對軟件開發模式變遷的研究

摘? 要：自20世紀60年代軟件危機爆發以來，為了應對軟件開發面臨的本質性困難，軟件開發的過程和方法不斷變化以適配不同的軟件開發形態，形成了各類軟件開發模式。隨著互聯網的應用和發展，傳統的軟件開發模式在應對顯著提升的軟件規模和復雜性方面遇到了很大挑戰。基于互聯網群體智能的軟件開發模式逐漸形成。本文通過分析影響軟件開發模式變遷的關鍵因素，探討在當前互聯網深度應用的情形下，軟件開發模式的變遷趨勢。

關鍵詞：開發模式;敏捷;迭代;DevOps;群體智能

中圖分類號：TP311.5? ? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）22-0001-05

Abstract：Since the outbreak of the software crisis in the 1960s，in order to cope with the essential difficulties faced by software development，the process and methods of software development have been constantly changing to adapt to different software development forms，forming various software development modes. With the application and development of the internet，traditional software development modes have encountered great challenges in dealing with significantly increased software scale and complexity. A software development mode based on internet collective intelligence has gradually formed. By analyzing the key factors affecting the changes of software development mode，this paper discusses the trend of software development mode in the current situation of deep internet application.

Keywords：development mode;agile;iterative;DevOps;collective intelligence

0? 引? 言

20世紀60年代軟件危機爆發，催生了軟件工程以及早期的瀑布開發模型;20世紀90年代，IPD（Integrated Product Development）作為完善的產品開發模式、理念和方法被一些業界公司紛紛采用以提高產品開發效率、縮短產品投放市場的時間。進入21世紀，隨著互聯網的興起，為了應對客戶需求的快速變化，敏捷和迭代模式開始大行其道。過去的十年間，隨著移動網絡、社交媒體、云計算、大數據、AI的快速發展和深度應用，顛覆式創新和跨界競爭加劇，為了快速應對變化，輕資產運行和智能高效的研發平臺是關鍵，DevOps便應運而生。而當下，在移動互聯、虛擬網絡的大背景下，在大數據、AI、云計算等技術的加持下，群體智能作用下的軟件開發模式亦越來越受到重視。

不論是瀑布開發模型，還是敏捷、迭代或者DevOps（Development Operations），或是群體智能軟件開發模式，雖然在一定程度上可以緩解或者解決軟件開發面臨的問題，但是隨著軟件開發的規模迅速擴大，復雜性急劇增加，人們在處理問題時依然受到人類智能的局限。隨著先進的軟件組織方式、開發方法和工具的涌現，軟件開發的能力和效率不斷提高，但新的、更復雜的問題隨之而來：不斷變遷的各類軟件開發模式，如何適配不同類型的軟件開發項目，應對和解決軟件開發面臨的本質性困難。本文重在探討影響軟件開發模式變遷的關鍵因素，以及在當前互聯網深度應用、大數據信息爆炸等情形下，是否有適配的新型軟件開發模式。

1? 軟件開發模式

模式是事物的標準樣式，可看作是解決某一類問題的方法論的基礎。將某類問題的解決方法歸納、抽象到理論高度，即為模式。遵循模式有助于指導不同的人員做出優良的設計方案，取得好的效果并獲得解決問題的最佳辦法。

軟件開發模式可以認為是軟件開發方法+一系列的軟件開發過程。

1.1? 軟件開發方法

軟件開發的方法有很多方面的意義。狹義來看，軟件開發方法是指在項目管理、分析、設計、程序的編寫、測試和質量控制等軟件開發的階段或活動中，為達到某個目標而采取的途徑、步驟、手段等，如常見的有結構化、面向對象等分析或設計方法。廣義來看，軟件開發方法大致可分為重量級和輕量級兩種。常見的重量級開發方法包括ISO9000、CMM（Capability Maturity Model for Software）以及RUP（Rational Unified Process）等。在應用重量級方法的軟件組織中，開發人員需要在軟件開發的一系列階段活動中不斷撰寫很多配套的軟件開發文檔，以滿足流程的符合度要求。常見的輕量級開發方法包括XP（Extreme Programming）和敏捷流程等。輕量級的開發方法講求開發過程的“短平快”，尤其是快速交付，鮮有對大量正式文檔的要求，反而強調面對面的溝通勝過面面俱到的文檔。截至目前，重量級方法和輕量級方法孰優孰劣，依然存在很多爭論。一些方法論者認為在開發中應當嚴格遵循并且實施這些方法;另外一些人認為他們所在的軟件開發組織并不具有實施這些方法的條件。實際上，采用何種方法開發軟件取決于很多因素，各開發組織只能根據組織的現狀選擇適配自己的軟件開發方法。

1.2? 軟件開發過程

軟件開發過程或軟件過程，又稱軟件開發生命周期，其包括軟件的需求定義與分析、設計、實現、測試、交付和維護等幾個階段。軟件過程為軟件的開發定義了一個框架，該框架創建了一個環境，將軟件開發方法、自動化工具和質量管理等緊密結合在一起，方便采用最新的技術和方法、生成各種工作產品（模型、文檔、報告、表格等）、進行產品管理和軟件項目管理，等等。在軟件工程的范疇里，軟件開發過程更多體現的是軟件生命周期，適配不同軟件形態和軟件開發方法的軟件生命周期則被總結抽象為不同類型的軟件生命周期模型，如早期的瀑布模型、螺旋模型，以及近些年開始興起的敏捷和DevOps，一系列的軟件開發過程模型和軟件生命周期模型被總結抽象固化下來。

敏捷的價值體現在：及時響應需求變化，強調開發個體之間以及開發與客戶之間的交互，快速交付可以工作的軟件而不是面面俱到的文檔[1]。DevOps的價值體現在：維護與開發統一節奏，將開發交付的軟件或版本及時部署獲得回報。敏捷側重于開發與客戶間的配合，DevOps則注重開發與運維間的無縫銜接。二者的結合非常適用于當今的互聯網企業：以客戶需求為導向，強調開發過程中端到端的協作，消除開發、測試、運維之間的部門墻，降低內耗，降低成本，快速回報[2]。

不論是敏捷還是DevOps，其優點是輕量級、快速響應需求變化、快速交付，但是不夠系統。而傳統瀑布型開發模型的優點在于系統性和可預見性，系統性導致了其重量級開發方式，過程中需要輸出大量文檔。這樣固定的流程式開發，帶來的一個很大缺點即是難以快速響應多變的客戶需求。有效的做法是將具有系統性和預見性的軟件架構部件化，并嵌套到敏捷開發的每次輕量級的迭代中，使軟件工程兼具軟件架構的預見性和敏捷開發的適應性，根據項目的大小來調整嵌套的程度，根據每次迭代項目的大小來選擇不同的架構，實現敏捷開發與軟件架構融合的雙贏。

軟件是智力密集型創新團隊中個體認知過程的直接產品，因此，許多用于軟件過程管理的方法和技術旨在促進從事密切合作、智力密集型工作的組織成員之間的溝通和協調。尤其在當前越來越多的互聯網應用和服務情形下，互聯網開發模式，是針對互聯網本質上是一個“服務”而發展起來的。因為是服務而不是產品，所以該服務最高的技術標準和評價標準是應對快速變化的能力。因此，在互聯網開發模式下，開發人員更傾向于采用自動化的開發工具和方法來提高效率，如自動化測試、構建、集成、部署等;重視原型迭代，并且將開發和運營視為一個整體，不斷完善互聯網服務，讓開發和運維在同一個生命周期里生長。這就是為何敏捷、DevOps等在互聯網模式下更受歡迎的原因。

即便如此，我們依然關注到，由于軟件所具有的復雜性、易變性、不可見性等特點，使得軟件開發面臨各種各樣的困難。諸如，軟件是一種無形的可塑的產品，在大多數情況下，軟件開發團隊需要生成和修改共享文檔，而軟件開發往往是作為一個學習的過程，知識的獲得和信息的形成是在項目中進行的，因此，需要關注軟件開發組織的有效性。又如，軟件產品的復雜性，使得軟件需求隨著產品需求范圍、知識的獲得而改變;軟件開發人員使用的過程、方法和工具也在持續不斷地更新。再如，軟件的無形性，使得目標量化和軟件質量度量非常困難[3]。

2? 影響軟件開發模式變遷的關鍵要素

正如上述提到的，因為軟件開發具有本質性的困難，導致軟件開發模式也在不斷地適應軟件發展不同階段、不同情境下的需要。軟件開發模式可看作是人們改造世界的一種方式，是結合軟件開發方法和軟件開發過程來開發提高人們生產效率的軟件系統的一種模式。那么，隨著人類社會的不斷進步和發展，軟件開發模式的變遷受到了哪些因素的影響，要回答這個問題，需要回顧生產力的概念。

恩格斯認為，生產力是具有生產經驗與勞動能力的人利用生產工具改造自然而形成的能力。構成生產力的基本要素是：勞動者、勞動資料和勞動對象。勞動資料主要以生產工具為主;勞動對象是指勞動者在勞動過程中使用勞動工具所加工的一切對象。由上述定義，我們知道，軟件開發可作為一種生產力，它涉及到三個要素：

（1）以生產工具為主的勞動資料，可以認為是軟件開發所需的技術和工具等;

（2）勞動對象，即軟件產品和服務;

（3）勞動者，即開發主體——人。

由此可見，拋開軟件產品不談，軟件開發模式的變遷，主要受人的要素以及技術和工具的要素影響。鑒于軟件是智力密集型創新團隊中個體認知過程的直接產品，我們重點探討人的要素中軟件開發組織方式不同對軟件開發的影響。尤其是在目前軟件開發規模越來越大，互聯網協同要求越來越高的情形下，軟件開發組織的組織方式變得尤為重要。

綜上所述，我們認為，軟件開發模式的變遷，主要受以下三個關鍵要素的影響：

（1）組織方式;

（2）技術和工具;

（3）虛擬社會。

下面本文分別闡述這三種要素在軟件開發模式中的所發揮的作用及其演化過程。

2.1? 軟件開發組織方式的演化

軟件開發組織方式，涉及軟件開發組織結構或者項目治理，業內一般有垂直型、水平型和混合型的組織結構。本文重點分析這些組織結構背后隱藏的社會性或商業性因素。

分析軟件開發的歷史和現狀，可將軟件開發概括為三個階段：小作坊式軟件開發、工業化軟件開發、社會化軟件開發[4]。簡單來說，三個階段的發展歷程可概括為：從單打獨斗的小作坊式原始軟件開發，演化為流程化、系統化的工業化軟件開發。隨著Web2.0的普及、開源軟件以及虛擬社區的興起，軟件開發又演化為去中心化的社會化軟件開發。在這三個階段的發展過程中，軟件開發組織方式的演化，遵循了人類社會和商業組織的演化模式，即，從去中心化，到中心化，再回到去中心化。

隨著軟件規模和復雜性的不斷增加，集中式的軟件項目管理以及單純地增加團隊的規模并不會相應提升軟件開發的效率和質量。尤其是隨著互聯網的快速發展，軟件的規模和復雜度越來越高;軟件開發越來越要求開放、分布、共享和協同;軟件運行環境越來越開放、動態且多樣化。上述變化，促使人們尋找能夠匹配大規模軟件開發的新軟件開發組織方式。群體智能提供了一種解決問題的新模式。其背后的邏輯是：通過匯聚群體的智慧，產生一種超越個人智慧的更高層次的智能，這種大規模的人類群體協同能夠有效應對軟件開發的本質性困難。

2.2? 技術的演化

軟件開發技術包括：軟件開發方法學、工具和環境等，其主體是軟件開發方法學。軟件開發方法學是對軟件開發中應遵循的策略、原則、步驟以及相應的輸出作出約定，從而規范化、工程化軟件開發過程。軟件開發環境則是方法、工具的有機組合。

縱觀軟件開發技術的發展，可歸納為五個階段：

（1）機器語言階段;

（2）匯編語言階段;

（3）高級程序設計語言階段;

（4）軟件開發工具階段;

（5）組件化與服務化階段。

各個階段依次用機器語言、匯編語言、高級程序設計語言、軟件開發框架與工具以及流程編排容器來開發軟件。

2.2.1? 機器語言

是用二進制代碼表示的一種機器指令的集合，其能夠被CPU直接識別和執行。不同的計算機都有各自的機器語言，即指令系統。從使用的角度看，機器語言是最低級的語言。

2.2.2? 匯編語言

使用CPU指令型語言進行編程來表達業務邏輯。使用匯編語言編程，編程人員需要理解大量計算機底層的特性，難度大，成本高。

2.2.3? 高級程序設計語言

使用面向過程的語言表達業務邏輯。主流的面向過程的范式有順序結構、選擇結構和循環結構。高級程序設計在一定程度上提升了軟件開發的效率，但是對軟件的復雜度依然缺乏控制，不利于大型軟件的開發。

2.2.4? 軟件開發工具

采用各種框架和技術來開發軟件。框架技術采用面向對象的模塊化思維來表達業務邏輯，它更接近人類認知世界的方法。這一時期也催生出許多程序框架和工具用以簡化軟件生命周期的各個流程，如Spring框架、Maven構建工具、Git版本控制工具、IDE集成開發環境等。采用框架技術的軟件尚不不具備彈性伸縮的能力，只能依靠升級硬件的配置來擴展服務能力。

2.2.5? 組件化與服務化

該方式利用分布式的思想實現軟件的組件化和服務化，能夠提高軟件的復用性和服務能力。但面臨的一個問題是，普通開發人員如何基于組件構建出大型應用程序。理想的狀況應當是可視化、自動化、傻瓜化，開發人員能夠基于業務流程，在可視化界面上，通過拖拽從資料庫中獲取各種組件，從而生成可運行的業務流程甚至應用。當前流行的容器化和編排技術，促進了組件化和服務化軟件的開發模式形成，大大降低了構建大型應用軟件的成本。尤其是在云計算環境中，軟件開發人員可從云環境獲取云組件，在本地或云提供的虛擬機上組合裝配完成業務流程或應用，然后從云存儲服務器動態加載與提取數據，形成一種基于云計算的軟件架構[5]。

在傳統的軟件開發中，軟件開發技術的應用更多體現的是人的智力以及人的智力在機器上的應用結果。在互聯網和物聯網的大環境下，萬物互聯，包括人與人、人與機器、機器與機器之間的互聯，軟件開發技術需要考慮如何充分利用人的智力以及機器的“智能”。互聯網可以為人們提供大量潛在的資源（諸如各類群體用戶及信息）和服務[6]。

2.3? 虛擬社會尤其是互聯網群體智能的崛起

2.3.1? 群體

群體與個體相對，是個體的共同體。不同個體按某種特征相結合，為了共同的目標而彼此互動、相互協作，就形成了群體。群體具有幾個特征：目標性、群體意識、協作性和歸屬感。

2.3.2? 群體智能

定義1：群體智能是指群體集合所具有的優于個體或個體總和的智慧與能力[7]。傳統的群體智能最早是針對生物界智能體的集合，如蜂群、蟻群、鳥群和人類社會等。這些群體基于自身經驗的簡單法則發揮“1+1>2”的功效，為人類提供了解決復雜問題的策略[8]。此類群體智能在集體層面表現出分散的、去中心化的自組織行為。

定義2：除了個人智能的限制之外，群體智能來自大量自主個體的集體智能效應，他們被激勵在某個基于互聯網的組織結構下執行具有挑戰性的計算任務[9]。該定義有兩層含義，一是群體智能來自基于互聯網的在線社區或平臺上的大量個人，強調互聯網在群體智能涌現中的重要性;二是群體智能系統無縫地交織人群和機器功能，以解決具有挑戰性的計算問題。隨著人群系統規模的擴大，協調大規模人群的工作并處理復雜任務變得越來越具有挑戰性。

2.3.3? 基于互聯網群體智能的軟件開發

在過去的幾十年里，一些軟件開發活動已經成為傳統方法的難點，傳統的軟件開發方法已經無法有效應對互聯網環境下顯著提升的軟件規模和復雜性。互聯網的持續發展促成了互聯網群體智能現象在各種問題領域內的不斷涌現和蓬勃發展，其中，開源軟件、軟件眾包等已經顯著改變了人們對軟件開發的理解，并提出了基于群體尤其是互聯網群體的軟件開發的新實踐[9]，在此基礎上逐漸形成了基于互聯網群體智能的軟件開發模式。

群體智能可支持軟件工程的不同階段活動。最近的研究表明，群體智能可幫助開發和測試應用程序，以及分析軟件需求，同樣，也可以直接用來實現應用程序[6]。軟件工程的復雜性決定了軟件開發的群體智能具有許多獨有的特征和問題，這些特征和問題與普通的智能化不同。同時，互聯網的不可靠性、動態性、消費性以及社會性四個特征又導致基于互聯網的軟件開發面臨很大的挑戰[6]。因此，群體智能在軟件開發中，依然需要支持如下的幾個特性：

（1）科學性：基于群體智能的軟件開發是軟件工程學科，需要遵循編程語言的嚴格語法和語義、遵循各類工程標準，如文檔標準、各種過程活動標準等;

（2）創造性：軟件生命周期中各項活動如需求分析、設計、實現等需要軟件開發人員的創造性，基于群體智能的軟件開發依然要考慮如何激發軟件開發人員在軟件開發任務中的創造力;

（3）主觀性：主要體現在軟件類產品的質量、DFX等特性。除了產品功能以外，軟件類產品/服務的前述質量和諸可性等需求特性，依然是我們需要關注實現的。盡管其帶有一定的主觀性，但是也有相應的評估標準。

3? 軟件開發模式的變遷趨勢

3.1? 傳統的開發模式依然在各種適配的場景下發揮重要作用

針對一些運營商類、企業類用戶，其日常運營維護所用的軟件，依然適用工業化軟件開發。通常由軟件公司內部的開發者團隊進行開發。這些開發團隊通常采用集中式層級結構作為其組織方式。在此類場景下，傳統的軟件開發模式依然大行其道，如瀑布模型依然在大規模的軟件項目中廣泛使用，此類項目規模較大，項目周期較長，一般采用集中式層級結構，有層級分明的組織結構以及分工明確的人員職責。敏捷模型依然適用于“短平快”的軟件項目，此類項目一般團隊規模不超過10人，需求更新快，響應也快，一般每周或每月發布一個版本。

3.2? 基于互聯網群體智能的軟件開發正在崛起并深度應用

針對一些互聯網類應用，尤其是共享經濟下的互聯網、物聯網應用，則更多適用社會化軟件開發。此類場景下，人的要素依然是第一生產力，講求大規模群體協同、群體智能匯聚、快速迭代、持續演化。因為軟件開發涉及到：

（1）任務的分析與分發;

（2）人員的組織、激勵與評估評價;

（3）各類開發工具;

（4）質量控制。

因此，基于互聯網群體智能的軟件開發，也必然面臨幾個主要問題需要重點關注并解決：

3.2.1? 組織的有效性

回顧影響軟件開發模式變遷的關鍵要素，其中之一便為組織方式。群體是個體的組合體，同時又超越個體。具有不同背景、技能的個體組合起來，如何才能產生有效性，產生恒久的、可衡量的群體智能？由于各行業的組織結構和團隊協作方式各不相同，為了展開有效的軟件開發活動并提供有效的解決方案，需要不同程度的專業知識和奉獻精神，需要更多的基于實際數據的行業特定研究。為了實現群體任務的目標，人們可以采用交互模式，包括協作、協調和競爭來連接個人，并為他們提供在社交環境中工作的調解機制。同時，由于個體具有較高的自主性和多樣性，導致群體智能在軟件開發花費的時間、力量和成本具有很高的不確定性。因而，一個關鍵的科學問題是如何掌握不同情景中的群體智能模式，揭示其內在機制、引導激勵機制和操作方法，實現可預測的群體智能涌現。

因此，要確保群體組織的有效性，需要了解如何突破基于互聯網的大眾化協同、大規模協作的開放式共享與質量管理。

3.2.2? 工作流工具平臺的支撐

該問題與影響軟件開發模式變遷的關鍵要素——技術相關。群體智能軟件開發需要一系列的方法、工具或環境支持。具體來說，有如下兩種：

（1）軟件開發工具：軟件開發人員需求分析、建模、編程、設計、測試等活動，需要各類工具支撐。集成開發環境IDE可以將這些工具集成到軟件開發生命周期的各項活動中;

（2）知識共享和協作工具：各類在線論壇、維基百科、問答網站和其他基于Web的協作工具允許參與者進行知識共享和協作的溝通。StackOver流程使軟件開發人員能夠發布問題并解決技術問題，分享開發經驗和知識。

3.2.3? 群體智能的質量控制

群體智能的質量控制可認為是影響軟件開發模式變遷的關鍵要素——技術和人均相關。意味著互聯網群體在賴以工作的系統中提交的產品、數據標簽和產品設計，其質量將對最終要交付給用戶的產品和軟件系統的有效性產生很大影響，然而，這種影響往往在不同的工作者之間有所不同。良好的評估和激勵，能夠激發群體的興趣和積極性，從而對全群體智能軟件開發做出更多貢獻。而如何評估、控制和保證工作質量是我們要重點考慮的問題[9]。針對這些問題，需要新的機制和方法進行質量控制，以保證整個群體智能系統的質量。上述問題，對于組織自主群體，實現高效的協作和有效的智能是一個非常大的挑戰。因此，大多數成功的資源項目和公司都有相應的群體開發支撐平臺和相應的組織結構。

3.3? 傳統軟件開發模式與互聯網群體智能開發模式的融合

不可否認的是，當前的軟件開發，不論是面向運營商、企業類的大型軟件項目，還是互聯網類應用項目，或是個人開發的一個游戲類APP，均離不開傳統的軟件工程的理論、方法指導，更多時候也依賴互聯網上各類社區、服務、開源平臺和工具的支持。互聯網的群體協同、智力匯聚等優勢在軟件開發項目中正發揮著越來越重要的作用。

4? 結? 論

軟件開發模式的變遷，伴隨著軟件開發的三個階段（原始軟件開發、工業化軟件開發、社會化軟件開發），受多種因素的影響，如軟件開發組織方式、技術，尤其是互聯網群體智能的興起。不同的軟件開發模式適用于不同的場景，而針對基于互聯網群體智能的軟件開發方法，業界學者正在進行一些初步的嘗試和探索，重點探索互聯網環境下軟件開發的方法與技術，例如群體智能的形成、群體的組織與任務分配、群體智能的激勵與質量控制、度量與管控;探索互聯網環境下以大規模群體協同、智力匯聚、群體中個體的信譽追蹤、群體智能持續演化為基本特征的新型軟件開發模式[9]。

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作者簡介：梁惠惠（1975-），女，漢族，山東萊陽人，副教授，碩士，研究方向：軟件工程、大數據