[架构之路-244]：目标系统 - 设计方法 - 软件工程 - 软件开发方法与软件开发模型

无结构化方法（语句）： 无结构化方法是早期的软件开发方法，应用于早期的编程语言，如机器语言、汇编语言等 ，这些编程语言没有明确的语法规则和结构形式 ，因此使用无结构化方法 进行开发。但是，由于无结构化方法的缺点显著，现在基本不再使用。
结构化开发方法（函数）： 随着高级编程语言的发展，结构化开发方法兴起了。结构化开发方法常与结构化编程语言如C、Pasca l等一起应用。这些编程语言强调代码结构化，通过控制流和数据结构等方式使程序更容易阅读和维护。
面对对象方法（方法与数据的聚合）： 面对对象方法与面向对象语言发展起来。现代的面向对象编程语言如Java、C#、Python、Swift 等支持面向对象编程。同时，这些语言都支持面向对象方法的特性，如封装、继承、多态等，使得面向对象方法可以更好地运用。
面向组件的方法（一组静态对象或函数）： 随着互联网技术的发展和软件架构演进，面向组件的方法得以广泛应用。同时，支持组件技术的编程语言和框架也 相应出现，如Java EE、.NET 等，它们提供了丰富的组件库和接口规范。
面向服务的方法（一组静态对象或函数+动态功能服务）： 面向服务的方法的兴起得益于 Web 服务技术的发展。它通常结合使用服务描述语言，如WSDL、SOAP和REST等，这些语言与XML相结合，使得不同的编程语言之间可以互相通信。同时，现代编程语言如Java、.NET等都提供了对 Web 服务的支持。

综上所述，软件开发方法与编程语言的发展是相互促进的，它们共同推动了软件工程的发展和进步。

备注：

原型法并非是组织、管理、复用软件代码的方法。

1.2 结构化的开发方法

结构化的开发方法是一种以**逻辑（水平）和层次化（垂直）**的方式进行软件开发的方法。它强调将软件系统划分为不同的模块，并使用明确的规则和标准来定义模块之间的接口和依赖关系。

以下是结构化的开发方法的主要特点和步骤：

特点：

模块化：将系统功能划分为多个模块，每个模块负责完成特定的任务。
顺序性：按照特定的顺序依次进行需求分析、系统设计、编码和测试等开发阶段。
结构化编程：编写结构化的、可读性强的程序，使用顺序、选择和循环等结构化语句。
抽象和封装：通过抽象和封装将模块内部的细节隐藏起来，提高代码的可维护性和可重用性。

步骤：

需求分析：明确系统的需求和目标，定义系统的功能和性能要求。
系统设计：根据需求分析的结果，设计系统的架构和模块划分，确定模块之间的接口和数据流。
编码：根据系统设计，将每个模块分别实现，编写结构化的、可读性强的代码。
测试：对每个模块进行单元测试，确保各个模块的功能和接口符合设计要求。
集成测试：将所有模块集成到一起，测试整个系统的功能和性能。
调试和优化：对系统进行调试和性能优化，修复错误和改进效率。

结构化的开发方法提供了一种清晰、有序的开发流程，使得软件系统更易于维护、扩展和理解。然而，随着软件开发的复杂性和需求的变化，结构化的开发方法在某些情况下可能显得过于刻板和不灵活。因此，在实际开发中，结构化的方法可能与其他方法结合使用或为基础，以满足不同项目的需求。

1.3 面对对象的开发方法

面向对象的开发方法是一种以对象为中心思想的软件开发方法。它将现实世界中的实体抽象为对象，并通过封装、继承和多态等概念来描述对象之间的关系和行为。以下是面向对象开发方法的主要特点和步骤：

特点：

封装：将数据和对数据的操作封装在对象中，实现数据的隐藏和保护性。
继承：通过继承关系，让一个对象可以继承另一个对象的属性和方法，以实现代码的复用和扩展。
多态：同一种操作可以在不同的对象上呈现不同的行为，提高系统的灵活性和可扩展性。
抽象和接口：通过抽象类和接口，对一组对象进行统一的定义和约束，降低代码耦合性。

步骤：

需求分析：明确系统的需求和目标，定义对象的属性和行为。
类设计：根据需求分析的结果，确定所需的类，设计类的属性和方法，并建立类之间的关系。
类编码：根据类设计，编写具体的类代码，实现类的属性和方法。
类测试：对每个类进行单元测试，确保类的功能和接口符合设计要求。
集成测试：将所有类集成到一起，测试整个系统的功能和交互性。
调试和优化：对系统进行调试和性能优化，修复错误和改进效率。

面向对象的开发方法提供了一种更为灵活、可扩展和可维护的开发方式。它使得软件系统的设计和实现更贴近现实世界的情境，提高了代码的可读性和可维护性。同时，面向对象的开发方法也提供了更好的代码复用和模块化的支持，使得开发团队可以更高效地开发和维护软件系统。

常见的面向对象的编程语言包括Java、C++、C#、Python和Ruby等，这些语言提供了丰富的面向对象的特性和语法，使得开发人员能够更方便地应用面向对象的开发方法。

1.4 面向组件的开发方法

面向组件的开发方法是一种以组件为中心思想的软件开发方法，它将现实世界中的实体抽象为组件，并通过组件的封装、复用、替换来描述软件系统中的各种功能和服务。以下是面向组件开发方法的主要特点和步骤：

特点：

组件化：将软件系统拆分为独立的组件，每个组件都有独立的功能和接口。
封装：将组件的实现细节隐藏在内部，只提供公共的接口，实现信息的保护和安全性。
复用：通过对现有的组件进行组合和复用，实现功能的快速开发和提高软件质量。
可替换性：组件的独立性和接口标准化，使得可以方便地进行组件的替换和升级。

步骤：

需求分析：明确系统的需求和目标，定义所需的功能和服务。
组件设计：根据需求分析的结果，确定所需的组件，设计组件的属性、接口和行为，并建立组件之间的关系。
组件实现：根据组件设计，编写具体的组件代码，实现组件的属性和方法。
测试与集成：对每个组件进行单元测试，确保组件的功能和接口符合设计要求。然后进行组件之间的集成测试。
调试和优化：对系统进行调试和性能优化，修复错误和改进效率。

面向组件的开发方法提供了一种更灵活、更可重用、更易于维护和升级的开发方式。它使得软件系统的实现更加模块化，提高了开发效率和可重用性，并可以降低开发成本和风险。同时，面向组件的开发方法也需要满足组件的标准化和协同化，需要考虑组件之间的接口和兼容性等问题。

目前，许多技术平台和框架支持面向组件的开发方法，比如.NET、Java EE和Spring等。它们提供了组件的标准化和支持，确保了组件之间的兼容性和协同性。

1.5 面向服务的开发方法

面向服务的开发方法是一种以服务为中心思想的软件开发方法。它将现实世界中的功能和服务抽象为独立的服务（Service），通过服务的组合和调用来满足软件系统的需求和目标。以下是面向服务开发方法的主要特点和步骤：

特点：

服务化：将系统的功能和服务模块化，设计和实现独立的服务。
标准化：定义服务的接口和协议，实现服务的可互操作性和可组合性。
松耦合：服务之间的耦合度要尽可能地低，以实现服务的独立性和可替换性。
可组合性：通过服务的组合和调用，实现软件系统的构建和业务流程的组合。

步骤：

需求分析：明确系统的需求和目标，定义所需的功能和服务。
服务设计：根据需求分析的结果，确定所需的服务，设计服务的接口和行为，并建立服务之间的关系。
服务实现：根据服务设计，编写具体的服务代码，实现服务的功能和接口。
服务发布：将服务部署到服务容器中，发布服务以供其他服务或客户端调用。
服务集成和调用：将不同的服务组合和调用起来，实现业务流程的完整性和可组合性。
调试和优化：对系统进行调试和性能优化，修复错误和改进效率。

面向服务的开发方法提供了一种更为灵活、可扩展和可组合的开发方式。它通过服务的复用、标准化和组合，实现了更高效、更快速的软件开发和集成。同时，面向服务的开发方法也需要满足服务的标准化和协同化，需要考虑服务之间的接口和兼容性等问题。

目前，许多技术平台和框架支持面向服务的开发方法，比如SOAP、REST、SOA、微服务等。它们提供了服务的标准化和支持，确保了服务之间的兼容性和协同性。

1.6 不同开发方法比较：结构化、面对对象、面向组件、面向服务

（1）结构化开发方法

结构化开发方法把大型系统 看成是由多个小部分组成 的，利用逐步细化、模块化和自顶向下的设计方法进行分治处理，使得每个模块相互独立、模块内部结构清晰、关注点分离，从而可以更好地管理和维护软件系统。

优点：

简单易学，适合小规模项目。
可以提高软件开发的效率并减少错误发生的可能。
容易理解和验证，更加规范化和可控。

缺点：

难以扩展，可维护性较低，难以适应大规模软件系统的开发。
需要大量文档和细致的设计，花费更多的时间和精力。
面向过程，面向需求可能不足。

（2）面向对象(OOP)开发方法

面向对象开发方法通过将程序代码划分为对象，对代码进行分层和抽象，以实现程序模块化、代码重用和可维护性管理等特点，更加侧重于数据抽象、继承和多态性等概念。

优点：

软件重用性高，提高软件的维护性和可扩展性。
代码结构清晰，具有高内聚、低耦合等优点，便于代码管理。
面向对象这种编程范型更合理地体现了现实世界。

缺点：

对象之间关系难以理解，可移植性不强。
由于面向对象开发方法强调数据抽象、继承、多态等特性，因此程序可以变得过于复杂，增加了程序的难度。
学习成本较高，需要掌握面向对象开发方法的特殊语言和编程思想。

（3）面向组件开发方法

面向组件开发方法是一种基于编写和使用独立模块化组件的方式进行软件开发，模块化程度更高，具有高度可重用性和可移植性，并且具有独立的接口和行为。

优点：

提高了软件的可重用性，降低了开发成本和编码量。
降低了软件的维护成本，使得程序更加的独立可扩展性更强，降低软件复杂度。
适用于大规模系统开发，更好地利用了现有的组件和资源。

缺点：

需要大量的组件库和组件配置，开发成本较高。
组件的互换性和兼容性可能受限，程序运行稳定性等因素需要加以考虑。
组件开发和管理需要专门的开发人员和产品经理进行设计和实施。

（4）面向服务开发方法

面向服务开发方法将软件系统划分为多个独立、互相协调的服务单元，服务通过定义标准接口之间进行相互调用、通信和集成，以实现业务流程和目标。

优点：

可以提高软件系统的可重用性和可扩展性，降低软件开发成本和维护成本。
可以更加便于系统的扩展和管理，实现广泛的集成和互操作。
面向流程和业务需求的方法更加接近现实用户需求，增加了软件系统的可用性。

缺点：

不同开发方法比较：结构化、面对对象、面向组件、面向服务

接上文：

缺点：

需要专业的人员来设计和实现服务架构，需要一定的技术和管理能力。
需要依赖于网络的通信和调用环节，可能存在延迟和错误等问题。
面向服务的开发方法要求对软件系统的模块化程度和架构思想有深刻理解，对开发人员的要求较高。

综上所述，不同的开发方法都有其优缺点和适用范围。在选择开发方法时，需要根据项目的规模、复杂度和需求等考虑因素来选择最适合自己的方法。常见的做法是采用不同方法的混合模式，根据实际需要选择使用不同的开发方法来开发软件系统，以最大限度地发挥其优势。

二、软件开发模型：开发过程的流程化组织和管理

2.1 软件开发模型概览

软件开发模型指的是软件开发过程中，按照一定的规律或模式组织和执行各个开发活动的方法论或框架或模式。它描述了软件开发过程中各个阶段和活动的顺序，以及各个活动之间的交互关系和交付物。

软件开发模型旨在在软件开发过程中提供一种可行性的计划、协调与控制的方法，以使开发工作得以顺利进行。

在软件开发过程中，存在多种不同的软件开发模型，每种模型都有其自身的特点、适用场景和优缺点。

以下是一些常见的软件开发模型：

**瀑布模型（Waterfall Model）：**瀑布模型是最传统的软件开发模型，将软件开发划分为线性的阶段，按顺序依次执行需求分析、系统设计、编码、测试和维护。适用于需求稳定且线性的项目，但较缺乏灵活性。
**原型模型（Prototype Model）：**原型模型旨在通过快速创建和迭代原型来验证需求和设计。它适用于需求不明确或变化频繁的项目，可以及早获得用户反馈，但可能导致范围蔓延和需求误解。
**迭代模型（Iterative Model）：**迭代模型通过多个迭代周期来逐步增加系统功能。每个迭代周期包括需求分析、设计、编码和测试等活动，可以更好地适应需求变化和提供早期可交付的功能。
**增量模型（Incremental Model）：**增量模型将系统划分为多个独立的模块或增量，按顺序逐步构建系统。每个增量都有独立的规划、设计、开发和测试，便于并行开发和快速交付，但可能存在集成和依赖管理的挑战。
**螺旋模型（Spiral Model）：**螺旋模型强调风险管理，通过迭代的方式逐渐增加功能。每个迭代都包括风险评估和风险管理活动，适用于复杂或关键系统的开发。
**敏捷开发（Agile Development）：**敏捷开发是一种迭代、协作和自适应的开发方法。它强调团队的合作和快速响应变化，常见的方法包括Scrum、极限编程（XP）等。
**DevOps模型：**DevOps模型强调开发（Development）和运维（Operations）之间的紧密协作和集成。它促进软件开发、测试和部署的自动化和持续集成。

需要注意的是，这些模型不是孤立存在的，而是可以根据项目的需要和实际情况进行组合和定制。选择适合的软件开发模型取决于项目的要求、风险和约束条件等因素。

2.2 瀑布模型：串行线性开发

瀑布模型是最传统的软件开发模型之一，它将软件开发过程划分为线性的阶段，包括需求分析、系统设计、编码、测试和维护五个基本阶段。从上一个阶段完全结束，才会进入下一个阶段，因此这种模型也被称为"经典模型"或"瀑布式开发模型"。瀑布模型按照设计好的计划和流程进行，每个阶段都严格按照其规定的时间顺序和步骤进行。

瀑布模型的特点是结构化、严格按步骤进行和高度纪律性和文档化，对于较为固定且需求明确的项目，可以确保开发过程的顺利推进，提高开发效率。然而，瀑布模型对需求的变更和不断迭代的开发方式缺乏灵活性，而且这种模型缺乏理论上的有效性证明。同时，在程序员编写代码之前，所有的需求和需求变更都必须被完全理解和规定，否则开发工作可能会出现严重的问题。另外，软件开发的实践已经发现，在实际开发中，这种瀑布模型的快速开发的模式并不适合大规模的软件开发。

瀑布模型的优点包括：

结构化（结构化的开发阶段和结构化的开发任务）和可管理性： 瀑布模型将软件开发过程分解为一系列的阶段和任务，使得整个开发过程变得有序和可管理。每个阶段都有明确的目标、交付物和时间表，可以更好地进行计划和控制。
文档化和可追溯性：瀑布模型注重文档的编写和管理，每个阶段都需要生成相应的文档，包括需求文档、设计文档和测试文档等。这提供了良好的可追溯性，方便后续的维护和演进。
适用于稳定需求 ：瀑布模型适用于需求相对稳定、明确定义的项目。一旦需求在开发过程中发生变化，瀑布模型的刚性结构 可能导致开发进程困难和延迟。

瀑布模型的缺点包括：

缺乏灵活性 ：瀑布模型是一种线性、顺序执行的开发模型，每个阶段必须在前一个阶段完成后才能开始 。这导致了较低的灵活性 ，难以适应变化的需求和迭代的开发方式。
高风险： 由于瀑布模型的特性，需求的变更可能会在项目晚期才被发现 ，增加了项目的风险。如果在开发过程中发现问题或需求变更，可能需要经历较长的循环周期才能解决，从而导致时间和成本的增加。
无法及时验证 ：在瀑布模型中，软件的验证和测试通常在开发阶段结束时进行，这意味着问题和缺陷可能直到项目的后期才被发现，增加了修复和调整的成本和风险。

综上所述，瀑布模型适用于需求相对稳定、明确的项目，并且对于有严格规定要求和需要详细文档的项目有一定的优势。然而，对于需求变化频繁、风险较高的项目，更灵活和迭代的开发模型往往更为适用。

总的来说，瀑布模型逐渐被业界所淘汰，更多的是采用敏捷开发方法、迭代模型等更加灵活、可适应变化的开发模型来代替。

2.3 原型模型（Prototype Model）：用户驱动开发

原型模型是软件开发过程中的一种模型，它强调迭代和交互性，并将用户参与到软件开发过程中来。

原型模型与传统的瀑布模型不同，它是一个可迭代的方法，重点将用户视为开发过程中的重要参与者。该模型在短时间内采取试验法来开发软件，以验证用户需求和设计概念的可行性。在原型模型中，开发人员设计和开发一个可行的**"原型"软件**，以便用户感受和评估其功能和界面。

原型模型的主要特点包括：

**灵活的开发过程：**原型模型在软件开发周期中允许反复迭代和修改过程，给开发人员更大的灵活性。
**高用户参与度：**原型模型注重用户参与，允许用户评估原型，提供反馈，并更好地满足用户的需求。
**早期发现和解决问题：**原型模型可以在软件开发的早期发现问题和不足，并通过迭代和修改过程解决问题，不会影响成本和时间。
**降低风险：**原型模型可以减少错误和风险，提高软件的可靠性和可用性。

原型模型的缺点是在设计过度且缺乏合适的控制和计划的情况下可能会导致原型变得过于复杂。在开始开发之前，需要定义并验证原型开发的目标和范围，以确保不会偏离最终的软件目标。

总的来说，原型模型的优点在于其灵活性和用户参与度，使开发人员能够及时发现和解决问题，并更好地满足用户需求。然而，原型模型还需要考虑时间和资源的使用以及适当的控制和计划，以确保开发过程不失控。

在原型模型中，通常使用的是演化型原型（Evolutionary Prototype）和抛弃型原型（Throwaway Prototype）。

演化型原型（ Evolutionary Prototype）：演化型原型是一个逐步增量开发的原型，每个增量或版本都在之前版本的基础上进行了进一步的改进和扩展。演化型原型通常用于处理复杂的软件系统，并允许在整个开发过程中进行渐进性的迭代开发。这种类型的原型通过不断的迭代和反馈循环来改进原型并逐步靠近最终的软件目标。
抛弃型原型 （Throwaway Prototype）：抛弃型原型是一种暂时性的原型，其主要目的是为了帮助开发团队更好地理解用户需求和系统设计。一旦原型达到了其演示和验证的目的，它会被完全抛弃，不会被进一步开发和维护。这种类型的原型通常用于快速原型开发和需求验证，以便在正式开发之前提供一个可用的示例。

这两种类型的原型模型在软件开发的不同阶段能够起到不同的作用。演化型原型更适合处理复杂系统的开发，而抛弃型原型更适合用于快速验证和演示概念。在实际应用中，原型模型的选择取决于项目的需求、时间和资源限制 ，以及开发团队的偏好和经验。

2.3 迭代模型、增量模型与螺旋模型比较

迭代模型、增量模型和螺旋模型都是软件开发过程中常用的模型之一，它们都强调在软件开发过程中采用迭代和循环的方式进行开发并注重风险管理。它们之间的区别和比较如下：

迭代模型（ Iterative Model）：该模型重点强调迭代开发，通过不断迭代和反馈循环来逐步实现需求并完善软件。每个迭代阶段都包含需求、设计、开发、测试和交付等活动，以创建可用的软件版本。该模型适用于大型系统开发，可以在每个迭代中集中精力解决特定的问题。与增量模型和螺旋模型相比，迭代模型的迭代周期较短，使得开发人员可以更加灵活地应对需求变化和技术挑战。
**增量模型（Incremental Model）：**该模型采用分阶段、递增式的方法进行开发，每个阶段都逐步增加软件的功能。每一次增量会增加软件的一部分功能并且要经过完整的开发生命周期，通常包含需求分析、设计、开发、测试和维护。增量模型适用于开发复杂系统的时候，具有较高的风险控制能力。与迭代模型和螺旋模型相比，增量模型注重逐步增加软件的功能和模块，使得整个开发过程更有序。
螺旋模型（Spiral Model）： 该模型重点注重软件开发过程中的风险管理，并强调了在软件开发周期的各个阶段对风险进行分析、评估和应对的重要性。该模型包括四个阶段，每个阶段都包含风险评估、需求确定、开发、测试等活动。与迭代模型和增量模型相比，螺旋模型注重对风险的分析和管理，有利于有效降低系统开发过程中的风险。同时，螺旋模型还具有灵活性，支持在开发过程的各个阶段进行调整和修改。

总的来说，迭代模型、增量模型和螺旋模型都有各自的优点和适用范围，根据软件开发的实际情况和需求，可以选择最适合的模型进行开发。

2.4 其他模型

（1）V模型：测试驱动开发

V模型是软件开发过程中的一种模型，它是瀑布模型的一种改进和扩展。

V模型将软件开发过程划分为与瀑布模型相似 的阶段，但强调了测试活动和验证步骤的重要性 。V模型中的每个阶段都有一个对应的测试阶段，形成了一个倒置的V字形结构。

以下是V模型的各个阶段：

需求分析阶段：在这个阶段，用户需求被收集、分析和验证，形成需求规格说明文档。
系统设计阶段：根据需求规格，进行系统的整体设计和详细设计，编制设计文档。
单元测试阶段：在编码之前，对每个独立的单元进行测试，以验证其功能和正确性。
模块集成测试阶段：将单元进行集成，测试模块之间的接口和交互，发现集成问题并解决。
系统集成测试阶段：集成所有模块并测试整个系统的功能和性能。
验收测试阶段：在开发完成后，与用户或客户进行验收测试，验证系统是否满足需求。

V模型的特点包括：

强调测试：V模型在每个开发阶段都有相应的测试阶段，确保软件在不同层面上得到充分测试。
提前规划：V模型鼓励在软件开发过程的早期阶段进行测试计划和测试设计的规划。
强调验证：V模型强调测试活动与需求分析和设计活动的对应关系，确保开发的软件符合规范和需求。
风险管理：V模型注重识别和管理项目风险，通过测试来减少风险并提高软件质量。

值得注意的是，虽然V模型强调了测试的重要性，但它仍然具有一些和瀑布模型相似的局限性，如对需求变更的适应性较差。因此，在实际的软件开发项目中，可以根据项目需求和特点选择合适的开发模型或方法。

三、软件开发方法与软件开发模型的区别

软件开发模型研究的目标对象是：软件开发生命周期的各种阶段和各种活动。

软件开发方法研究的目标对象是：源代码的组织和复用的方法。

软件开发模型关注的是软件开发生命周期中的各个阶段和各种活动，即从需求分析到设计、编码、测试和维护等过程。它描述了这些阶段和活动之间的顺序和交互关系，以指导软件开发过程的组织和管理。
软件开发方法关注的是源代码的组织和复用的方法。它关注如何有效组织、设计和编写源代码，以提高代码的可读性、可维护性和可重用性。软件开发方法包括编码规范、设计模式、软件架构等技术和实践。

综合来看，软件开发模型关注软件开发过程的组织和管理（流程） ，而软件开发方法则关注**代码编写和组织（代码）**的具体技术和实践。两者共同作用于软件开发，以提高开发效率、质量和可维护性。