FO軟件編程思想拯救云計算軟件危機最佳方案

　　60年代中期，大容量、高速度計算機的出現(xiàn)，使計算機的應(yīng)用范圍迅速擴大，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)展引起了計算機應(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。原來的個人設(shè)計、個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，軟件危機開始爆發(fā)。

　　1968年，北大西洋公約組織的計算機科學(xué)家在聯(lián)邦德國召開國際會議，第一次討論軟件危機問題，并正式提出一個新的名詞：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。

　　軟件工程不能解決軟件危機

　　剛開始的時候，軟件工程的確解決了一些問題。

　　然而進入上世紀80年代以后，盡管軟件工程研究與實踐取得了較大的成就，軟件技術(shù)水平有了長足的進展，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(fù)雜的時候，軟件工程本身也出現(xiàn)了危機。比如當一個需求需要1億個模塊的時候，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)和維護帶來許多嚴重的困難和問題。

　　云計算必須面對“軟件危機”

　　軟件開發(fā)商很少提“軟件危機”的事情，架構(gòu)設(shè)計師根據(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。事實上國內(nèi)的很多軟件人員好象不知道有“軟件危機”這回事。

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

　　然而開發(fā)云計算產(chǎn)品的時候，軟件危機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)計局等，因為這些部門從企業(yè)的“數(shù)據(jù)云”里獲得相關(guān)的信息。

　　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——《沒有銀彈》。認為沒有任何一項技術(shù)或方法可以能讓軟件工程的生產(chǎn)力在十年內(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、運輸?shù)取?/P>

　　2、程序是完成一個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。

　　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(tǒng)軟件開發(fā)方法，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)達到了一定的高度，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)用程序都基于標準化的，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，而不是一個說明性的過程。AM是敏捷建模者們堅持的價值觀、敏捷建模者們相信的原則、敏捷建模者們應(yīng)用的實踐組成的集合。 AM描述了一種建模的風(fēng)格。當它應(yīng)用于敏捷的環(huán)境中時，能夠提高開發(fā)的質(zhì)量和速度，同時能夠避免過度簡化和不切實際的期望。

　　AM是對已有方法的補充，而不是一個完整的方法論。

　　AM并不是要反對文檔。文檔的創(chuàng)建和維護都會增大項目涉眾的投資。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難題。由此可見，如果只在傳統(tǒng)的軟件開發(fā)思想上進行創(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。

　　FO方法的幾個假設(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年的探索實踐而提出來的。這是一個哲學(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、任何一個對象包含而且必須包含兩個部分，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)。

　　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。包含三個部分，即面向事實的分析(Fact-Oriented Analysis)、面向結(jié)構(gòu)的設(shè)計(Frame-Oriented Design)、面向形式的編程(Form-Oriented Programming)。

　　(1)面向事實的分析。把客戶需求當成存在的事實，采用哲學(xué)的方法進行分析。比如“教育云”的客戶需求就是把現(xiàn)實中的教育體系模擬出來，我們采用哲學(xué)的方法來進行分析，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。不能再進行分解的實體就是對象。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。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€獨立的部分。

　　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個功能系統(tǒng)的開發(fā)，未來將擴充到幾十個甚至幾百個系統(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準來設(shè)計的。

　　這種方式的最大特點是系統(tǒng)開發(fā)效率高，維護效率高。比如在內(nèi)容發(fā)布管理系統(tǒng)里，10個不同系統(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個不同需求的內(nèi)容管理系統(tǒng)。未來增加的幾百個系統(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)計的規(guī)范化。按照同構(gòu)群的方式來設(shè)計數(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，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算構(gòu)成了一個群G。

　　2、采用非線性邏輯單元構(gòu)造方式來設(shè)計功能模塊。一個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，對于一個指定的功能模塊來說，存在至少一個以上的獨立邏輯單元入口，每個邏輯單元入口就規(guī)定了一個運算路徑。同一層面的邏輯結(jié)點的排列順序可能有時序要求或者沒有時序要求。

　　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，開發(fā)商無法預(yù)先知道功能模塊的實際模樣，因為不同的軟件工程師，或者同一個軟件工程師在不同的時間段，編寫的軟件代碼是不同的。也就是說無法得到一個基本規(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行分析處理，沿邏輯單元的路徑獨立編寫代碼，最后根據(jù)需要排列第一層邏輯結(jié)點位置，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。

　　FO軟件開發(fā)方法的意義

　　在8年的實踐應(yīng)用里，通過不斷摸索調(diào)整，F(xiàn)O軟件開發(fā)方法已經(jīng)基本成型，并在一些具體應(yīng)用中得到驗證。在云計算時代，面對社會需求的重大改變以及更加殘酷的IT技術(shù)競爭，F(xiàn)O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。