怎么发明软件,软件是怎么开发的 _生活百科

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作者|周
编辑|小智
本文是周技术管理专栏的第四篇文章。今天我们主要讲软件开发的过程。
写在前面
今天，我们将回到我们的主题，继续关于技术管理的第三篇文章，主要谈论软件开发过程。
说到软件R&D过程，可能有些同学看不起这个标准化的过程，觉得先不说3721，马上开始编码才是王道，要求可以以后再明确，设计是完全没有必要的一步，否则觉得速度太慢。他们称之为互联网软件开发的精神。互联网软件开发的精神是什么？开源共享，模块化编程，极客精神，而不是野蛮开发。
读《聊聊架构》的时候，写了一篇读后感，感叹终于有一本可以看很久的建筑学书，而不是所谓的1、2小时就能看完的* *牛逼的建筑学书。我们经常遇到这样的面试官。你让他画整体架构图的时候，他可能都没听说过。如果改变提问方式，问他采用了什么框架。他马上给你讲SSH、Spark、Mesos，还有很多。但是当你让他画建筑图的时候，他会不知所措。当然，你甚至不要指望他会思考为什么Hadoop的MapReduce并行计算模型使用Map和Reduce之间的Pull模式，而不是Push模式。为什么会有火花等等。我将在后续文章中讨论这些问题，但我只想在这里说，事实上，这些框架来自于在R&D进程的框架设计中逐渐发现和积累的解决方案。
以基线产品开发过程为例
通常情况下，企业在开发软件时，会以基线和定制两种并行的方式进行项目开发工作。无论是什么公司，都需要遵循一套成熟的产品研发流程体系，才能生产出更优质的产品。因此，如果项目较多，定制前的基线和里程碑要合理安排，让基线产品尽可能收集用户的一般需求，实现对定制项目进度的技术支持，减少定制项目中大量代码变更和新模块的发生。此外，产品R&D流程体系需要根据实际业务时间需求进行变更，而不是拘泥于瀑布或敏捷管理，一切都需要找到自己的方式。只有脚知道鞋子合不合适。
这里，我们以一个基线产品开发过程作为过程解释的基础。需要注意的是，对于下面描述的每个阶段，都需要明确每个阶段的目标，在项目实施前明确计划并及时沟通，确保每个阶段所有成员对项目有一致的理解。
项目启动会议
项目启动会议的目标是阐明产品开发项目的目标。目标不是孤立存在的。目标和计划相辅相成。目标指导计划。计划的有效性影响目标的实现。所以在实施目标的时候，要把自己的行动计划考虑清楚，如何更有效地完成目标，是每个人都要有明确细节的问题。否则，目标越不明确或过高，项目的实际结果就会受到影响。
项目启动会议需要解释项目目标、阶段划分、组织结构、管理流程等关键问题。并将这些内容写入PPT(最好有固定的格式和模板纸，这样团队或公司才能一起遵守规范)，这就需要大家达成一致。对于关键角色的任命，也需要事先听取相关领导和主要项目干系人的意见。
用户需求
在软件开始开发之前，需要确定成本和获得的价值之间的比较，即投资回报率(ROI) 。一旦确定需要创建，就需要安排一系列资源来支持软件的生存。这是对需求最原始的描述。
为什么既要有用户需求，又要有产品需求？因为两者有区别，用户需求是用户提出的，技术一般不描述，只描述产品目标。产品需求是根据用户需求转化而来的技术实现需求，需要根据用户提出的产品目标进行细分，对每个具体的功能点进行总结，然后将每个功能点细分为各种操作流程，对每个操作流程进行技术定义。
用户需求和产品需求很容易不一样，因为虽然大家都在说需求，但出发点可能不一样，导致关注点和思维方式不同。用户需求关注系统如何支持业务流程，以及其背后的需求”
实现业务目标” 。技术人员关注的是合理技术方案，背后的需求是“工作量”、“实现难度”和“系统性能” 。
产品需求
我们需要弄清楚产品经理或项目需求提出者为什么要做这个项目？这是最本质的业务需求。需求分析确定的业务需求，都是从业务需求推导出来的，都必须为业务需求服务。
产品需求一般包括产品需求规格说明书和产品需求矩阵。产品需求矩阵一般按照子系统、功能集、执行单元的结构列出所有的功能需求，每列则对应每项功能的工作步骤以及每个步骤的工作量。
产品需求写完后，需要进行评审。在需求评审会上，产品、技术详细评审需求是否完整，产品功能的正常场景是什么？是否形成闭环？异常场景是什么？是否考虑周全？
需求评审后，开发和测试负责人，分别编写技术方案和测试用例。技术方案评审，开发负责人拉上涉及到其他系统的负责人一起讨论，技术方案中必须要有业务流程图和时序图，业务流程图是为了梳理开发对业务的理解，是否和需求一致。时序图是了梳理本次需求涉及的系统交互。技术方案评审通过后，确认工作量和交付时间，反馈给产品。
总体设计
设计阶段的目标主要是对待开发系统的构架进行分析和设计，并建立系统构架的基线，以便为之后的实施工作提供一个稳定的基础。
设计阶段包括了系统架构的输出，一个好的系统架构设计可以帮助人类梳理业务逻辑且抓住核心需求，设计稳定可扩展的业务系统，评估业务开发周期和开发成本，有效的规避风险。例如盖房子的时候得有建筑图纸，有了图纸，才能核算施工周期。
总体设计是整个系统的框架型设计，意义及其重大，一般情况下不能省略（只有维护项目可以省略总体设计，因为基准项目已经设计完毕），所有的产品开发项目均需要首先进行总体设计，它是设计首要步骤，决不允许本末倒置，不能出现先编码后设计的情况，这是软件开发的第二大痛点（第一大是需求不明确、任意变更需求）。
总体设计分为三个阶段：

第一阶段：初始设计。在对给定的数据流图进行复审和精化的基础上，将其转化为初始的模块结构图。
第二阶段：精化设计。依据模块“高内聚低耦合”的原则，精化初始的模块结构图，并设计其中的全局数据结构和每一模块的接口。
第三阶段：设计复审阶段，对前两个阶段得到的高层软件结构进行复审，必要时还可能需要对软件结构做一些精化工作。

概要设计
概要设计的目的是描述系统的每个模块的内部设计，对总体设计和详细设计承担承上启下的作用。
概要设计按照结构化设计方法进行设计。结构化设计方法的基本思路是：按照问题域，将软件逐级细化，分解为不必再分解的的模块，每个模块完成一定的功能，为一个或多个父模块服务（即接受调用），也接受一个或多个子模块的服务（即调用子模块）。模块的概念，和编程语言中的子程序或函数是对应的。
概要设计阶段把软件按照一定的原则分解为模块层次，赋予每个模块一定的任务，并确定模块间调用关系和接口。
在这个阶段，设计者会大致考虑并照顾模块的内部实现，但不过多纠缠于此。主要集中于划分模块、分配任务、定义调用关系。模块间的接口与传参在这个阶段要制定得十分细致明确，需要编写严谨的数据字典，避免后续设计产生不解或误解。概要设计一般不是一次就能做到位，而是反复地进行结构调整。典型的调整是合并功能重复的模块，或者进一步分解出可以复用的模块。在概要设计阶段，应最大限度地提取可以重用的模块，建立合理的结构体系，节省后续环节的工作量。
概要设计文档最重要的部分是分层数据流图、结构图、数据字典以及相应的文字说明等。以概要设计文档为依据，各个模块的详细设计就可以并行展开了。
详细设计
详细设计阶段就是依据概要设计阶段的分解，设计每个模块内的算法、流程，为每个模块完成的功能进行具体的描述，要把功能描述转变为精确的、结构化的过程描述。
详细设计这个阶段，各个模块可以分给不同的人去并行设计。设计者的工作对象是一个模块，根据概要设计赋予的局部任务和对外接口，设计并表达出模块的算法、流程、状态转换等内容。这里要注意，如果发现有结构调整（如分解出子模块等）的必要，必须返回到概要设计阶段，将调整反应到概要设计文档中，而不能就地解决，不打招呼。详细设计文档最重要的部分是模块的流程图、状态图、局部变量及相应的文字说明等。一个模块对应一篇详细设计文档。
概要设计阶段通常得到软件结构图，详细设计阶段常用的描述方式有：流程图、N-S 图、PAD 图、伪代码等。而详细设计的目的是描述某一个模块内部的处理流程、开发方法和编码技巧。一般来说，详细设计由项目简介、模块说明（具体说明每一个模块内部的流程、功能、逻辑、消耗以及未解决问题）、接口设计（包括内部接口和外部接口）、数据结构设计（包括物理结构和逻辑结构）、特殊处理等几个部分构成。软件的详细设计，最终是将软件系统的各个部分的具体设计方法、逻辑、功能采用文字方式进行表述。这样在实现过程中，编码人员原则上严格按此进行代码实现即可。
编写代码
编写代码可以遵循以下几点原则：

先做核心模块的压测：很多程序员，习惯把东西做完，然后等着快上线的时候才做性能测试，那么如果前面设计出了问题，这个就很头大了。当然，后期快上线的时候也要做性能测试，但前期的我认为还是很重要的。当然，做好这一点，需要懂一些业务，你要知道业务压力在哪里，业务请求的重心在哪里，很多时候，产品经理不讲，你也要问清楚。
确保过程可控：代码执行时一定要保持中间的输出，比如说，每处理 10 万条日志，写一条状态日志，记录处理的日志条目数和当前的执行时间。
多打日志：很多时候，代码写的自己也不是很满意，比如某个处理效率不够优化，某个处理的方法不够简洁，或者扩展性比较差，代码写的很弱智，但可能短时间没有办法想清楚最合理的解决方案，考虑到上线初期这里并不是重心所在，所以也不会特意去优化它，但这种情况下我往往会留下注释，并说明下一步优化的可能思路是什么，或者想到的可行方案是什么。
简单易懂的逻辑：千万不要把自己绕进去了，时间一长，谁都看不明白你的逻辑。如果逻辑真的很难在一个函数内完成，尝试切分。
不要沉迷于框架：框架最大的问题是什么？是过于繁冗的嵌套。为什么我一直很烦框架？因为经常遇到需要一秒钟几千次请求的处理场景，那么调优的时候，要从数不清的框架中寻找数据处理的逻辑，寻找性能卡点，可能改动代码只有两行，但是找问题需要两天。程序员记住，你的技术能力绝对不能被框架约束住。
使用熟悉、成熟的技术：很多人根本没搞明白自己的障碍和问题在哪里，根本不知道相关技术产品的优势和劣势在哪里，看一堆第三方的数据测评，脑子一热，去学新技术，然后，掉进坑里出不来，如果是创业公司，可能项目就死在里面了。使用新技术前，建议全面了解该技术的特征，适用范围，以及不适用的范围。

代码审核
众所周知，在团队中进行代码审查（Code Review）可以提升代码质量，分享项目知识、明确责任，最终达到构建更好的软件、更好的团队。
代码审核及其重要，一般来说每周都要做一次代码审核。首先，代码审核有利于你跟踪项目进展情况，我们能真实地看到手下的人进展如何，并且更早发现他们是否误入歧途。有时候，手下人会说“完成得差不多了！”，你去看代码时发现什么都没有或者只是一堆垃圾，诸如此类，总之离完成还很遥远。在管理中，这种情况是最让人讨厌的，所以我认为代码审查是避免这种麻烦的最佳途径。
单元测试
要认识单元测试，首先要明白什么是“单元（Unit）” 。所谓“单元”指的是代码调用的最小单位，实际上指的是一个功能块（Function）或者方法（Method）。所以单元测试指的就是对这些代码调用单元的测试。
单元测试是一种白盒测试，就是必须要对单元的代码细节很清楚才能做的测试。所以，单元测试的编写和执行都是由软件工程师来做的。相对于单元测试，还有集成测试。集成测试基本都是黑盒测试，主要是由测试人员根据软件的功能手册来进行测试，需要有专门的测试环境配合。集成测试又分功能测试、回归测试等。
需要单元测试的代码实际上是开发人员自己写的逻辑，测试逻辑所依赖的环境是否正常不是单元测试的目的。在环境访问代码中引入逻辑，只会让逻辑更难测试，导致逻辑代码无法进行单元测试。因此，可单元测试的代码，才能够采用单元测试。判断可测试的代码还有一个方法，就是看这个方法能否用一个 main 函数直接运行，如果可以的话就是可单元测试的代码。可测试的代码还有另一个特征，就是该方法单元的参数，开发人员可以自由模拟，不需要依赖外部环境。
集成测试
集成测试，也叫组装测试或联合测试。在单元测试的基础上，将所有模块按照设计要求组装成为子系统或系统，进行集成测试。实践表明，一些模块虽然能够单独地工作，但并不能保证连接起来也能正常的工作。一些局部反映不出来的问题，在全局上很可能暴露出来。
集成测试是在软件系统集成过程中所进行的测试，其主要目的是检查软件单位之间的借口是否正确。它根据集成测试计划，一边将模块或其他模块组合成越来越大的系统，一边运行该系统，以分析所组成的系统是否正确，各个组成部分是否合拍。集成测试的策略主要有自顶向下和自底向上两种。也可以理解为在软件设计单元、功能模块组装、集成为系统时，对应用系统的各个部件（软件单元、功能模块接口、链接等）进行的联合测试，以决定他们能否在一起共同工作，部件可以是代码块、独立的应用、网络上的客户端或服务器端程序。
系统测试
系统测试阶段包括系统测试方案及用例编写、功能性测试、性能测试、稳定性测试。
为了验证需求分析确定的功能是否齐全并被正确实现，同时还要对安装、部署、适应性、安全性、界面等非功能性需求进行测试。系统测试也有测试人员负责，应该在需求分析完成后进行设计，在集成测试完成后进行实施。
功能性测试一般由独立测试小组采用黑盒方式来测试，主要测试系统是否符合“需求规格说明书” 。在经过以上各阶段测试确认之后，把系统完整地模拟客户环境来进行的测试。系统测试是将已经确认的软件、计算机硬件、外设、网络等其他元素结合在一起，进行信息系统的各种组装测试和确认测试，其目的是通过与系统的需求相比较，发现所开发的系统与用户需求不符或矛盾的地方，从而提出更加完善的方案。
性能测试验证系统的稳定性和效率，检查系统是否满足规定的性能要求。性能测试通常选择一些典型的功能，检验这些功能在大量用户同时使用系统时系统是否稳定。性能测试由测试人员负责，可以在系统测试完成后进行，也可以对重要模块先进行性能测试，可以贯穿整个测试周期，目的是尽早发现系统的性能瓶颈并提早解决。
稳定性测试和性能测试都必须等到系统基本没问题、趋于稳定时再进行才有效果，否则很难顺利测下去，出现异常也不能定位究竟是系统架构的问题，还是功能上的缺陷。
稳定性测试（亦可称可靠性测试）通过给系统加载一定的业务压力，让系统持续运行一段时间（一般为 7x24 小时），检测系统是否能够稳定运行。
产品发布
产品发布是系统测试结束后的最后一步，通常在软件产品开发过程中不需要产品试制环节，可以直接上线，只需要系统测试员输出系统测试报告并批准产品发布（上线）就可以了。
产品发布前需要通过产品发布说明会形式，对整个产品开发过程从立项开始回溯过程，指出整个过程中的不足点，总结经验，为下一个项目提供经验案例。这一会议可以通过正式会议形式召开，需要召集产品经理、主要开发人员、测试人员、上级领导等参与，准备充分，尽最大可能说清楚这个产品发布之后的效果、效益，为上线后的价值评估做准备。这一环节不可缺少，即便在互联网公司，迭代速度很快的情况下，这一环节也需要满足。
开发过程复盘
其实开发过程体系里并没有这一过程，但是我个人认为它非常重要。
所有的总结，只有带着问题去思考才会有收获，这就是复盘。不论我说多少，如果没有过类似的经验，就很难有很强的共鸣。我觉得看清一个问题最好的方式，就是你曾经处在一个问题的两个不同的角色中。
总结项目经验教训的目的，在于总结问题、分析原因，避免以后犯同样的错误，而不是追究谁的责任。
假设一个需求理解的缺陷，如果在需求阶段发现，修改一下可能只要一个小时，但是如果到了设计完成时发现这个缺陷，因为涉及的人员、文档增多，估计要一天时间，而如果等到代码都编写完成时才发现这个缺陷，可能需要十天八天了。如果缺陷没被发现，而是直接到了生产系统中呢？这就不是工作量的问题了，估计损失就难以估计了。在质量管理的理论中，缺陷每延迟一个阶段被发现，修复的代价就要乘上十倍。
写在最后
敏捷开发、极限开发等等模型是为了解决需求不明确、时间紧迫情况下的快速迭代，而不是为了从根本上否定研发流程，该设计还是要设计，只是将生命周期进行切分，将过程横向切分为若干个周期。软件开发是一门工程性要求很严谨的学科，让我们坚持严谨的态度、高效的工作方式，打造高可用、高质量的软件产品。

作者介绍周明耀，2004 年毕业于浙江大学，工学硕士，国外投资银行 12 年工作经验，4 年分布式系统，物联网工作经验，10 年技术团队管理经验。IBM 开发者论坛专家作者，Infoq 专栏作者。已出版书籍《大话 java 性能优化》、《深入理解 JVM 和 G1 GC》，即将出版书籍《技术领导力 - 如何带领一支软件研发团队》。已提交分布式计算领域发明专利超过 15 项。微信号 michael_tec 。
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