1 基于架構(gòu)的軟件設(shè)計(jì)方法概念

關(guān)鍵詞：ABSD、自頂向下、遞歸迭代、與需求同步、設(shè)計(jì)元素、視角與視圖、用例和質(zhì)量場(chǎng)景、預(yù)期和非預(yù)期等。

總的來講，ABSD方法分為如下六個(gè)大的階段：

1）體系結(jié)構(gòu)需求階段

相比傳統(tǒng)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，架構(gòu)設(shè)計(jì)在需求獲取、分析之后展開不同，基于體系結(jié)構(gòu)的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)，將架構(gòu)設(shè)計(jì)工作提前到與需求同步，在需求階段即開始展開體系架構(gòu)設(shè)計(jì)，可以更好的完成設(shè)計(jì)工作，更好的支持軟件復(fù)用。

ABSD方法在需求階段的工作包括需求獲取、標(biāo)識(shí)構(gòu)件、架構(gòu)需求評(píng)審。需求獲取用于提取系統(tǒng)相關(guān)的功能、質(zhì)量屬性，目標(biāo)為服務(wù)商業(yè)和用戶及開發(fā)人員目標(biāo)。之后需要對(duì)需求進(jìn)行分析，生成類圖，對(duì)類進(jìn)行分組，將類打包為構(gòu)件，從而完成標(biāo)識(shí)構(gòu)件的工作。這個(gè)過程是不斷迭代的過程。完成標(biāo)識(shí)后，還需要組織相關(guān)人員（分析、用戶、設(shè)計(jì)、測(cè)試等）對(duì)體系結(jié)構(gòu)需求和構(gòu)件進(jìn)行評(píng)審，確定類是否合理，劃分是否合理，構(gòu)件合并是否合理等。

2）體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段

設(shè)計(jì)階段的工作包括選擇體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格、映射構(gòu)件、分析構(gòu)件作用、產(chǎn)生體系結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)評(píng)審等步驟。選擇合理的架構(gòu)風(fēng)格是首要工作。這可以統(tǒng)一大家對(duì)系統(tǒng)的基礎(chǔ)理解。注意，這個(gè)步驟的結(jié)果并不一定是完美的，可能在后續(xù)完善迭代過程中完善。有了組織結(jié)構(gòu)風(fēng)格的理解后，就需要將標(biāo)識(shí)的構(gòu)建映射到體系結(jié)構(gòu)中，產(chǎn)生一個(gè)中間結(jié)構(gòu)。因?yàn)闃?gòu)件并不是獨(dú)立的，之間有交互，有聯(lián)系，所以還要分析他們的作用關(guān)系，在理清作用關(guān)系的基礎(chǔ)上就可以精化體系結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生一個(gè)初步的體系結(jié)構(gòu)，用于評(píng)審。這個(gè)評(píng)審需要邀請(qǐng)獨(dú)立于系統(tǒng)開發(fā)人員的外部人員進(jìn)行。

3）體系結(jié)構(gòu)文檔化

因?yàn)轶w系結(jié)構(gòu)是抽象的，概念上的，所以要與開發(fā)人員、實(shí)現(xiàn)人員達(dá)成一致理解，還需要進(jìn)行文檔化工作。這個(gè)階段輸出體系結(jié)構(gòu)規(guī)格說明文檔和測(cè)試體系結(jié)構(gòu)需求的質(zhì)量設(shè)計(jì)說明書。文檔需要從使用者的角度出發(fā)進(jìn)行編寫，需要是形式化的，有比較嚴(yán)格約束的。

4）體系結(jié)構(gòu)復(fù)審

在開始編碼實(shí)現(xiàn)之前，還需要對(duì)體系結(jié)構(gòu)文檔進(jìn)行復(fù)審，用于識(shí)別缺陷和風(fēng)險(xiǎn)。這主要由外部專家和領(lǐng)域?qū)＜疑踔劣脩舸韥韰⒓?。設(shè)計(jì)人員可以大家一個(gè)最小化可運(yùn)行系統(tǒng)來評(píng)估和測(cè)試體系架構(gòu)，最終確定是否滿足功能、質(zhì)量需求，層次是否清晰，構(gòu)建是否合理，表達(dá)是否明確等。

5）體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)

實(shí)現(xiàn)階段的工作主要包括構(gòu)件分析和設(shè)計(jì)、構(gòu)件實(shí)現(xiàn)、構(gòu)件組裝、系統(tǒng)測(cè)試等。構(gòu)件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)要滿足體系結(jié)構(gòu)文檔中有關(guān)構(gòu)件的約束要求。測(cè)試不僅要進(jìn)行功能測(cè)試，還需要進(jìn)行性能測(cè)試，以滿足整體要求。

6）體系結(jié)構(gòu)演化

需求可能發(fā)生變化，體系結(jié)構(gòu)要進(jìn)行演化。演化過程包括需求歸類、制定演化計(jì)劃、構(gòu)件變動(dòng)、更新構(gòu)件的相互作用、構(gòu)件組裝與測(cè)試、技術(shù)評(píng)審。整個(gè)過程還是比較容易理解的。評(píng)審后如果修改測(cè)試不符合需求，還需要迭代優(yōu)化。

對(duì)上述過程主要是理解。在理解的基礎(chǔ)上應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)開發(fā)中。從上面的介紹中我們可以看到，整個(gè)過程還是比較嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的，關(guān)鍵問題是實(shí)際中執(zhí)行的情況如何。

2 實(shí)際系統(tǒng)構(gòu)建過程中的應(yīng)用

仍然以前述某電力系統(tǒng)項(xiàng)目為例。

體系結(jié)構(gòu)需求分析階段的工作包括獲取需求，生成類圖，對(duì)類進(jìn)行分組，打包成構(gòu)件，對(duì)需求進(jìn)行評(píng)審，產(chǎn)生領(lǐng)域模型。針對(duì)上述項(xiàng)目，從業(yè)務(wù)角度來看，包括了會(huì)議管理（包括傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)會(huì)議和電話會(huì)議），通信管理（包括異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通、多通信手段的無縫銜接，以打破信息孤島），數(shù)據(jù)管理（各類數(shù)據(jù)的融合，共同服務(wù)業(yè)務(wù)流程，包括線路數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)等），設(shè)備管理（各類設(shè)備的接入支持，采樣支持）等。從技術(shù)上看，綜合了多媒體音視頻技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通信技術(shù)，大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)等。這些主要服務(wù)功能性需求。在需求階段，需要對(duì)各種技術(shù)需求進(jìn)行梳理，并根據(jù)耦合內(nèi)聚的情況，對(duì)設(shè)計(jì)的相關(guān)類進(jìn)行分組。除了功能性需求外，非功能性需求更是需要投入精力仔細(xì)研究，對(duì)本項(xiàng)目來講，可靠性、安全性都是重要的特性要求，而且還涉及一定的性能要求，這些在需求階段都需要進(jìn)行邊界約束，從而為后續(xù)設(shè)計(jì)和測(cè)試階段提供依據(jù)。

設(shè)計(jì)階段，需要選擇風(fēng)格，映射構(gòu)件，分析構(gòu)件的相互作用，對(duì)設(shè)計(jì)評(píng)審，產(chǎn)生體系結(jié)構(gòu)。在需求工作做的足夠充分的基礎(chǔ)上，才能合理的設(shè)計(jì)架構(gòu)。風(fēng)格的選擇是至關(guān)重要的第一步，影響后續(xù)工作的大方向。在本系統(tǒng)中，考慮到業(yè)務(wù)涉及的面比較廣，底層支撐技術(shù)較為全面，有一定深度要求，因此總體采用分層風(fēng)格，以便更好的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行抽象建模。而且，層次結(jié)構(gòu)兼具靈活性和統(tǒng)籌性，既能方便大家都系統(tǒng)達(dá)成一致的理解，也能方便擴(kuò)展和變通具體的實(shí)現(xiàn)方案，在領(lǐng)域內(nèi)被廣泛的使用，所以這一選擇得到了團(tuán)隊(duì)的一致認(rèn)可。

具體來講，將系統(tǒng)劃分為硬件、操作系統(tǒng)（驅(qū)動(dòng)）、平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)+數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)、展示等幾個(gè)層次，每一層依賴下層，對(duì)上層提供需要的支撐能力。比如，操作系統(tǒng)層面提供硬件資源管理，提供對(duì)容器和虛擬化的支持。平臺(tái)層，可以構(gòu)建對(duì)業(yè)務(wù)層其關(guān)鍵支撐的技術(shù)框架，包括多媒體的采集渲染，數(shù)據(jù)的編解碼支持，網(wǎng)絡(luò)通信的支持，異步事件的支持，開發(fā)框架的支持等?？偟膩碇v，這部分既是獨(dú)立技術(shù)的排列，擴(kuò)展系統(tǒng)的支撐能力，也是技術(shù)模型的聚合，關(guān)注點(diǎn)分離，方向的約束，是在對(duì)需求進(jìn)行全面分析基礎(chǔ)上做出的。而數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)層則更加聚焦面向業(yè)務(wù)，等到業(yè)務(wù)層面，其需要的各類技術(shù)支撐，在底層都能夠得到確認(rèn)，也基本證明了底層構(gòu)建的正確性。

體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，不僅僅要考慮功能需求，還要考慮非功能需求，要體現(xiàn)對(duì)非功能需求的支持。劃分網(wǎng)絡(luò)層就是為了滿足異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下對(duì)可靠性的高要求，通過支持通道綁定和切換，配合數(shù)據(jù)冗余技術(shù)，來滿足對(duì)高可靠性的要求。而且安全性的需求也要求網(wǎng)絡(luò)的安全性，因此將這些需求的支持融合到網(wǎng)絡(luò)層，可以更好的便利業(yè)務(wù)層的開發(fā)。

軟件系統(tǒng)的復(fù)雜性，涉及技術(shù)點(diǎn)的多樣性，使得只采用一種風(fēng)格并不合理也不現(xiàn)實(shí)。在層內(nèi)構(gòu)件之間和層間的構(gòu)件之間也有其他風(fēng)格的應(yīng)用。比如展示層和業(yè)務(wù)邏輯層為了更好的實(shí)現(xiàn)隔離和內(nèi)聚，采用了進(jìn)程通信體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格。還有其他一些風(fēng)格，在軟件架構(gòu)風(fēng)格文章中已經(jīng)進(jìn)行了詳細(xì)的描述，這里就不再展開了。

確定風(fēng)格、確定風(fēng)格對(duì)應(yīng)的構(gòu)件，設(shè)計(jì)出體系結(jié)構(gòu)后，邀請(qǐng)多方代表參與評(píng)審，最終明確了體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。有了高層抽象的概念化的體系結(jié)構(gòu)后，就需要將其文檔化，使用語言具體的便于開發(fā)和實(shí)現(xiàn)人員理解的方式進(jìn)行形式化約束描述。比如對(duì)于前述可靠性要求，在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件中就有多環(huán)路的設(shè)計(jì)要求，自動(dòng)切換的要求，對(duì)于前述安全的要求，就有加密的設(shè)計(jì)，分組分級(jí)的設(shè)計(jì)，業(yè)務(wù)層構(gòu)件就有安全規(guī)范操作手冊(cè)相關(guān)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，明確業(yè)務(wù)流程的合規(guī)要求。

在完成文檔化工作后，還需要組織一次復(fù)審，以檢查描述是否全面、完整，表述是否準(zhǔn)確嚴(yán)謹(jǐn)，結(jié)構(gòu)層次是否分明清晰。這次復(fù)審也是一次查缺補(bǔ)漏的機(jī)會(huì)，因?yàn)殛P(guān)系到后面的實(shí)現(xiàn)，也因?yàn)檠?qǐng)了外部領(lǐng)域?qū)＜?#xff0c;因此也是一次非常嚴(yán)肅的評(píng)審。在評(píng)審前，一方面將技術(shù)驗(yàn)證的原型進(jìn)行了匯總展示，另一方面將相關(guān)內(nèi)容分發(fā)到參會(huì)人員進(jìn)行準(zhǔn)備，收集意見，包括對(duì)自己所屬領(lǐng)域進(jìn)行嚴(yán)格審查，對(duì)其他模塊的依賴和接口要求進(jìn)行仔細(xì)核對(duì)，并最終給出初步的意見。這大大提高了會(huì)議的效率和深度，取得了很好的效果。起初，專家對(duì)多客戶端抽象的性能滿足與否持有懷疑態(tài)度，對(duì)數(shù)據(jù)帶寬問題的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度過于悲觀，安全性方面接入限制也持有保留的態(tài)度，但在看到原型的展示后，還是高度仍可了大家的分析設(shè)計(jì)工作。

因?yàn)樵O(shè)計(jì)階段的充分工作，評(píng)審的嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)現(xiàn)階段大家的積極性很高，沒有明顯的抵觸情緒，彼此的低效溝通減少了很多，很多小節(jié)點(diǎn)都得到了保證。許多構(gòu)件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)工作是比較順利的。因?yàn)橥暾膯卧图蓽y(cè)試準(zhǔn)備工作，系統(tǒng)整體開發(fā)進(jìn)展較為順利。

軟件系統(tǒng)開發(fā)的復(fù)雜性很多來自需求的變化，這在本項(xiàng)目中更是深刻的體現(xiàn)了出來。在ABSD方法中，體系結(jié)構(gòu)演化就是用來應(yīng)對(duì)需求變化的，整個(gè)過程包括提出演化計(jì)劃，確定更新構(gòu)件部分，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行變動(dòng)，包括增刪改等更新操作，最后更新構(gòu)件相互作用并組裝進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試。這個(gè)過程說起來簡單，做起來難上加難。本項(xiàng)目中，一個(gè)重大的需求導(dǎo)入就是對(duì)衛(wèi)星通信的支持。由于前期衛(wèi)星數(shù)據(jù)通路未開通，采用的是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)模擬，但是等到數(shù)據(jù)開通后，發(fā)現(xiàn)之前的設(shè)計(jì)可行性幾乎為零。鏈路的不可靠帶來大量的丟包，協(xié)議設(shè)計(jì)的重傳又加重了這一過程，在實(shí)際測(cè)試中，過低的成功率嚴(yán)重降低了業(yè)務(wù)的使用信心。這種需求變更最怕的就是產(chǎn)生多米諾骨牌效應(yīng)，一處修改，被傳導(dǎo)蔓延擴(kuò)散到整個(gè)系統(tǒng)，污染了整個(gè)設(shè)計(jì)，這是最不能接受的。為了應(yīng)對(duì)該需求，團(tuán)隊(duì)開始時(shí)修改了業(yè)務(wù)的部分流程，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)庫進(jìn)行了適應(yīng)性的修改，在一定程度上緩解了業(yè)務(wù)失敗概率過大的問題，但是并沒有徹底解決技術(shù)上的限制，業(yè)務(wù)體驗(yàn)還是難以達(dá)到要求。為此，團(tuán)隊(duì)對(duì)需求的變動(dòng)進(jìn)行了二次系統(tǒng)梳理，對(duì)相關(guān)變更的必要性進(jìn)行了仔細(xì)的校對(duì)，對(duì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的約束限制進(jìn)行了全面仔細(xì)的驗(yàn)證測(cè)試，在這些信息的基礎(chǔ)上，反推到需求層，對(duì)需求進(jìn)行調(diào)整，改變了最初過于苛刻的性能要求和體驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，在大家達(dá)成共識(shí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了二次演進(jìn)處理，并增加了更為全面的測(cè)試，收集了系統(tǒng)化的測(cè)試數(shù)據(jù)，為業(yè)務(wù)的調(diào)整提供了更為合理的邊界。

在目標(biāo)修改后，團(tuán)隊(duì)的士氣得到了明顯提升，改進(jìn)過程得到了快速收斂，最后在增加部分投入時(shí)間的情況下，完成了演進(jìn)過程。通過這次演進(jìn)，大家都收獲很多，也在推動(dòng)大家主動(dòng)挑出技術(shù)圈子，全局把握系統(tǒng)和業(yè)務(wù)本質(zhì)需求上，上了生動(dòng)一課。

雖然系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的整個(gè)過程中團(tuán)隊(duì)做了大量工作，自認(rèn)為還是比較充分的，但是實(shí)際開發(fā)過程中仍然遇到了不少計(jì)劃外的障礙，包括安全方面的內(nèi)外網(wǎng)合規(guī)要求，開發(fā)語言和工具的改變，部署的特殊要求等，這些在內(nèi)部工作中都沒有被很好的預(yù)警，額外增加了很多的市場(chǎng)、技術(shù)支持和開發(fā)工作，這是后續(xù)需要改進(jìn)的?？偟膩碇v，衛(wèi)星通路的引進(jìn)屬于技術(shù)上的重大變更，而這里所述的很多是對(duì)業(yè)務(wù)理解的不夠深，對(duì)客戶環(huán)境的理解和掌握不夠?qū)е碌?#xff0c;因此整體上看，一個(gè)項(xiàng)目的成功，不僅僅技術(shù)上要做全面的風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)，非技術(shù)方面也要做足風(fēng)險(xiǎn)分析與預(yù)案工作，知己知彼百戰(zhàn)百勝，在現(xiàn)代競(jìng)爭(zhēng)激烈的商業(yè)環(huán)境中，這一道理仍然是十分正確、十分有用的。