104. 软件工程的开发过程几种模型（瀑布模型、快速原型开发模型、增量模型、迭代模型、螺旋模型）

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1.前言

我们说软件工程=过程+工具+方法；
那么本节内容就聊一聊过程,即软件从无到有的一个过程，它有很多种方法，这些方法被称为一个又一个模型。这些常见模型有：瀑布模型、快速原型开发模型、增量模型、迭代模型、螺旋模型，还有敏捷模型，由于篇幅较长，下一篇笔记再总结。

2.瀑布模型–按阶段严格完成

• 可以这么说：瀑布模型算是现代软件工程的起源，软件工程的发展，很大部分都是构建于瀑布模型的基础之上的·。软件工程的很多内容，都是源自瀑布模型的衍生，或者其中某个阶段的细分。

（1）瀑布模型把整个项目过程分成了六个主要阶段：

一、问题的定义及规划
这个阶段是需求方和开发方共同确定软件开发目标，同时还要做可行性研究，以确定项目可行。这个阶段会产生需求文档和可行性研究报告。

二、需求分析
对需求方提出的所有需求，进行详细的分析。这个阶段一般需要和客户反复确认，以保证能充分理解客户需求。最终会形成需求分析文档。

三、软件设计
根据需求分析的结果，对整个软件系统进行抽象和设计，如系统框架设计，数据库设计等等。最后会形成架构设计文档。

四、程序编码
将架构设计和界面设计的结果转换成计算机能运行的程序代码。

五、软件测试
在编码完成后，对可运行的结果对照需求分析文档进行严密的测试。如果测试发现问题，需要修复。最终测试完成后，形成测试报告。

六、运行维护
在软件开发完成，正式运行投入使用。后续需要继续维护，修复错误和增加功能。交付时需要提供使用说明文档。

• 瀑布模型在提出后，因为其简单可行，切实有效，马上就在很多软件项目中应用起来，一直到 2000 年前后，都是最主流的软件开发模型，即使到现在，你也能在很多软件项目中看到它的影子。

软件生命周期：软件生命周期是软件的产生直到报废或停止使用的生命周期。而像瀑布模型这样，通过把整个软件生命周期划分为若干阶段来管理软件开发过程的方法，叫软件生命周期模型。

• 虽然现在瀑布模型已经不是最主流的开发模式，那为什么我们现在还要学习瀑布模型呢？

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• 因为不管什么软件项目，不管采用什么开发模式，有四种活动是必不可少的，那就是·需求、设计、编码和测试。而这四项活动，都是起源自瀑布模型，也是瀑布模型中核心的部分。

（2）举个例子来理解瀑布模型

我们拿盖房子的过程来看看瀑布模型。

• 客户想要盖一栋房子（初步的想法）。
• 客户一开始可能没想清楚想要什么样子的房子。（客户对需求还不清楚）
• 施工方开始找客户确认：用途是什么，要个几层的房子，什么建筑风格，希望什么时间完工，预算多少。（问题定义）
• 施工方根据客户提的需求，对比工期和预算，评估是不是值得做。（可行性研究）
• 施工方评估后觉得可行，于是和客户签订合同，约定价钱和工期。（立项，制定项目计划）
• 施工方开始跟客户沟通确认需求，例如每层户型如何，将来的装修风格等。（需求分析）
• 确认完需求后，施工方开始出建筑施工图，还画了漂亮的建筑效果图。（系统设计和 UI 设计）
  施工方按照设计图开始施工。（程序编码）
• 这期间如果客户去参观施工情况，客户只能看到毛胚，只有最后施工完成才能看到最终样子。（在中间客户看不到结果，只有最后能看到结果）
• 原定二层是两个卧室，在房子施工过程中，突然客户说两个卧室不够，要改成三个卧室。这意味着施工方要对施工图重新设计，很多已经建好的房间要拆掉重建。（瀑布模型是很难响应需求变更的，而且越到后期代价越大）
• 工程质量检查人员对施工结果进行质量检测，如果不满足质量要求，需要修改。（测试）
• 最后验收通过后，客户入住。（上线）

（3）优缺点

（4）解决的重要问题

瀑布模型的出现，也解决了软件项目开发中的几个重要问题。

• 让软件开发过程有序可控。瀑布模型的每个阶段都有明确的任务，每个阶段都有明确的交付产物，都有相应的里程碑。这些让整个过程更可控，而且能及早发现问题。
• 让分工协作变成可能。瀑布模型的六个阶段，也让软件开发产生相应的基础分工：项目经理、产品经理、架构师、软件工程师、测试工程师、运维工程师。
• 质量有保障。瀑布模型每个阶段都需要交付相应的文档，而文档的撰写和评审，可以帮助在动手之前把问题沟通清楚，想清楚。瀑布模型在编码结束后，会有严密的测试，只有测试验收通过后，才能上线发布。这些措施都让软件的质量更有保障。

3.快速原型模型–低成本快速的确认需求

（1）类比介绍

• 快速原型模型，就是为了要解决客户的需求不明确和需求多变的问题。用于低成本快速的确认需求,没必要花太长时间在代码质量上，赶紧做出来才是王道

• 先迅速建造一个可以运行的软件原型，然后收集用户反馈，再反复修改确认，使开发出的软件能真正反映用户需求，这种开发模型就叫快速原型模型，也叫原型模型。

• 这就好比客户想要盖房子，但是他没想好要盖成什么样子，于是施工方就先搭了一栋彩钢房（就像工地里面搭的临时房子），让客户先用起来，然后再给反馈调整。

• 因为彩钢房搭建简单快速，改起来也相对容易。等到客户确定好需求，再在已经搭好的彩钢房的基础上完善，或者直接重新按照确定好的需求造房子。

• 不过，这样做也有一个问题，用彩钢房这种方式盖房子虽然快，但是 房子质量不会太好，住的不算舒服，想有点个性化的风格也难。

• 同样的道理，也适用于软件项目。彩钢房就像是软件原型，重点是反映软件核心功能和交互，功能可以是不完整的，可靠性和性能要求不高，但开发速度可以很快。

• 原型模型因为能快速修改，所以能快速对用户的反馈和变更作出响应，同时原型模型注重和客户的沟通，所以最终开发出来的软件能够真正反映用户的需求。

• 但这种快速原型开发往往是以牺牲质量为代价的。

• 在原型开发过程中，没有经过严谨的系统设计和规划，可靠性和性能都难以保障。所以在实际的软件项目中，针对原型模型的这种快速、低质量的特点，通常有两种处理策略：抛弃策略和附加策略。

（2）抛弃策略

• 抛弃策略是将原型只应用于需求分析阶段，在确认完需求后，原型会被抛弃，实际开发时，将重新开发所有功能。类似于用彩钢房盖房子，确认完客户需求后，拆掉重新建。

（3）附加策略

• 附加策略则是将原型应用于整个开发过程，原型一直在完善，不断增加新功能新需求，直到满足客户所有需求，最终将原型变成交付客户的软件。类似于用彩钢房盖房子，最后还要做一番精装修，交付客户。

采用哪种策略来应用原型模型，还是要看项目特点，包括所采用原型开发工具和技术的成熟度。举例来说，如果客户对可靠性、性能要求高，那么就最好是抛弃策略，如果客户对质量要求不高，有简单功能就够了，那么可以试试附加策略。

（4）原型设计工具

• 原型制作并不一定要像传统代码一样进行设计编码，有很多原型工具，像 Axure、墨刀等，简单的拖拽就可以实现简单的界面和交互，同样可以达到确认需求的目的。

瀑布模型的很多问题，根源都是周期太长。周期长所以中间难以响应变更，周期长所以客户很久才能看到结果，周期太长所以风险不好控制。如果能将周期变短，那么很多问题就迎刃而解了
基于这种思路，产生了很多开发模型，比较典型的主要是：·增量模型 和 迭代模型·。

4.增量模型–按模块分批次交付

（1）类比介绍

• 增量模型是把待开发的软件系统模块化，然后在每个小模块的开发过程中，应用一个小瀑布模型，对这个模块进行需求分析、设计、编码和测试。相对瀑布模型而言，增量模型周期更短，不需要一次性把整个软件产品交付给客户，而是分批次交付。

• 如果拿盖房子来比喻的话，就是先盖卫生间，然后盖厨房，再是卧室。

• 盖卫生间的时候，也要先分析需求，然后设计，再实施，最后验收。有时候也可以多模块并行，例如同时盖卫生间和厨房，前提是模块之间不能有依赖关系，比如，你不可能先盖二楼再盖一楼。

• 因为增量模型的根基是模块化，所以，如果系统不能模块化，那么将很难采用增量模型的模式来开发。另外，对模块的划分很抽象，这本身对于系统架构的水平是要求很高的。

（2）适用场景

• 基于这样的特点，增量模型主要适用于：需求比较清楚，能模块化的软件系统，并且可以按模块分批次交付。

5.迭代模型——每次迭代都有一个可用的版本

• 迭代模型每次只设计和实现产品的一部分，然后逐步完成更多功能。

• 每次设计和实现一个阶段叫做一个迭代。

• 我们还是继续拿盖房子来举例：如果用迭代模型的方式盖房子，第一个迭代要先盖一个茅草屋，快速满足客户对房子的核心需求；第二个迭代再盖一个小木屋，比茅草房更大更舒适；第三个迭代再盖成一个豪华别墅，满足客户所有需求。

• 你要注意，无论是造小木屋还是大别墅，整个过程都会像一个完整的项目一样，包括需求分析、设计、实现与测试验收。

• 在迭代模型中，整个项目被拆分成一系列小的迭代。通常一个迭代的时间都是固定的，不会太长，例如 2-4 周。每次迭代只实现一部分功能，做能在这个周期内完成的功能。

• 在一个迭代中都会包括·需求分析、设计、实现和测试，类似于一个小瀑布模型。迭代结束时要完成一个可以运行的交付版本。
  

6.增量模型与迭代模型的区分

• 增量模型是按照功能模块来拆分；而迭代模型则是按照时间来拆分，看单位时间内能完成多少功能。

• 还是用盖房子来理解，增量模型则是先盖厨房，再是卧室，这样一个个模块来完成。

• 而迭代模型则是先盖一个简单的茅草房，有简易的土灶和土床，然后再升级成小木屋，有更好的灶和更好的卧室，这样一步步迭代成最终的房子。

7.我该选择什么过程模型？

场景一：外包项目，需要阶段验收

假如你现在是一家外包公司，你可以采用瀑布模型开发，但是甲方需要对你项目的每个阶段进行验收测试，以确认你是不是达到要求。

针对从需求定义一直到编码阶段，每个阶段都有对应的测试验收。如果画成图，就是下面这个样子的。

这个模型就是V 模型，本质上它还是瀑布模型，只不过它是更重视对每个阶段验收测试的过程模型。

场景二：项目风险高，随时可能会中断—螺旋模型

如果你现在要做一个风险很高的项目，客户可能随时不给你钱了。这种情况下，如果采用传统瀑布模型，无疑风险很高，可能做完的时候才发现客户给不了钱，损失就很大了！

这种情况，基于增量模型或者迭代模型进行开发，就可以有效降低风险。你需要注意的是，在每次交付的时候，要同时做一个风险评估，如果风险过大就不继续后续开发了，及时止损。

这种强调风险，以风险驱动的方式完善项目的开发模型就是·螺旋模型·。

场景三：山寨一款软件产品，希望能快速上线发布

• 其实软件行业山寨的案例不少，山寨项目的特点是，项目需求是明确的，不会有什么变化，这时候就可以选择·增量模型，划分好模块，先实现核心模块，发布可运行版本，再增量发布其他模块。多模块可以同步开发。

场景四：客户都没想清楚想要什么，但是个大单子

• 很多项目，客户一开始都没想清楚想要的是什么，需要花很长时间去分析定义需求，但是单子很大，值得认真去做好。

• 那么这样的项目，你可以考虑拆分成四个阶段：

1. 初始阶段

• 主要是确定需求边界和主要风险，几乎没有什么开发工作。

2. 细化阶段

• 这个阶段主要是确定需求，可以采用快速原型模型开发，和客户对需求反复确认，需要辅助一定量的开发和测试工作。对代码质量可以要求比较低，重点是确认需求。可能需要一个或多个版本迭代。

3. 构造阶段

• 在需求确认清楚后，现在可以使用迭代模型来开发，逐步交付产品。这个阶段的重点是开发和测试。如果迭代中，有新的需求加入或者需求变更，也可以在新的迭代中加入。

4. 交付阶段

• 在开发和测试完成后，产品可以交付客户，根据线上运行情况还需要修复一些 Bug。这个阶段重点是测试和部署。也会有多个迭代。

• 整个过程看起来就像下图这样。
  
  上面这种开发方式来源自·统一软件开发过程（Rational Unified Process，RUP），适用于复杂和需求不明确的软件系统。·

场景五：我的产品已经上线，但是需要持续更新维护

• 很多产品在上线后，还在保持不停的更新维护，修复 Bug、增加新功能，每个月甚至每周更新。

• 在这种情况下，·迭代模型·是比较合适的。固定时间周期，在固定的周期内选择适合的需求开发任务和 Bug 修复任务去完成，按时发布。

• 另外还可以尝试敏捷开发，也是基于迭代的开发模型，它也强调快速交付，每次交付系统的部分功能，来保证客户满意度。

8.总结

• 现在的软件项目，各种类型都有，根据项目特点，选择好合适的开发模型，可以让你事半功倍，降低项目风险，提高项目开发效率，控制项目成本。比如说：

• 一个以确认需求为主要目的的项目，就可以不用花太多时间在代码质量上面，低成本、高效做出来才是最重要的；

• 一个高风险的项目，则可以采用螺旋模型，出现问题及时止损；

• 一个很长时间加班加点，却一直没法上线，导致士气低落的项目，可以改成增量模型，先上线一个小模块，让大家看到成绩提升士气，然后再迭代，逐步上线其他模块。

• 同时，你也不必拘泥于这几种开发模型，还可以借鉴其他模型做的好的地方，甚至创造自己的开发模型，比如说你觉得敏捷的“站立会议”适合你的项目，那也可以借鉴过来。

参考：极客时间–软件工程之美