FO開(kāi)發(fā)，一種解決軟件危機的創(chuàng )新方法

一、軟件危機，云計算時(shí)代無(wú)法回避的問(wèn)題

1、背景介紹

60年代中期，大容量、高速度計算機的出現，使計算機的應用范圍迅速擴大，軟件開(kāi)發(fā)急劇增長(cháng)。高級語(yǔ)言開(kāi)始出現；操作系統的發(fā)展引起了計算機應用方式的變化；大量數據處理導致第一代數據庫管理系統的誕生。軟件系統的規模越來(lái)越大，復雜程度越來(lái)越高，軟件可靠性問(wèn)題也越來(lái)越突出。原來(lái)的個(gè)人設計、個(gè)人使用的方式不再能滿(mǎn)足要求，迫切需要改變軟件生產(chǎn)方式，提高軟件生產(chǎn)率，軟件危機開(kāi)始爆發(fā)。

1968年，北大西洋公約組織的計算機科學(xué)家在聯(lián)邦德國召開(kāi)國際會(huì )議，第一次討論軟件危機問(wèn)題，并正式提出一個(gè)新的名詞：軟件工程。從此出現了一門(mén)新興的工程學(xué)科——軟件工程學(xué)，目的就是研究和克服軟件危機。

2、軟件工程不能解決軟件危機

剛開(kāi)始的時(shí)候，軟件工程的確解決了一些問(wèn)題。

然而進(jìn)入上世紀80年代以后，盡管軟件工程研究與實(shí)踐取得了較大的成就，軟件技術(shù)水平有了長(cháng)足的進(jìn)展，但是軟件生產(chǎn)水平依然遠遠落后于硬件生產(chǎn)水平的發(fā)展速度。當需求比較復雜的時(shí)候，軟件工程本身也出現了危機。比如當一個(gè)需求需要1億個(gè)模塊的時(shí)候，缺乏必要的文檔資料或者文檔資料不合格，將給軟件開(kāi)發(fā)和維護帶來(lái)許多嚴重的困難和問(wèn)題。

3、云計算必須面對“軟件危機”

軟件開(kāi)發(fā)商很少提“軟件危機”的事情，架構設計師根據用戶(hù)的需求，制定出開(kāi)發(fā)方案后，軟件人員只需要按照要求編寫(xiě)代碼就可以了。事實(shí)上國內的很多軟件人員好象不知道有“軟件危機”這回事。

傳統的軟件開(kāi)發(fā)可以回避談?wù)摗败浖C”，畢竟是一個(gè)簡(jiǎn)單的系統，比如ERP，也只是一個(gè)簡(jiǎn)單系統，即便出現軟件危機，影響也不會(huì )太大，最多是影響一個(gè)大型企業(yè)。

然而開(kāi)發(fā)云計算產(chǎn)品的時(shí)候，軟件危機就成了繞不過(guò)去的坎了。同樣是提供企業(yè)資源管理服務(wù)，影響的就不是一個(gè)企業(yè)，也是很多的企業(yè)，以及和這些企業(yè)相關(guān)聯(lián)的政府部門(mén)，比如稅務(wù)局、工商局、商業(yè)局、統計局等，因為這些部門(mén)從企業(yè)的“數據云”里獲得相關(guān)的信息。

二、軟件危機的本質(zhì)難題

圖靈獎獲得者Fred Brooks在1987年所發(fā)表了一篇關(guān)于軟件工程的經(jīng)典論文——《沒(méi)有銀彈》。認為沒(méi)有任何一項技術(shù)或方法可以能讓軟件工程的生產(chǎn)力在十年內提高十倍。這篇經(jīng)典論文的核心論述通常被解釋為復雜的軟件工程問(wèn)題無(wú)法靠簡(jiǎn)單的答案來(lái)解決。而他的結論到目前為止是對的。

軟件危機的本質(zhì)難題在于軟件的體系結構和軟件的程序代碼數量。1、體系結構是指數據、算法、功能在軟件系統中的連接形式，盡管數據、算法、功能本身是精確的，但是其連接形式是多樣的，也就是說(shuō)每個(gè)構成成員，是通過(guò)多條路徑和其它成員連接的。比如ERP中庫存管理里的家電產(chǎn)品信息，會(huì )關(guān)聯(lián)到商業(yè)銷(xiāo)售、物流運輸等。

2、程序是完成一個(gè)功能所需要的邏輯過(guò)程的集合。程序代碼是記錄邏輯過(guò)程的符號。由于程序員自身的問(wèn)題，邏輯不清晰或者所使用符號的不準確，將導致程序存在“BUG”。代碼的數量越多，隱藏的“BUG”就越多。

三、只有采用革命性的方法才有解決軟件危機的可能

以軟件工程為核心的傳統軟件開(kāi)發(fā)方法，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已經(jīng)達到了一定的高度，而且也出現了大量的創(chuàng )新方法和思想。比如高級語(yǔ)言的出現，面向對象編程，圖形化編程，程序驗證，構件技術(shù)，UML，MDA，SOA，敏捷開(kāi)發(fā)等等。

1、Model Driven Architecture 模型驅動(dòng)架構

UML是MDA所使用的關(guān)鍵技術(shù)，任何使用MDA創(chuàng )建的應用程序都基于標準化的，與平臺無(wú)關(guān)的UML模型。這樣，就意味著(zhù)應用程序被定義為與平臺無(wú)關(guān)，所以這樣的應用程序就是可移植的。這很容易讓人想到Java所宣稱(chēng)的“write once run anywhere”，試圖去構建一個(gè)平臺無(wú)關(guān)的框架，如Swing UI庫。但是這種想法必須在性能和平臺集成上作出折衷，而在過(guò)去這種折衷是很多產(chǎn)品失敗的根源，由于這些失敗，業(yè)界仍然非常懷疑MDA的宣言。

2、敏捷開(kāi)發(fā)

AM是一種態(tài)度，而不是一個(gè)說(shuō)明性的過(guò)程。AM是敏捷建模者們堅持的價(jià)值觀(guān)、敏捷建模者們相信的原則、敏捷建模者們應用的實(shí)踐組成的集合。 AM描述了一種建模的風(fēng)格。當它應用于敏捷的環(huán)境中時(shí)，能夠提高開(kāi)發(fā)的質(zhì)量和速度，同時(shí)能夠避免過(guò)度簡(jiǎn)化和不切實(shí)際的期望。

AM是對已有方法的補充，而不是一個(gè)完整的方法論。

AM并不是要反對文檔。文檔的創(chuàng )建和維護都會(huì )增大項目涉眾的投資。敏捷文檔盡可能的簡(jiǎn)單，盡可能的小，目的只集中在和目前開(kāi)發(fā)的系統有直接關(guān)系的事情上，充分了解受眾的需要。

AM也不是要反對CASE工具。敏捷建模者使用那些能夠幫助開(kāi)發(fā)人員提高效果，提升價(jià)值的工具。而且，他們還盡力使用那些能夠勝任工作的最簡(jiǎn)單的工具。

一直以來(lái)，國外優(yōu)秀的軟件工程師和軟件研究人員殫盡竭慮，尋找提高軟件開(kāi)發(fā)效率的方法和思想。然而這些優(yōu)秀的方法仍然無(wú)法解決軟件危機難題。由此可見(jiàn)，如果只在傳統的軟件開(kāi)發(fā)思想上進(jìn)行創(chuàng )新，將很難找到解決軟件危機的“銀彈”。只有在思想上發(fā)生革命性的改變，才有可能尋找到解決“軟件危機”的根本方法。

四、FO方法的幾個(gè)假設條件

FO軟件編程思想是北京乾坤化物數字技術(shù)有限公司經(jīng)過(guò)8年的探索實(shí)踐而提出來(lái)的。這是一個(gè)哲學(xué)和技術(shù)相結合的范例。FO軟件開(kāi)發(fā)方法是建立在以下的幾個(gè)假設之上的：

1、軟件的復雜度是可以通過(guò)軟件的體系架構來(lái)描述的，任何體系架構是可以通過(guò)維來(lái)構建的。

2、任何一個(gè)復雜的用戶(hù)需求都是分解的，我們把不能再分解的構成部分叫“對象”

3、任何一個(gè)對象包含而且必須包含兩個(gè)部分，即對象的外部屬性和對象的內部屬性。

4、對象的連接方式即結構，就是該用戶(hù)需求的體系架構。

五、FO軟件開(kāi)發(fā)方法

1、什么是FO軟件開(kāi)發(fā)方法

FO軟件開(kāi)發(fā)方法是以哲學(xué)方法論為指導的新一代軟件開(kāi)發(fā)方法。包含三個(gè)部分，即面向事實(shí)的分析(Fact-Oriented Analysis)、面向結構的設計(Frame-Oriented Design)、面向形式的編程(Form-Oriented Programming)。

（1）面向事實(shí)的分析。把客戶(hù)需求當成存在的事實(shí)，采用哲學(xué)的方法進(jìn)行分析。比如“教育云”的客戶(hù)需求就是把現實(shí)中的教育體系模擬出來(lái)，我們采用哲學(xué)的方法來(lái)進(jìn)行分析，首先按照行政區域分解，全球，中國，省，地級城市，縣、鄉鎮、村。然后以一個(gè)具體的地區來(lái)分析，比如東莞市，包含教育門(mén)戶(hù)，教育軟件功能服務(wù)，教育工具等。不能再進(jìn)行分解的實(shí)體就是對象。對象包含內部特性——形式，和外部特性——配置兩部分。

（2）面向結構的設計。把上述分析過(guò)程中得到的對象的連接形式整理出來(lái)，并采用維的方式表述。這樣就得到了軟件的體系結構。比如地名維，欄目維，分類(lèi)維等。

（3）面向形式的編程。對形式部分編寫(xiě)程序代碼，即得到一個(gè)無(wú)具體含義的功能模塊。該模塊和配置（描述參數）結合，就得到一個(gè)對象。

2、軟件產(chǎn)品的構成

按照FO軟件開(kāi)發(fā)方法的規則，軟件包括四部分：數據，功能模塊，表現程序，連接方式（體系結構）。

在傳統的軟件開(kāi)發(fā)方法里，軟件由數據、程序兩部分組成，廣義上講，相關(guān)文檔也可以作為軟件的一部分。

比較這兩個(gè)方法，在FO方法里，軟件=功能模塊+表現程序+連接方式（體系結構），變?yōu)槿齻€(gè)獨立的部分。

六、在教育云CMS系統中的應用

目前在教育云的CMS系統里，已經(jīng)完成了10個(gè)功能系統的開(kāi)發(fā)，未來(lái)將擴充到幾十個(gè)甚至幾百個(gè)系統。

教育云里的CMS系統是采用FO方法開(kāi)發(fā)的，數據、功能模塊的設計和行業(yè)應用類(lèi)型無(wú)關(guān)，也與平臺無(wú)關(guān)。是按照軟件工廠(chǎng)的標準來(lái)設計的。

這種方式的最大特點(diǎn)是系統開(kāi)發(fā)效率高，維護效率高。比如在內容發(fā)布管理系統里，10個(gè)不同系統使用的是同樣的功能模塊，也就是說(shuō)只使用了幾百行代碼，就開(kāi)發(fā)了10個(gè)不同需求的內容管理系統。未來(lái)增加的幾百個(gè)系統，使用的代碼仍然是這幾百行，而采用傳統的軟件開(kāi)發(fā)方法，這幾百個(gè)系統則可能需要幾十萬(wàn)行代碼。

代碼減少的原因如下：

1、數據表設計的規范化。按照同構群的方式來(lái)設計數據表，把表里的字段分為文本類(lèi)、數字類(lèi)、日期類(lèi)、邏輯類(lèi)等。每種類(lèi)是由包含0個(gè)以上字段構成的集合。利用同構群的特性，只要是內容發(fā)布管理，就屬于同構群的一個(gè)，其處理方法是完全相同的。

集合S={文本類(lèi)、數字類(lèi)、日期類(lèi)、邏輯類(lèi)}和對這些字段的處理運算構成了一個(gè)群G。

2、采用非線(xiàn)性邏輯單元構造方式來(lái)設計功能模塊。一個(gè)功能模塊是有一系列邏輯單元按照一定的排列順序構成的。如下圖所示，對于一個(gè)指定的功能模塊來(lái)說(shuō)，存在至少一個(gè)以上的獨立邏輯單元入口，每個(gè)邏輯單元入口就規定了一個(gè)運算路徑。同一層面的邏輯結點(diǎn)的排列順序可能有時(shí)序要求或者沒(méi)有時(shí)序要求。

采用傳統的軟件開(kāi)發(fā)方法開(kāi)發(fā)下圖所示的功能模塊時(shí)，開(kāi)發(fā)商無(wú)法預先知道功能模塊的實(shí)際模樣，因為不同的軟件工程師，或者同一個(gè)軟件工程師在不同的時(shí)間段，編寫(xiě)的軟件代碼是不同的。也就是說(shuō)無(wú)法得到一個(gè)基本規范的軟件程序。

FO軟件開(kāi)發(fā)方法采用非線(xiàn)性方式，對功能模塊的邏輯單元進(jìn)行分析處理，沿邏輯單元的路徑獨立編寫(xiě)代碼，最后根據需要排列第一層邏輯結點(diǎn)位置，就得到了功能模塊。

按照FO開(kāi)發(fā)方法，如果最小邏輯單元所完成的功能相同，那么其代碼也是一樣的，也就是說(shuō)在最小的邏輯單元層面，代碼是完全共用的。

七、FO軟件開(kāi)發(fā)方法的意義

在8年的實(shí)踐應用里，通過(guò)不斷摸索調整，FO軟件開(kāi)發(fā)方法已經(jīng)基本成型，并在一些具體應用中得到驗證。在云計算時(shí)代，面對社會(huì )需求的重大改變以及更加殘酷的IT技術(shù)競爭，FO方法的推廣應用將具有一定的積極意義。

1、在基本上由國外控制核心技術(shù)的IT領(lǐng)域，出現了具有完全自主知識產(chǎn)權的軟件開(kāi)發(fā)方法，對提高國內企業(yè)的競爭力具有積極地推動(dòng)意義。

2、由于解決了軟件危機的本質(zhì)難題，極大地提高了軟件開(kāi)發(fā)速度，為解決巨復雜軟件需求提供了保證，因此為加快“復雜系統”的應用起到一定的推動(dòng)作用。

此文是中國嵌入式系統產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟網(wǎng)絡(luò )空間命運共同體研究會(huì )交流文

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