)之初，就強(qiáng)調(diào)通過周期性的軟件測(cè)試來獲得需求反饋，程序員盡可能早地把軟件初稿交給客戶使用，并配合客戶通過使用該軟件發(fā)現(xiàn)其中的漏洞，進(jìn)而對(duì)軟件的初稿進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)及時(shí)應(yīng)對(duì)客戶對(duì)軟件提出的新的需求。表1顯示了敏捷開發(fā)模式與傳統(tǒng)開發(fā)方法的區(qū)別和優(yōu)勢(shì)。

表1 敏捷開發(fā)模式與傳統(tǒng)開發(fā)模式的比較

[開發(fā)階段＼&方法對(duì)比＼&敏捷開發(fā)模式＼&傳統(tǒng)開發(fā)模式＼&需求分析＼&將用戶需求進(jìn)行分解，形成開發(fā)故事，通過迭代細(xì)化，增加新的用戶故事＼&開發(fā)初始階段獲取用戶需求，制作詳細(xì)的需求分析文檔，該文檔指導(dǎo)整個(gè)開發(fā)周期＼&軟件設(shè)計(jì)＼&根據(jù)客戶的當(dāng)前需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，最簡單的既是最好的，不過分構(gòu)建，不做預(yù)先設(shè)計(jì)＼&獲得用戶需求文檔后，嚴(yán)格按照文檔實(shí)施設(shè)計(jì)＼&代碼編寫＼&利用重構(gòu)技術(shù)簡化代碼，編程人員與測(cè)試人員結(jié)對(duì)編寫通過測(cè)試的代碼，持續(xù)集成＼&由編程人員編寫，由測(cè)試人員對(duì)代碼進(jìn)行審核＼&軟件測(cè)試＼&在編寫代碼之前先編寫測(cè)試代碼，自動(dòng)化完成測(cè)試＼&編碼完成后單獨(dú)進(jìn)行各種測(cè)試＼&]

從表1可以看出，敏捷開發(fā)對(duì)傳統(tǒng)的軟件開發(fā)的四個(gè)階段都進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)，模糊了“階段”的概念，避免了傳統(tǒng)軟件開發(fā)方法的繁瑣和死板，使其更加靈活，可以及時(shí)響應(yīng)客戶的最新需求動(dòng)態(tài)調(diào)整開發(fā)過程和軟件架構(gòu)，將簡單的、不多的開發(fā)步驟不斷迭代細(xì)化、優(yōu)化改進(jìn)為用戶最為滿意的結(jié)果。

2 基于敏捷開發(fā)模式的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

通過前面的分析，基于敏捷開發(fā)的架構(gòu)設(shè)計(jì)包括三方面的核心要素：一是敏捷架構(gòu)設(shè)計(jì)的整體思路；二是敏捷架構(gòu)設(shè)計(jì)所采用的關(guān)鍵技術(shù)；三是設(shè)計(jì)和執(zhí)行過程的規(guī)范化管理。

2.1 設(shè)計(jì)思路

敏捷開發(fā)的突出優(yōu)勢(shì)在于以快速的、增量式的開發(fā)方式，第一時(shí)間將可工作的軟件交付客戶手中，然后根據(jù)與客戶的交流，反饋軟件的使用情況，根據(jù)客戶需求調(diào)整軟件結(jié)構(gòu)。它是一種始終以人為核心的，迭代升華、循序漸進(jìn)的開發(fā)方法，這一思想貫穿敏捷軟件開發(fā)的方方面面。對(duì)于軟件架構(gòu)的設(shè)計(jì)也遵循這一原則，圖1顯示了基于敏捷開發(fā)模式的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)過程。

從圖1可以看出，敏捷型軟件的開發(fā)過程也是軟件功能逐漸完善，版本逐漸升級(jí)的過程。換句話說，敏捷開發(fā)中架構(gòu)設(shè)計(jì)采用的是進(jìn)化式的設(shè)計(jì)方法，即在軟件開發(fā)的整個(gè)周期中，通過一次又一次的迭代細(xì)化來修改、完善和充實(shí)設(shè)計(jì)方案，使得架構(gòu)獲得最優(yōu)化，最大限度滿足客戶對(duì)軟件的需求。需要注意的是，采用進(jìn)化式的軟件架構(gòu)方法應(yīng)遵循三個(gè)原則：1）當(dāng)前迭代架構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)最大限度避免傷害已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的架構(gòu)和功能；2）當(dāng)前迭代架構(gòu)的實(shí)際應(yīng)當(dāng)與鄰域模型始終保持一致，避免鄰域誤解而造成開發(fā)成本的增加；3）架構(gòu)設(shè)計(jì)要完整，架構(gòu)模型的各個(gè)層次應(yīng)當(dāng)統(tǒng)一。

在敏捷開發(fā)中，每一次迭代的架構(gòu)設(shè)計(jì)過程大概需要經(jīng)過6個(gè)環(huán)節(jié)，首先根據(jù)用戶的整體需求提取出當(dāng)前迭代中的需求，然后進(jìn)行鄰域建模，隨后根據(jù)該模型進(jìn)行概念性架構(gòu)設(shè)計(jì)，若此次設(shè)計(jì)符合客戶需求，下一步進(jìn)行軟件架構(gòu)的細(xì)化，之后是對(duì)該架構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行用戶的驗(yàn)證，如果用戶的需求發(fā)生變化，則重新進(jìn)行第一階段的需求分析。

2.2關(guān)鍵技術(shù)

敏捷開發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)有兩個(gè)方面，一是重構(gòu)技術(shù)，在敏捷開發(fā)中就是通過重構(gòu)技術(shù)快速適應(yīng)不斷變化和頻頻變更的設(shè)計(jì)環(huán)境的。所謂重構(gòu)，就是充分利用軟件現(xiàn)有的功能，通過對(duì)整體架構(gòu)和程序代碼的局部調(diào)整，提高軟件質(zhì)量和性能，使軟件架構(gòu)的設(shè)計(jì)模式更加合理化，提高軟件的延伸性。本質(zhì)上說，重構(gòu)就是在盡量保留軟件現(xiàn)有功能的基礎(chǔ)調(diào)整軟件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低軟件的升級(jí)成本。重構(gòu)技術(shù)貫穿軟件開發(fā)的整個(gè)過程，包括架構(gòu)重構(gòu)、設(shè)計(jì)重構(gòu)、代碼重構(gòu)和業(yè)務(wù)重構(gòu)等[5]。二是設(shè)計(jì)模式，在軟件的重構(gòu)過程中，通常使用設(shè)計(jì)模式來改進(jìn)已有的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)模式實(shí)際上是眾多軟件開發(fā)人員在開發(fā)過程總結(jié)出來的技巧和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可以反復(fù)借鑒。在敏捷開發(fā)中，代碼重構(gòu)階段可以借助設(shè)計(jì)模式，使程序更加可靠和便于理解。敏捷開發(fā)中的設(shè)計(jì)模式如圖2所示。

2.3 過程管理

根據(jù)敏捷開發(fā)的簡單、溝通、反饋、勇氣、快速交付可工作軟件等基本原則，一個(gè)成功的敏捷架構(gòu)需要開發(fā)團(tuán)隊(duì)相互合作共同完成以下四個(gè)步驟：第一，由產(chǎn)品負(fù)責(zé)人制定產(chǎn)品列表，并對(duì)列表中用戶故事按照優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排序，然后從中選擇一組作為當(dāng)前設(shè)計(jì)目標(biāo)，羅列出其中的子任務(wù)；第二，由架構(gòu)師制定初始架構(gòu)，包括架構(gòu)愿景的確立、架構(gòu)樣式的定位和設(shè)計(jì)模式的建立等；第三，架構(gòu)師和團(tuán)隊(duì)增量維護(hù)架構(gòu)，即在客戶對(duì)于交付的產(chǎn)品有新的需求或者需求發(fā)生改變時(shí)，應(yīng)及時(shí)給予響應(yīng)，架構(gòu)師應(yīng)當(dāng)與團(tuán)隊(duì)之間不斷進(jìn)行溝通，促進(jìn)整個(gè)團(tuán)隊(duì)與整體架構(gòu)的認(rèn)識(shí)，通過重構(gòu)的方式增量維護(hù)架構(gòu)；第四，確定每次迭代架構(gòu)增量內(nèi)容，通過架構(gòu)師和團(tuán)隊(duì)成員的溝通，獲得對(duì)于架構(gòu)的反饋意見，獲得新增的架構(gòu)內(nèi)容。

一般來說，所有的建模都是在白板上完成的“足夠”的建模，通過以上四個(gè)步驟，模型會(huì)隨著每次迭代慢慢成長、逐步改進(jìn)，最終完全符合用戶的需求。

3 敏捷開發(fā)模式在“在線教學(xué)系統(tǒng)”項(xiàng)目軟件架構(gòu)中的應(yīng)用

該在線教學(xué)系統(tǒng)是一個(gè)面向高職院校的中小型軟件開發(fā)項(xiàng)目，由于項(xiàng)目的開發(fā)周期較短，用戶需求不明確，因而該系統(tǒng)的客戶需求極可能發(fā)生變化，此種情況下，采用簡單快捷、適應(yīng)能力強(qiáng)的輕型敏捷開發(fā)模式再合適不過。下面結(jié)合該項(xiàng)目的開發(fā)實(shí)際闡述敏捷軟件開發(fā)方法的具體應(yīng)用。

3.1 初始化功能模塊的確定

敏捷軟件開發(fā)強(qiáng)調(diào)現(xiàn)場(chǎng)客戶的參與。在軟件開發(fā)過程中，開發(fā)人員隨時(shí)與該軟件的主要客戶，如教師、學(xué)生登溝通相關(guān)業(yè)務(wù)問題、、匯報(bào)項(xiàng)目進(jìn)展情況，并獲得反饋與支持。根據(jù)此項(xiàng)目的用戶需求，確定了最初的用戶故事，選擇在線考試子模塊為優(yōu)先實(shí)現(xiàn)的功能模塊，如圖3所示。

3.2 迭代式開發(fā)

軟件開發(fā)小組根據(jù)架構(gòu)師提出的初始軟件架構(gòu)，由編程人員和測(cè)試人員兩兩結(jié)對(duì)共同進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)、編碼和測(cè)試，整個(gè)過程遵循簡單、重構(gòu)、集體所有的原則， 便于優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)以消除冗余，提高代碼的質(zhì)量和可讀性。開發(fā)人員應(yīng)當(dāng)盡快將初始的架構(gòu)予以實(shí)現(xiàn)并交付客戶試用，獲得反饋意見。根據(jù)用戶的反饋信息，在“在線教學(xué)系統(tǒng)”項(xiàng)目中，在線考試子模塊需要增加身份驗(yàn)證模塊、輸入有效性驗(yàn)證以及信息加密存儲(chǔ)等系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)內(nèi)容。

3.3 小型發(fā)布

敏捷軟件開發(fā)要求結(jié)合業(yè)務(wù)和技術(shù)情況，快速交付可工作的產(chǎn)品，并確定下一次發(fā)布的范圍，即小型發(fā)。結(jié)合本系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間要求，整個(gè)開發(fā)周期的發(fā)布計(jì)劃如表2 所示。

4 結(jié)束語

本文詳細(xì)分析了敏捷開發(fā)模式中軟件架構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，并系統(tǒng)闡述了敏捷開發(fā)實(shí)際軟件開發(fā)案例“在線教學(xué)系統(tǒng)”項(xiàng)目中的應(yīng)用，充分顯示了敏捷開發(fā)的簡潔性和靈活性的特點(diǎn)。

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