软件工程中的瀑布模型

Winston Royce于1970年引入了瀑布模型。该模型有五个阶段：需求分析与规范、设计、实现与单元测试、集成与系统测试、以及运行与维护。这些步骤总是按此顺序进行，不会重叠。开发人员必须完成每个阶段才能开始下一个阶段。该模型之所以被称为“瀑布模型”，是因为其图示表示类似于瀑布的级联。

在软件工程和产品开发中，瀑布模型是一种广泛使用的线性、顺序式的软件开发生命周期（SDLC）方法。与水从悬崖边缘奔流而下类似，瀑布模型在项目中使用逻辑化的SDLC流程。它为开发过程的每个阶段设定了明确的目标或终点。一旦这些目标或终点达成，就不能再进行审查。工业设计应用仍在使用瀑布模型。它有时被称为原始的软件开发技术。更广泛地说，该模型被用作一种高级项目管理技术，适用于复杂、多维的项目。

瀑布模型的特点

瀑布模型的特点如下：

1. 顺序式方法：瀑布模型下的软件开发以顺序方式进行，每个项目阶段完成后才能进入下一个阶段。
2. 文档驱动：为了确保项目被精确定义，并且项目团队在追求一套特定的目标，瀑布方法依赖于文档。
3. 质量控制：为了确保最终结果满足利益相关者的需求和期望，瀑布方法在项目每个阶段都高度重视质量控制和测试。
4. 周密规划：瀑布方法需要一个细致的规划过程，在该过程中，项目的可交付成果、进度表和范围在项目过程中被精确指定和跟踪。

当需要一种非常系统和严谨的软件开发方法时，就会应用瀑布模型。它可能有助于确保大型复杂项目按时、在预算内完成，并具有卓越的质量和客户满意度。

瀑布模型的重要性

瀑布模型的重要性如下：

1. 清晰和简洁：瀑布模型的线性结构为项目开发提供了一个清晰、简洁的框架。
2. 明确定义的阶段：瀑布模型通过为每个阶段提供明确的输入和输出，确保了有计划的开发和清晰的检查点。
3. 文档：对全面文档的关注有助于未来的开发、维护和对软件的理解。
4. 需求稳定性：非常适合需求明确且一致的项目，这可以最大限度地减少项目进行过程中的变更。
5. 资源优化：通过根据项目阶段分配资源，促进了以任务为中心的高效工作，而无需不断改变环境。
6. 适用于小型项目：对于需求简单、复杂性不高的小型项目，成本效益高。

瀑布模型阶段

瀑布模型的六个阶段如下：

1. 此阶段的目的是理解客户的确切需求并妥善记录。客户和软件开发人员共同合作，记录软件的所有功能、性能和接口需求。它描述的是要生产的系统的“是什么”，而不是“怎么做”。在此阶段，创建了一个名为软件需求规范（SRS）的大型文档，其中包含用通用语言对系统将要做什么的详细描述。
2. 设计阶段：此阶段旨在将SRS中收集到的需求转化为合适的格式，以便在编程语言中进行后续编码。它定义了整体软件架构以及高级和详细设计。所有这些工作都记录在软件设计文档（SDD）中。
3. 实现与单元测试：在此阶段，实现设计。如果SDD完整，实现或编码阶段将顺利进行，因为软件开发人员所需的所有信息都包含在SDD中。
   在测试过程中，代码会得到彻底检查和修改。首先会隔离测试小模块。之后，通过编写一些额外的代码来测试这些模块，以检查模块之间的交互和中间输出的流程。
4. 集成与系统测试：此阶段至关重要，因为最终产品的质量取决于测试的有效性。更好的输出将带来满意的客户、更低的维护成本和准确的结果。单元测试决定了单个模块的效率。然而，在此阶段，模块将针对它们之间以及与系统的交互进行测试。
5. 运行与维护阶段：维护是每个用户在软件交付给客户、安装并投入使用后执行的任务。

何时应使用瀑布模型？

以下情况非常适合应用瀑布模型：

• 清晰且定义明确的需求：在开发开始之前，即可获得清晰且定义明确的需求。这些需求准确、可靠且文档齐全。
• 预期变更极少：在开发过程中，项目范围的变更或添加预计会非常少。
• 中小型项目：非常适合易于管理的、具有明确开发路径且复杂性低的项目。
• 可预测：具有已知、可管理的风险的项目，风险较低，可预测性强，并且能够在开发生命周期的早期得到处理。
• 监管合规至关重要：需要严格监管合规且文档至关重要的场景。
• 客户偏好线性顺序式方法：这种情况解释了客户对项目开发过程同时是线性和顺序式的偏好。
• 资源受限：一种设定好的方法可以通过允许有针对性的资源分配来帮助资源受限的项目。

在使用瀑布技术进行产品开发过程中，用户参与度较低。最终消费者只能在产品准备好后才能看到它。

瀑布模型示例

螺旋模型真实世界示例：创建一个在线银行系统

需求分析与规范阶段

为了确定在线银行系统的基本功能，包括账户管理、资金转账、账单支付和贷款申请，此阶段将负责汇集客户银行需求、交易和安全协议的所有可用数据。

设计阶段

在此瀑布模型示例中，设计阶段的主要重点是对分析阶段设定的参数进行微调。将创建系统架构，以确保出色的速度，防止交易错误，并安全地处理敏感数据。为了保护用户账户，这包括多因素身份验证、加密技术、数据库架构和UI设计。

实施

为了确定在线银行系统处理交易、余额查询、现金转账和账单支付的准确性，此关键步骤包括使用初步的银行交易和用户数据对系统进行模拟运行。这些发现将与银行专家和审计员进行比较，以确保符合银行法规和交易准确性。

测试

与任何瀑布模型示例一样，测试阶段的目标是确保在线银行系统的功能正常运行。这包括对安全漏洞、交易准确性、高负载下的性能以及用户界面响应能力的测试。对安全登录、数据加密以及确保整个系统敏感数据得到妥善处理的测试尤其受到关注。

维护

除了预计会添加新功能或修改银行规则外，在最后阶段应对在线银行系统进行检查，以了解可能需要的任何升级或修改。安全修复、性能增强以及新服务的引入，如移动银行、快速贷款或个性化财务建议，都将需要定期更新。

谁在使用瀑布模型？

为了实现取决于其公司需求的目标，项目团队和管理层会采用瀑布方法。该概念广泛应用于各种项目管理领域，包括软件开发、制造、IT和建筑。瀑布方法中的每个阶段都依赖于前一个阶段的结果。这些项目的开发遵循一条直线。

例如，以下三个通用流程经常用于建筑业：

• 在建造之前，会开发建筑物的物理设计。
• 在建造建筑物框架之前，先浇筑地基。
• 在建造墙体之前，完成建筑物的框架。

在生产线上建造产品时，各个阶段按预定顺序一个接一个地进行，直到生产出最终可交付成果。瀑布模型旨在一次性完成其目标。因此，如果应用程序需要立即正常运行，否则将面临丢失客户或其他重大问题的风险，那么瀑布模型是软件开发过程中合适的选择。将其与项目创建和管理中的敏捷模型进行比较。敏捷方法使用持续迭代。软件采用迭代过程进行设计、开发和测试，该过程建立在先前的周期之上。

瀑布模型的优点

• 该模型易于实现，所需的资源也最少。
• 需求简单且明确声明；在整个项目开发过程中保持不变。
• 每个阶段的开始和结束点是固定的，便于跟踪进度。
• 在开发之前就可以确定完整产品的发布日期及其最终成本。
• 通过严格的报告系统，它为客户提供了易于控制和清晰的视野。

瀑布模型的缺点

• 在此模型中，风险因素更高，因此该模型不适用于更重要和复杂的项目。
• 该模型无法接受开发期间的需求变更。
• 回溯到之前的阶段变得很困难。例如，如果应用程序已进入编码阶段，并且需求发生变化，则很难回溯并进行更改。
• 由于测试是在后期进行的，因此无法在早期阶段识别挑战和风险，因此风险规避策略难以准备。

瀑布模型应用

以下是SDLC瀑布模型的一些应用示例：

• 大型软件开发项目：当需要一种系统性和有序的方法来确保项目及时且经济高效地完成时，瀑布模型经常应用于大型软件开发项目。
• 安全关键系统：由于错误或缺陷可能导致严重后果，因此瀑布模型常用于开发安全关键系统，例如航空航天或医疗行业的系统。
• 政府和国防项目：瀑布模型常用于政府和国防项目，这些项目需要严格有序的方法来确保项目满足所有规范并按时完成。
• 需求明确的项目：由于瀑布模型是顺序式的，它最适合需求明确的项目。这是因为该模型需要对项目的目标和范围有深入的理解。
• 需求稳定的项目：由于瀑布模型是线性的，并且一旦完成某个阶段就不允许更改，因此它也非常适合需求稳定的项目。

瀑布模型替代方案

除了敏捷软件开发技术之外，以下是瀑布流程的替代方案：

• 应用程序的协作开发。
• 应用程序的快速创建。
• 模型同步与稳定。
• 螺旋模型。

即使替代的项目管理技术更普遍，瀑布模型仍然很重要。在医疗和军事等受监管的行业中，它可以与其他模型结合使用来创建混合解决方案。它还可用于支持遗留项目和作为教学工具。

敏捷项目管理与瀑布方法有何不同？

瀑布技术和敏捷项目管理最终目标都是完美的项目执行。敏捷规划允许跨职能协作，贯穿项目的各个阶段，而瀑布规划则将团队划分为离散的阶段。团队在一个规划、执行和评估的周期中运作，而不是遵循固定的流程。

“敏捷宣言”描述了敏捷相对于瀑布方法的优势：

• 人及其互动胜过流程和工具
• 可工作的软件胜过详尽的文档
• 客户合作胜过合同谈判
• 响应变化胜过遵循计划

如果您正在寻找与敏捷项目管理相辅相成的工具，并且与瀑布模型具有相同的最终目标，那么 Jira 是一个不错的选择。它非常适合敏捷项目，并帮助您：

• 跟踪工作：您可以使用甘特图、高级路线图、时间表和其他工具轻松跟踪项目进度。
• 组织您的团队：跨业务团队的规划变得轻松，跟踪使每个人都专注于相同的目标。
• 监督任务和流程：您可以使用 Jira 项目管理模板来实现敏捷工作流。
• 在每一步都制定计划：另一款 Atlassian 工具 Jira Discovery 提供了产品路线图，用于在从发现到交付的每个阶段组织和确定功能优先级。

产品开发生命周期由 Atlassian 的敏捷技术支持。甚至还提供敏捷指标供监控。您可以利用 Jira 推进敏捷流程。它为请求提供了一个可重复的流程，并使用摄取表跟踪内部团队已完成的工作。通过无缝集成到应用程序中，这些 Jira 工具将团队团结在一起，并促进更快速的工作。

总结

瀑布模型非常适合传统的软件开发流程。该模型的顺序方法提供了一个易于理解和使用的组织框架。该模型通过需求、设计、实现、测试、部署和维护阶段的系统化开发，为项目团队提供了清晰的路线图。