面向对象几种常见开发模型详解

（1） 瀑布模型（waterfall model）

 

   瀑布模型核心思想是按工序将问题化简，将功能的实现与设计分开，便于分工协作，即采用结构化的分析与设计方法将逻辑实现与物理实现分开。将软件生命周期划分为制定计划、需求分析、软件设计、程序编写、软件测试和运行维护等六个基本活动，并且规定了它们自上而下、相互衔接的固定次序，如同瀑布流水，逐级下落。从本质来讲，它是一个软件开发架构，开发过程是通过一系列阶段顺序展开的，从系统需求分析开始直到产品发布和维护，每个阶段都会产生循环反馈，因此，如果有信息未被覆盖或者发现了问题，那么最好 “返回”上一个阶段并进行适当的修改，开发进程从一个阶段“流动”到下一个阶段，这也是瀑布开发名称的由来。

瀑布模型是最早出现的软件开发模型，在软件工程中占有重要的地位，它提供了软件开发的基本框架。其过程是从上一项活动接收该项活动的工作对象作为输入，利用这一输入实施该项活动应完成的内容给出该项活动的工作成果，并作为输出传给下一项活动。同时评审该项活动的实施，若确认，则继续下一项活动；否则返回前面，甚至更前面的活动。对于经常变化的项目而言，瀑布模型毫无价值。

（2） 快速原型模型（原型模式）prototype model

 

原型是指模拟某种产品的原始模型，在其他产业中经常使用。软件开发中的原型是软件的一个早期可运行的版本，它反映了最终系统的重要特性。

 

　　快速原型模型又称原型模型，它是增量模型的另一种形式；它是在开发真实系统之前，构造一个原型，在该原型的基础上，逐渐完成整个系统的开发工作。快速原型模型的第一步是建造一个快速原型，实现客户或未来的用户与系统的交互，用户或客户对原型进行评价，进一步细化待开发软件的需求。通过逐步调整原型使其满足客户的要求，开发人员可以确定客户的真正需求是什么；第二步则在第一步的基础上开发客户满意的软件产品。

 

 

 

快速原型模型的思想产生及原理

1、快速原型模型思想的产生

 

　　由于种种原因，在需求分析阶段得到完全、一致、准确、合理的需求说明是很困难的，在获得一组基本需求说明后，就快速地使其“实现”，通过原型反馈，加深对系统的理解，并满足用户基本要求，使用户在试用过程中受到启发，对需求说明进行补充和精确化，消除不协调的系统需求，逐步确定各种需求，从而获得合理、协调一致、无歧义的、完整的、现实可行的需求说明。又把快速原型思想用到软件开发的其他阶段，向软件开发的全过程扩展。即先用相对少的成本，较短的周期开发一个简单的、但可以运行的系统原型向用户演示或让用户试用，以便及早澄清并检验一些主要设计策略，在此基础上再开发实际的软件系统。

 

2、快速原型模型的原理

 

　　快速原型是利用原型辅助软件开发的一种新思想。经过简单快速分析，快速实现一个原型，用户与开发者在试用原型过程中加强通信与反馈，通过反复评价和改进原型，减少误解，弥补漏洞，适应变化，最终提高软件质量。

 

快速原型模型的类型

 

根据原型的不同作用,有三类原型模型:

 

　　1、探索型原理

 

　　这种类型的原型是把原型用于开发的需求分析阶段，目的是要型清用户的需求，确定所期望的特性，并探索各种方案的可行性。它主要针对开发目标模糊，用户与开发都对项目都缺乏经验的情况，通过对原型的开发来明确用户的需求。

 

　　2、实验型原型

 

　　这种原型主要用于设计阶段，考核；实现方案是否合适，能否实陋。对于一个大型系统，若对设计方案心中没有把握时，可通过这种原型来证实设计方案的正确性。

 

　　3、演化型原型

 

　　这种原型主要用于及早向用户提交一个原型系统，该原型系统或者包含系统的框架，或者包含系统的主要功能，在得到用户的认可后，将原型系统不断扩充演变为最终的软件系统。它将原型的思想扩展到软件开发的全过程。

 

快速原型模型的运用方式

　　由于运用原型的目的和方式不同，在使用原型时也采取不同的策略，有抛弃策略和附加策略。

 

　　1、抛弃策略是将原型用于开发过程的某个阶段，促使该阶段的开发结果更加完整、准确、一致、可靠，该阶段结束后，原型随之作废。探索型和实验型就是采用此策略的。

 

　　2、附加策略是将原型用于开发的全过程，原型由最基本的核心开始，逐步增加新的功能和新的需求，反复修改反复扩充，最后发展为用户满意的最终系统，演化型快速原型就是采用此策略。

 

　　采用何种形式、何种策略运用快速原型主要取决于软件项目的特点、人员素质、可供支持的原型开发工具和技术等，这要根据实际情况的特点来决定。

 

快速原型模型的开发步骤

　　1、快速分析

 

　　在分析人员与用户密切配合下，迅速确定系统的基本需求，根据原型所要体现的特征描述基本需求以满足开发原型的需要。

 

　　2、构造原型

 

　　在快速分析的基础上，根据基本需求说明尽快实现一个可行的系统。这里要求具有强有力的软件工具的支持，并忽略最终系统在某些细节上的要求，如安全性、坚固性、例外处理等等，主要考虑原型系统能够充分反映所要评价的特性，而暂时删除一切次要内容。

 

　　3、运行原型

 

这是发现问题、消除误解、开发者与用户充分协调的一个步骤。

 

　　4、评价原型

 

　　在运行的基础上，考核评价原型的特性，分析运行效果是否满足用户的愿望，纠正过去交互中的误解与分析中的错误，增添新的要求，并满足因环境变化或用户的新想法引起的系统要求变动，提出全面的修改意见。

 

　　5、修改

 

根据评价原型的活动结果进行修改。若原型未满足需求说明的要求，说明对需求说明存在不一致的理解或实现方案不够合理，则根据明确的要求迅速修改原型。

 

（3） 增量模型 （Incremental Model）

 

增量模型融合了瀑布模型的基本成分（重复应用）和原型实现的迭代特征，该模型采用随着日程时间的进展而交错的线性序列，每一个线性序列产生软件的一个可发布的“增量”。当使用增量模型时，第1个增量往往是核心的产品，即第1个增量实现了基本的需求，但很多补充的特征还没有发布。客户对每一个增量的使用和评估都作为下一个增量发布的新特征和功能，这个过程在每一个增量发布后不断重复，直到产生了最终的完善产品。增量模型强调每一个增量均发布一个可操作的产品。采用增量模型的软件过程如图1-8所示。

　　增量模型与原型实现模型和其他演化方法一样，本质上是迭代的，但与原型实现不一样的是其强调每一个增量均发布一个可操作产品。早期的增量是最终产品的“可拆卸”版本，但提供了为用户服务的功能，并且为用户提供了评估的平台。增量模型的特点是引进了增量包的概念，无须等到所有需求都出来，只要某个需求的增量包出来即可进行开发。虽然某个增量包可能还需要进一步适应客户的需求并且更改，但只要这个增量包足够小，其影响对整个项目来说是可以承受的。

　　图—采用增量模型的软件过程

采用增量模型的优点是人员分配灵活，刚开始不用投入大量人力资源。如果核心产品很受欢迎，则可增加人力实现下一个增量。当配备的人员不能在设定的期限内完成产品时，它提供了一种先推出核心产品的途径。这样即可先发布部分功能给客户，对客户起到镇静剂的作用。此外，增量能够有计划地管理技术风险。增量模型的缺点是如果增量包之间存在相交的情况且未很好处理，则必须做全盘系统分析，这种模型将功能细化后分别开发的方法较适应于需求经常改变的软件开发过程。

四、什么是螺旋模型 （spiral model）

　　1988年，巴利·玻姆Barry Boehm正式发表了软件系统开发的“螺旋模型”，它将瀑布模型和快速原型模型结合起来，强调了其他模型所忽视的风险分析，特别适合于大型复杂的系统。

 

　　螺旋模型采用一种周期性的方法来进行系统开发。这会导致开发出众多的中间版本。使用它，项目经理在早期就能够为客户实证某些概念。该模型是快速原型法，以进化的开发方式为中心，在每个项目阶段使用瀑布模型法。这种模型的每一个周期都包括需求定义、风险分析、工程实现和评审4个阶段，由这4个阶段进行迭代。软件开发过程每迭代一次，软件开发又前进一个层次。采用螺旋模型的软件过程如下图所示:

 

 

 

螺旋模型基本做法是在“瀑布模型”的每一个开发阶段前引入一个非常严格的风险识别、风险分析和风险控制，它把软件项目分解成一个个小项目。每个小项目都标识一个或多个主要风险，直到所有的主要风险因素都被确定。

 

　　螺旋模型强调风险分析，使得开发人员和用户对每个演化层出现的风险有所了解，继而做出应有的反应，因此特别适用于庞大、复杂并具有高风险的系统。对于这些系统，风险是软件开发不可忽视且潜在的不利因素，它可能在不同程度上损害软件开发过程，影响软件产品的质量。减小软件风险的目标是在造成危害之前，及时对风险进行识别及分析，决定采取何种对策，进而消除或减少风险的损害。

 

螺旋模型的优缺点

　　1、螺旋模型的优势包括:

 

　　1）设计上的灵活性,可以在项目的各个阶段进行变更。

 

　　2）以小的分段来构建大型系统,使成本计算变得简单容易。

 

　　3）客户始终参与每个阶段的开发,保证了项目不偏离正确方向以及项目的可控性。

 

　　4）随着项目推进,客户始终掌握项目的最新信息 , 从而他或她能够和管理层有效地交互。

 

　　5）客户认可这种公司内部的开发方式带来的良好的沟通和高质量的产品。

 

　　螺旋模型很大程度上是一种风险驱动的方法体系，因为在每个阶段之前及经常发生的循环之前，都必须首先进行风险评估。在实践中，螺旋法技术和流程变得更为简单。迭代方法体系更倾向于按照开发/设计人员的方式工作，而不是项目经理的方式。螺旋模型中存在众多变量，并且在将来会有更大幅度的增长，该方法体系正良好运作着。下表是螺旋法能够解决的各种问题：

 

经常遇到的问题 螺旋模型的解决方案 

用户需求不够充分 允许并鼓励用户反馈信息 

沟通不明 在项目早期就消除严重的曲解 

刚性的体系(Overwhelming architectures) 开发首先关注重要的业务和问题 

主观臆断 通过测试和质量保证,作出客观的评估 

潜在的不一致 在项目早期就发现不一致问题 

糟糕的测试和质量保证 从第一次迭代就开始测试 

采用瀑布法开发 在早期就找出并关注风险 

 

　　2、但是，螺旋模型并不是比其他模型拥有绝对优越，事实上，这种模型也有其自身的如下缺点。

 

　　1）采用螺旋模型需要具有相当丰富的风险评估经验和专门知识，在风险较大的项目开发中，如果未能够及时标识风险，势必造成重大损失。

 

2）过多的迭代次数会增加开发成本，延迟提交时间。

五、喷泉模型（fountain model）

 

喷泉模型是一种以用户需求为动力，以对象为驱动的模型，主要用于采用对象技术的软件开发项目。该模型认为软件开发过程自下而上周期的各阶段是相互迭代和无间隙的特性。软件的某个部分常常被重复工作多次，相关对象在每次迭代中随之加入渐进的软件成分。无间隙指在各项活动之间无明显边界，如分析和设计活动之间没有明显的界限，由于对象概念的引入，表达分析、设计、实现等活动只用对象类和关系，从而可以较为容易地实现活动的迭代和无间隙，使其开发自然地包括复用。

　　喷泉模型不像瀑布模型那样，需要分析活动结束后才开始设计活动，设计活动结束后才开始编码活动。该模型的各个阶段没有明显的界限，开发人员可以同步进行开发。其优点是可以提高软件项目开发效率，节省开发时间，适应于面向对象的软件开发过程。由于喷泉模型在各个开发阶段是重叠的，因此在开发过程中需要大量的开发人员，因此不利于项目的管理。此外这种模型要求严格管理文档，使得审核的难度加大，尤其是面对可能随时加入各种信息、需求与资料的情况。