读书笔记-《代码大全》第3章 三思而后行：前期准备

Measure twice, cut once.
谋定而后动。

对于软件构建而言，

• 前期准备的意义是什么？
• 前期准备的活动有哪些？
• 各个活动的时间花费应如何安排？
• 相关好书推荐

意义何在？

就像修建建筑物一样，项目的成败很大程度上在构建活动开始之前就已经注定了。如果地基没打好，或者计划不充分，那么你在构建期间能做得无非是尽量让损害最小罢了。

软件构建活动差不多占整个项目成本的65%。最糟糕的软件项目最终会进行两三次（甚至更多）构建。而良好的前期准备可以很大程度降低这种风险。其实它的中心目标就是降低风险。首先确保你在做正确的事情，后续正确地做事(构建)才有意义和产生正向价值。

诉诸逻辑
从管理角度看，做计划意味着确定项目所需要用的时间，人数以及计算机台数。
从技术角度看，做计划意味着弄清楚你想要建造的是什么，以防止浪费钱去建造错误的东西。
而且，与“先做一个错误的东西出来，然后扔掉并从头来过”的成本相比，花费比理想情况下更多的力气，找出他们真正想要的东西这种方式成本更加低廉，更值得投入。

诉诸类比
以食物链作为类比，如果食物链各层都受到了污染，那么越是食物链顶层的生物，最后被感染的程度就越严重。

诉诸数据
25年的研究数据证明，在一开始就把事情做好是最合算的。

惠普，IBM，休斯飞机公司，TRW以及其他组织的研究人员发现，在建构活动开始之前清除一个错误，那么返工的成本仅仅是在开发过程的最后阶段（在系统测试期间或者发布之后）做同样事情的十分之一但百分之一。

引入缺陷时间与找到缺陷时间，与修复缺陷的费用，之间的关系。（说明前期准备的意义）

对自己负责
只有当你习惯了这样的思维，你才有能力打造高质量的系统，因为未来的软件系统是极其复杂的，没有科学的思维和方法是没有办法在未来软件行业走得更远的。

总而言之
目标其实简单来讲是围绕以下三个子目标开展的：

• 降低风险；
• 降低成本；
• 提高质量。

前期准备的活动有哪些？

都有哪些活动可以保证我们做到降风险，降成本以及提高质量？让我们先来认识下都有哪些活动，然后再分别介绍它们都起到什么样的作用：

• 辨明软件类型
• 定义问题（确定正确的靶子，即方向）
• 定义需求（确定正确的靶心）
• 定义架构（用正确方法击中靶心，使用了正确的解决方案瞄准正确的问题）

辨明软件类型

软件种类

迭代开发法对前期准备的影响

通过两个表对比，我们就可以知道有无进行前期准备的成本大致消耗。

无前期准备-成本花销

有前期准备-成本花销

由两个表的数据（需要合理怀疑数据的准确性）说明，跳过前期准备，使用迭代方法，成本将会在整个项目过程当中分次支付，而不会聚集在末尾一次性支付。整个项目尘埃落定之后，实际的总成本是相似的，但看起来没有那么高，因为开发费用是在整个项目进行过程中分期支付的，而不是项目最后一次性结账，心理作用？
但有合理的前期准备，无论迭代式开发法或序列式开发法，都可以减少成本。（而为什么现在大家都选用迭代式开发法，就是为了可以持续的交付，适应市场竞争。）
一条很有用的经验规则是，对于序列式开发法，计划好预先对大约80%的需求做出详细说明，并给“稍后再进行详细说明的额外需求”分配一定的时间。然后在项目进行过程中，实施系统化的变更控制措施——只接受哪些最有价值的新需求。另一种替代方案（迭代式开发法）是，预先只对最重要的20%的需求做详细说明，并且计划以小幅增量开发软件的剩余部分，随着项目的进行，对额外的需求和设计做出详细说明。如图所示，说明了两种方法活动情况。

不同方法活动阶段对比

定义问题

对系统需要解决的问题作出清楚的陈述。问题定义只涉及问题是什么，而不涉及任何可能的解决方案。
需要使用客户的语言，而且从客户角度来描述问题。因为最好的解决方案未必是一个计算机程序。
没有好的问题定义，你努力解决的可能是一个错误的问题。

正确瞄准问题靶心

定义需求

构建期间处理需求变更

在构建期间遇到需求变更，可以有以下几种方式评估和处理：

• 使用需求核对表来评估需求的质量

  
  
  

  需求核对表

• 确保每个人都知道需求变更的代价
• 建立一套变更控制程序
• 使用能适应变更的开发方法
• 放弃这个项目
• 注意项目的商业价值

定义架构

意义何在？
架构的质量决定了系统的“概念完整性”。一个经过慎重考虑的架构为“从顶层到底层维护系统的概念完整性”提供了必备的结构和体系，它为程序员提供了指引——其细节程度与程序员的技能和手边的工作相配。它将工作分为几个部分，使多个开发者或者多个开发团队可以独立工作。

架构的典型组成部分：

• 程序组织

• 对系统进行综述（这个综述指什么？图示？文字？）。你首先要了解完整的框架，这样你才能理解你正在开发的那个类对系统有何贡献。

• 要了解选定当前组织结构的缘由。经过与其他备选组织结构方案的对比，你可以清楚知道为什么要选定这样一个方案，准确把握它的出发点和完整清晰的构思对后续的设计细化等很重要。

• 定义程序的主要构造块。构造块负责自己区域的事，且对其他构造块负责的区域知道越少越好。通过使各构造块对其他构造块的了解最小，你能将设计的信息局限于各个构造块之内。

• 明确定义构造块间的通信规则。架构应该描述它能直接使用哪些构造块，能间接使用哪些构造块，不能使用哪些构造块。

• 主要的类

• 详细定义所用的主要的类。指出每个主要类的责任，以及该类如何与其他类交互。包含对类的继承体系、状态转换、对象持久化等的描述。如果系统足够大，它应该描述如何将这些类组织成一个个子系统。

• 详细说明构成系统80%行为的20%类。

• 数据设计

• 描述所用到的主要文件和数据表的设计。与曾经考虑过的其他方案对比，说明做出选择的理由。有这些理由和对比，在构建期间，可以让程序员能洞察架构师的思想。在维护阶段，这种洞察力是无价之宝。离开它，你就像看一部没有字幕的外语片。

• 数据隐秘。只应该由一个子系统或一个类直接访问，或其他受控且抽象的方式来访问。

• 详细定义数据库高层组织结构和内容。解释为什么使用单个（多个）数据库。解释为什么不用平坦的文件而用数据库。指出与其他访问统一数据的程序的可能交互方式等。

• 业务规则
  详细描述架构依赖的业务规则。（业务规则包含哪些？例如客户信息及时更新且同步中更新时间不得超过30s）

• 用户界面设计

• 将用户界面模块化。如果需求阶段没有进行详细说明，就应该在架构中详细说明。模块化可以使我们很容易做到：砍掉交互式界面的类，插入一组命令行的类。因为命令行界面便于单元级别和子系统级别的软件测试。

• 资源管理

• 描述管理稀缺资源的计划。稀缺资源包括数据库连接、线程、句柄等。架构应该估算在正常情况和极端情况下的资源使用量。

• 安全性

• 描述实现设计层面和代码层面的安全性方法。建立威胁模型。制定编码规范的时候把安全性牢记在心，包括处理缓冲区的方法、处理非受信数据的规则、加密、错误消息的细致程度、保护内存中的秘密数据。

• 性能
  如果关注性能，需在需求中详细定义性能目标。性能目标应该详细定义资源（速度、内存、成本）之间的优先顺序。
  架构应该提供估计的数据，并解释为什么能达到性能目标。如果某些部分存在达不到性能目标的风险，架构也应该指出来。如果为了满足性能目标，需要在某些部分使用特定的算法或数据类型，架构也应该说清楚。架构中也可以包括各个类或各个对象的空间和时间预算。

• 可伸缩性
  描述系统增长以满足未来需求的能力。描述系统如何应对用户数量、服务器数量、网络节点数量、数据库记录数、数据库记录的长度、交易量等的增长。如果预计系统不会增长，那么也应该明确列出这一假设。

• 互用性
  如果预计系统会与其他软件或硬件共享数据或资源，架构应该描述如何完成这一任务。

• 国际化/本地化
  描述程序支持多个地域/文化的技术活动，包括支持当地特定的语言，字符集等工作。架构应该决定，是在代码中直接嵌入字符串；还是将这些字符串封入某个类，并透过接口来使用它；或者将这些字符串存入资源文件。并解释选用某种方案的原因。

• 输入输出
  描述读取策略：先做、后做、还是即时做，而且描述在哪一层检测I/O错误：字段、记录、流，或者文件的层次。

• 错误处理
  架构中应描述一种“一致地处理错误”的策略。一些需考虑的问题：

• 容错性
  详细定义所期望的容错种类。包括错误检测；如果可能从错误中恢复；如果不能从错误中恢复，则包容其不利影响。

• 架构的可行性
  论证系统的技术可行性。架构师会关注系统各种能力，例如性能目标，能否在有限资源下运转，运行环境是否有足够的支持。架构应该说明“这些问题是如何经过研究的”——通过验证概念的原型、研究、或其他手段，而且必须在全面开展构建之前解决掉这些风险。

• 过度工程
  通常架构详细描述的系统会比需求详细描述的系统更健壮。软件链条的强度不是取决于最薄弱的一环，而是等于所有薄弱环节的乘积。那么架构应该清楚指出程序员应该“为了谨慎起见宁可进行过度工程”，还是应该做出最简单的能工作的东西。
  还应该明确设立期望目标，避免“某些类异常健壮，而其他类勉强够健壮”的现象。

• 关于“买”还是“造”的决策
  如果架构不采用现货供应的组件，那么就应该说明“自己定制的组件应该在哪些方面胜过线程的程序库和组件”。

• 关于复用的决策
  架构应该说明如何对复用的软件进行加工，使之符合其他架构目标。

• 变更策略
  为应对可能出现的变更，架构应足够灵活，适应可能出现的变化。这些变更来自不稳定的数据类型和文件格式、功能需求的变更、新的功能特性等。
  架构应清楚描述处理变更的策略。列出可能出现变更的功能。说明变更已经被预料到了，并且任何单一的变更都智慧影响少数几个类。
  “延迟提交”策略。比如使用表驱动技术，也许表中的数据是保存在外部文件中，而非直接写在代码中，这样就能做到不重新编译的情况下修改程序。

• 架构的总体质量
  大型系统本质问题是维持其“概念完整性”。

一个好的架构定义应该要关注上述内容，并将上述内容描述清楚，为设计和实现阶段铺好一个框架。还有一个架构核对表，优秀的架构应该关注这些问题。

架构核对表——关注架构质量

前期准备的时间花费应如何安排？

一般而言，花费在问题定义、需求分析、软件架构上的时间，一句项目的需要而变化，一个运作良好的项目会在前期计划方面投入10%_{20%的工作量和20%}30%的时间。这不包含详细设计的时间，因为详细设计是构建活动的一部分。
对于需求不稳定，如果是大型的正式项目，需要与需求分析师合作，解决需求分析的问题，这样你就需要为与需求分析师协商预留一定时间。
如果是小型非正式的项目，那你可能需要自己解决需求分析问题，要预留时间将需求定义足够清晰，将需求的不稳定性对构建活动的负面影响降至最低。
如果软件是你以前没有做过的类型，应当为“在新的领域中做设计”的不确定性预留更多时间。目标是创建良好的架构，所以预估时间后，不要被“为做好其他方面工作所需要的时间”所挤占。
如果有必要，可以把需求和架构工作当做独立的项目来对待。

相关好书推荐

需求类：

• Wiegers, Karl.《Software Requirements》 这是一本实用的、面向从业者的书籍，它描述了“需求”活动的具体细节，包括需求启发、需求分析、需求规格、需求验证、需求管理等；
• 更高阶的“需求”从业人员的书：Robertson, Suzanne and James Robertson. 《Mastering the Requirements Process》。Wiegers书的很好替代品。

软件架构类：

• 原文版 Bass, Len, Paul Clements, and Rick Kazman. 《Software Architecture in Practice》，中译版《软件架构实践》，清华大学出版社。
• Buschman, Frank, et al. 《Pattern-Oriented Architecture, Volumn 1: A System of Patterns》，中译版《面向模式的软件体系架构 卷1：模式系统》，机械工业出版社。
• Clements, Paul, Rick Kazman, and Mark Klein. 《Evaluating Software Architectures: Methods and Case Studies》，中译版《软件架构评估》，清华大学出版社。