FO開發(fā)，一種解決軟件危機(jī)的創(chuàng)新方法

一、軟件危機(jī)，云計(jì)算時(shí)代無法回避的問題

1、背景介紹

60年代中期，大容量、高速度計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，使計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大，軟件開發(fā)急劇增長。高級語言開始出現(xiàn)；操作系統(tǒng)的發(fā)展引起了計(jì)算機(jī)應(yīng)用方式的變化；大量數(shù)據(jù)處理導(dǎo)致第一代數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的誕生。軟件系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，復(fù)雜程度越來越高，軟件可靠性問題也越來越突出。原來的個(gè)人設(shè)計(jì)、個(gè)人使用的方式不再能滿足要求，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(jī)開始爆發(fā)。

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

2、軟件工程不能解決軟件危機(jī)

剛開始的時(shí)候，軟件工程的確解決了一些問題。

然而進(jìn)入上世紀(jì)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)水平有了長足的進(jìn)展，但是軟件生產(chǎn)水平依然遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于硬件生產(chǎn)水平的發(fā)展速度。當(dāng)需求比較復(fù)雜的時(shí)候，軟件工程本身也出現(xiàn)了危機(jī)。比如當(dāng)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，將給軟件開發(fā)和維護(hù)帶來許多嚴(yán)重的困難和問題。

3、云計(jì)算必須面對“軟件危機(jī)”

軟件開發(fā)商很少提“軟件危機(jī)”的事情，架構(gòu)設(shè)計(jì)師根據(jù)用戶的需求，制定出開發(fā)方案后，軟件人員只需要按照要求編寫代碼就可以了。事實(shí)上國內(nèi)的很多軟件人員好象不知道有“軟件危機(jī)”這回事。

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

然而開發(fā)云計(jì)算產(chǎn)品的時(shí)候，軟件危機(jī)就成了繞不過去的坎了。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，比如稅務(wù)局、工商局、商業(yè)局、統(tǒng)計(jì)局等，因?yàn)檫@些部門從企業(yè)的“數(shù)據(jù)云”里獲得相關(guān)的信息。

二、軟件危機(jī)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——《沒有銀彈》。認(rèn)為沒有任何一項(xiàng)技術(shù)或方法可以能讓軟件工程的生產(chǎn)力在十年內(nèi)提高十倍。這篇經(jīng)典論文的核心論述通常被解釋為復(fù)雜的軟件工程問題無法靠簡單的答案來解決。而他的結(jié)論到目前為止是對的。

軟件危機(jī)的本質(zhì)難題在于軟件的體系結(jié)構(gòu)和軟件的程序代碼數(shù)量。1、體系結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)、算法、功能在軟件系統(tǒng)中的連接形式，盡管數(shù)據(jù)、算法、功能本身是精確的，但是其連接形式是多樣的，也就是說每個(gè)構(gòu)成成員，是通過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，會關(guān)聯(lián)到商業(yè)銷售、物流運(yùn)輸?shù)取?/span>

2、程序是完成一個(gè)功能所需要的邏輯過程的集合。程序代碼是記錄邏輯過程的符號。由于程序員自身的問題，邏輯不清晰或者所使用符號的不準(zhǔn)確，將導(dǎo)致程序存在“BUG”。代碼的數(shù)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(jī)的可能

以軟件工程為核心的傳統(tǒng)軟件開發(fā)方法，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)達(dá)到了一定的高度，而且也出現(xiàn)了大量的創(chuàng)新方法和思想。比如高級語言的出現(xiàn)，面向?qū)ο缶幊?，圖形化編程，程序驗(yàn)證，構(gòu)件技術(shù)，UML，MDA，SOA，敏捷開發(fā)等等。

1、Model Driven Architecture 模型驅(qū)動架構(gòu)

UML是MDA所使用的關(guān)鍵技術(shù)，任何使用MDA創(chuàng)建的應(yīng)用程序都基于標(biāo)準(zhǔn)化的，與平臺無關(guān)的UML模型。這樣，就意味著應(yīng)用程序被定義為與平臺無關(guān)，所以這樣的應(yīng)用程序就是可移植的。這很容易讓人想到Java所宣稱的“write once run anywhere”，試圖去構(gòu)建一個(gè)平臺無關(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、敏捷開發(fā)

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

AM是對已有方法的補(bǔ)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(hù)都會增大項(xiàng)目涉眾的投資。敏捷文檔盡可能的簡單，盡可能的小，目的只集中在和目前開發(fā)的系統(tǒng)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單的工具。

一直以來，國外優(yōu)秀的軟件工程師和軟件研究人員殫盡竭慮，尋找提高軟件開發(fā)效率的方法和思想。然而這些優(yōu)秀的方法仍然無法解決軟件危機(jī)難題。由此可見，如果只在傳統(tǒng)的軟件開發(fā)思想上進(jìn)行創(chuàng)新，將很難找到解決軟件危機(jī)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(jī)”的根本方法。

四、FO方法的幾個(gè)假設(shè)條件

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

1、軟件的復(fù)雜度是可以通過軟件的體系架構(gòu)來描述的，任何體系架構(gòu)是可以通過維來構(gòu)建的。

2、任何一個(gè)復(fù)雜的用戶需求都是分解的，我們把不能再分解的構(gòu)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(nèi)部屬性。

4、對象的連接方式即結(jié)構(gòu)，就是該用戶需求的體系架構(gòu)。

五、FO軟件開發(fā)方法

1、什么是FO軟件開發(fā)方法

FO軟件開發(fā)方法是以哲學(xué)方法論為指導(dǎo)的新一代軟件開發(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(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)(Frame-Oriented Design)、面向形式的編程(Form-Oriented Programming)。

（1）面向事實(shí)的分析。把客戶需求當(dāng)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”的客戶需求就是把現(xiàn)實(shí)中的教育體系模擬出來，我們采用哲學(xué)的方法來進(jìn)行分析，首先按照行政區(qū)域分解，全球，中國，省，地級城市，縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村。然后以一個(gè)具體的地區(qū)來分析，比如東莞市，包含教育門戶，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(nèi)部特性——形式，和外部特性——配置兩部分。

（2）面向結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。把上述分析過程中得到的對象的連接形式整理出來，并采用維的方式表述。這樣就得到了軟件的體系結(jié)構(gòu)。比如地名維，欄目維，分類維等。

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

2、軟件產(chǎn)品的構(gòu)成

按照FO軟件開發(fā)方法的規(guī)則，軟件包括四部分：數(shù)據(jù)，功能模塊，表現(xiàn)程序，連接方式（體系結(jié)構(gòu)）。

在傳統(tǒng)的軟件開發(fā)方法里，軟件由數(shù)據(jù)、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(xiàn)程序+連接方式（體系結(jié)構(gòu)），變?yōu)槿齻€(gè)獨(dú)立的部分。

六、在教育云CMS系統(tǒng)中的應(yīng)用

目前在教育云的CMS系統(tǒng)里，已經(jīng)完成了10個(gè)功能系統(tǒng)的開發(fā)，未來將擴(kuò)充到幾十個(gè)甚至幾百個(gè)系統(tǒng)。

教育云里的CMS系統(tǒng)是采用FO方法開發(fā)的，數(shù)據(jù)、功能模塊的設(shè)計(jì)和行業(yè)應(yīng)用類型無關(guān)，也與平臺無關(guān)。是按照軟件工廠的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)的。

這種方式的最大特點(diǎn)是系統(tǒng)開發(fā)效率高，維護(hù)效率高。比如在內(nèi)容發(fā)布管理系統(tǒng)里，10個(gè)不同系統(tǒng)使用的是同樣的功能模塊，也就是說只使用了幾百行代碼，就開發(fā)了10個(gè)不同需求的內(nèi)容管理系統(tǒng)。未來增加的幾百個(gè)系統(tǒng)，使用的代碼仍然是這幾百行，而采用傳統(tǒng)的軟件開發(fā)方法，這幾百個(gè)系統(tǒng)則可能需要幾十萬行代碼。

代碼減少的原因如下：

1、數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)的規(guī)范化。按照同構(gòu)群的方式來設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表，把表里的字段分為文本類、數(shù)字類、日期類、邏輯類等。每種類是由包含0個(gè)以上字段構(gòu)成的集合。利用同構(gòu)群的特性，只要是內(nèi)容發(fā)布管理，就屬于同構(gòu)群的一個(gè)，其處理方法是完全相同的。

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

2、采用非線性邏輯單元構(gòu)造方式來設(shè)計(jì)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(gòu)成的。如下圖所示，對于一個(gè)指定的功能模塊來說，存在至少一個(gè)以上的獨(dú)立邏輯單元入口，每個(gè)邏輯單元入口就規(guī)定了一個(gè)運(yùn)算路徑。同一層面的邏輯結(jié)點(diǎn)的排列順序可能有時(shí)序要求或者沒有時(shí)序要求。

采用傳統(tǒng)的軟件開發(fā)方法開發(fā)下圖所示的功能模塊時(shí)，開發(fā)商無法預(yù)先知道功能模塊的實(shí)際模樣，因?yàn)椴煌能浖こ處?，或者同一個(gè)軟件工程師在不同的時(shí)間段，編寫的軟件代碼是不同的。也就是說無法得到一個(gè)基本規(guī)范的軟件程序。

FO軟件開發(fā)方法采用非線性方式，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(dú)立編寫代碼，最后根據(jù)需要排列第一層邏輯結(jié)點(diǎn)位置，就得到了功能模塊。

按照FO開發(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，也就是說在最小的邏輯單元層面，代碼是完全共用的。

七、FO軟件開發(fā)方法的意義

在8年的實(shí)踐應(yīng)用里，通過不斷摸索調(diào)整，FO軟件開發(fā)方法已經(jīng)基本成型，并在一些具體應(yīng)用中得到驗(yàn)證。在云計(jì)算時(shí)代，面對社會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(yīng)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(xiàn)了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的軟件開發(fā)方法，對提高國內(nèi)企業(yè)的競爭力具有積極地推動意義。

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

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

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