很多做軟件開發(fā)同學(xué)的夢(mèng)想都是成為一名架構(gòu)師，而架構(gòu)師的核心工作就是做好軟件設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)是軟件開發(fā)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，那么如何進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，其輸出標(biāo)準(zhǔn)又是什么呢？軟件設(shè)計(jì)過程中，如何和各個(gè)相關(guān)方溝通，使軟件設(shè)計(jì)能同時(shí)滿足用戶的功能需求和非功能需求，并降低公司的開發(fā)成本？
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前期思考
很多軟件開發(fā)同學(xué)的職業(yè)規(guī)劃都是架構(gòu)師，試想這樣一個(gè)場(chǎng)景，如果公司安排你做架構(gòu)師，讓你在項(xiàng)目開發(fā)前期進(jìn)行了一些架構(gòu)設(shè)計(jì)。
- 你該如何開展你的工作？
- 應(yīng)該如何說出你的工作成果？
- 你如何確定你的設(shè)計(jì)是否滿足用戶需求的？
- 你是否有把握最后交付的軟件是滿足要求的？
- 是否有把握讓軟件團(tuán)隊(duì)每個(gè)工程師清晰了解自己的職責(zé)范圍，并有效的完成開發(fā)工作?
架構(gòu)師的核心工作就是做好軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)是軟件開發(fā)過程中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。
- 如何進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)？
- 軟件設(shè)計(jì)的輸出是什么？
- 軟件升級(jí)過程中如何和各個(gè)相關(guān)方溝通？
- 軟件設(shè)計(jì)如何既能滿足用戶的功能需求，又能滿足用戶的非功能需求，也能滿足用戶的成本要求？
- 如何能夠使開發(fā)工程師，測(cè)試工程師，運(yùn)維工程師，理解軟件的整體架構(gòu)，主要模塊劃分，關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)，核心領(lǐng)域模型，使他們能夠做好自己的工作，從而使整個(gè)軟件開發(fā)過程，處于一個(gè)可控的范圍之內(nèi)，并在軟件開發(fā)之初，就對(duì)軟件未來的藍(lán)圖有個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)？
以上這些訴求可以說是軟件開發(fā)管理與技術(shù)的核心訴求，這些問題搞定了，軟件的開發(fā)過程和結(jié)果也就得到了保障。
核心關(guān)鍵點(diǎn)
兩個(gè)客觀存在
我們?cè)賮砜纯矗鉀Q這些問題你需要理解的核心關(guān)鍵點(diǎn)，也就是說究竟如何做軟件設(shè)計(jì)，解決方法就是軟件建模，就是軟件的抽象模型，這些模型之上配上文字說明，就形成了軟件的設(shè)計(jì)文檔。
模型是對(duì)客觀存在的抽象，在軟件開發(fā)中有兩個(gè)客觀存在：
一個(gè)是我們要解決的領(lǐng)域問題，比如我們要開發(fā)一個(gè)電子商務(wù)網(wǎng)站，那么客觀的領(lǐng)域問題就是如何做生意，賣家如何管理商品，管理訂單服務(wù)用戶，買家如何挑選商品，如何下單，如何支付等等，對(duì)于這些客觀領(lǐng)域問題的抽象就是各種功能及其關(guān)系，各種模型對(duì)象及其關(guān)系，各種業(yè)務(wù)處理流程。
另一個(gè)客觀存在就是最終開發(fā)出來的軟件系統(tǒng)，這個(gè)軟件系統(tǒng)也是客觀存在的。
- 軟件有哪些主要組成？
- 這些類如何組織成一個(gè)一個(gè)的組件？
- 這些內(nèi)核組件之間的依賴關(guān)系是如何的？
- 運(yùn)行期如何調(diào)用，需要部署多少臺(tái)服務(wù)器？
- 服務(wù)器之間如何通信？
所以這兩方面的客觀存在的抽象就是我們的軟件模型。
一方面，我們要對(duì)領(lǐng)域問題和軟件系統(tǒng)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)抽象，另一方面，我們根據(jù)抽象出來的模型，進(jìn)行軟件開發(fā)，這就是軟件開發(fā)的主要過程。
而對(duì)領(lǐng)域問題和軟件系統(tǒng)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)抽象，這個(gè)過程我們稱它為軟件建模與設(shè)計(jì)。
UML工具
軟件建模工具很多，目前主要是統(tǒng)一建模語言UML。
所謂的建模，就是對(duì)領(lǐng)域問題和軟件系統(tǒng)進(jìn)行抽象設(shè)計(jì)，一個(gè)工具完成前述軟件開發(fā)過程中的兩個(gè)客觀存在的建模。
而所謂的語言，一則用于溝通，滿足設(shè)計(jì)階段和各個(gè)相關(guān)方溝通的目的，一則用于思考，即使軟件開發(fā)過程中不需要跟其他人溝通，或者還沒有到了溝通的時(shí)候，依然可以使用UML建模，幫助自己進(jìn)行設(shè)計(jì)思考。
此外，語言還有個(gè)特點(diǎn)，就是有方言，就我觀察不同公司，不同團(tuán)隊(duì)，都有自己的特點(diǎn)，并不需要拘泥于以往那樣規(guī)范和語法，只要不引起歧義，在使用過程中對(duì)語法元素適當(dāng)變通，這是UML的最佳時(shí)間。
軟件建模與設(shè)計(jì)過程又可以拆分成需求分析，概要設(shè)計(jì)，詳細(xì)設(shè)計(jì)三個(gè)階段，而軟件建模的主要工具是UML，下面我們看一下使用方法包含了哪些軟件模型，常用的有7種。
7種軟件模型
下面我們討論這7種模型圖，如何在三個(gè)階段使用。
類圖
類圖是最常見的UML圖形，用來描述類的特性和類之間的靜態(tài)關(guān)系，一個(gè)類包含三個(gè)部分，類的名稱，類的屬性列表，類的方法列表之間有6種靜態(tài)關(guān)系關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)，依賴，聚合，組合，繼承，泛化，而相關(guān)的一組類及其關(guān)系，用一張圖畫出來就是類圖，類圖主要是在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段化，如果內(nèi)圖已經(jīng)設(shè)計(jì)出來了，那么開發(fā)工程師只需要按照內(nèi)圖實(shí)現(xiàn)代碼就可以了，只要類的方法邏輯不是太復(fù)雜，不同的工程是實(shí)現(xiàn)出來的代碼幾乎是一樣的，從而保證軟件的規(guī)范統(tǒng)一。
實(shí)踐中通常不需要把一個(gè)軟件所有的類都畫出來，把核心的有代表性的，有一定技術(shù)難度的內(nèi)畫出來，一般就可以了，除了在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段畫類圖，在需求分析階段，也可以將關(guān)鍵的領(lǐng)域模型對(duì)象圖，用例圖畫出來，這個(gè)階段，關(guān)注的是領(lǐng)域?qū)ο蟮淖R(shí)別及其關(guān)系，所以通常用簡化的類圖來描述。
序列圖
序列圖描述類之間的關(guān)系，描述參與者自己的動(dòng)態(tài)調(diào)用關(guān)系，每個(gè)參與者有一條垂直向下的生命線，用虛線表示，而參與者之間的消息，也從上到下表示其調(diào)用的前后順序關(guān)系。
每個(gè)生命線都有個(gè)結(jié)果，只有在參與者活動(dòng)的時(shí)候才是激活的，序列圖通常用于描述對(duì)象之間的交互，這個(gè)對(duì)象可以是類對(duì)象，也可以是更大粒度的參與者，比如組件，比如服務(wù)器，比如子系統(tǒng)。總之，只要描述不同參與者之間的交互的，都可以使用序列圖，也就是說，在軟件設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，都可以畫序列圖。
組件圖
組件是更大粒度的設(shè)計(jì)元素，一個(gè)組件中通常包含多個(gè)類，組件圖有時(shí)候和包的用途比較接近，組件可以描述邏輯上的組件，也可以描述物理上的組件，比如一個(gè)JAR，一個(gè)DLL的，因此組件圖更靈活一點(diǎn)，實(shí)踐中，用組件圖而不是包圖進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)更常見一些。
組件圖描述中間之間的靜態(tài)關(guān)系，主要是依賴關(guān)系，如果想要描述組件之間的動(dòng)態(tài)調(diào)用關(guān)系，可以使用組件序列圖，以組建作為參與者，描述組件之間的消息調(diào)用關(guān)系，因?yàn)榻M件的力度比較粗，通常用于描述設(shè)計(jì)軟件的模塊及其之間的關(guān)系，需要在設(shè)計(jì)早期階段就畫出來。
部署圖
他是描述軟件系統(tǒng)的最終部署情況，需要部署多少臺(tái)服務(wù)器？關(guān)鍵組件都部署在哪些服務(wù)器上？部署圖呈現(xiàn)的是系統(tǒng)最終物理呈現(xiàn)的藍(lán)圖。
- 根據(jù)部署圖，所有相關(guān)者，客戶，老板，工程師，都能夠清晰的了解到最終運(yùn)行的系統(tǒng)，物理上是什么樣子？和現(xiàn)有系統(tǒng)服務(wù)器的關(guān)系，和第三方服務(wù)器的關(guān)系。
- 根據(jù)部署圖，還可以估算出服務(wù)器和第三方軟件的采購成本。
因此，部署圖是整個(gè)軟件設(shè)計(jì)模型中比較宏觀的一張圖，在設(shè)計(jì)早期就需要畫的一張模型圖。根據(jù)部署，各方可以討論是否對(duì)這個(gè)方案認(rèn)可，只有對(duì)部署圖達(dá)成共識(shí)，才能夠繼續(xù)后面的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，部署圖主要用在概要設(shè)計(jì)階段。
用例圖
主要在需求分析階段，通過反映用戶和軟件系統(tǒng)之間的交互，描述軟件的功能需求，圖中小人物被稱為角色，角色可以是人，也可以是其他的系統(tǒng)，系統(tǒng)的功能可能會(huì)很復(fù)雜，所以一個(gè)用例圖，可能只包含其中一小部分功能，這些功能被一個(gè)巨型框框起來，這個(gè)巨型框被稱為用力的邊界，框里的橢圓，表示一個(gè)一個(gè)的功能，功能之間可以調(diào)用依賴，也可以進(jìn)行功能擴(kuò)展，因?yàn)橛美龍D中功能描述比較簡單，通常還需要對(duì)用例圖配以文字說明，形成需求文檔。
狀態(tài)圖
用來展示單個(gè)對(duì)象生命周期的狀態(tài)變更，業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，很多重要的領(lǐng)域?qū)ο髮?duì)于比較復(fù)雜的狀態(tài)變遷，比如賬號(hào)，有創(chuàng)業(yè)狀態(tài)，激活狀態(tài)，凍結(jié)狀態(tài)，欠費(fèi)狀態(tài)等等各種狀態(tài)，因此，用戶訂單商品紅包這些常見的領(lǐng)域模型，都有多種狀態(tài)，這些狀態(tài)的變遷描述，可以在用例圖中用文字描述，隨著角色的各種操作而改變，但是這種描述方式，狀態(tài)散落在各處，做開發(fā)的時(shí)候容易搞錯(cuò)，就是產(chǎn)品經(jīng)理自己在設(shè)計(jì)的時(shí)候，也容易搞錯(cuò)對(duì)象的狀態(tài)變遷，狀態(tài)圖可以很好的解決這一問題。
一張狀態(tài)圖描述一個(gè)對(duì)象生命周期的各種狀態(tài)及其變遷的關(guān)系。
活動(dòng)圖
主要用來描述過程邏輯，業(yè)務(wù)流程。UML中沒有流程圖，很多時(shí)候人們用活動(dòng)圖代替流程圖，活動(dòng)圖和早期流程圖的圖形元素也很接近.
實(shí)心圓代表流程開始，空心圓代表流程結(jié)束，圓角矩形表示活動(dòng)，菱形表示分支判斷，此外，引入了一個(gè)重要的概念，泳道。可以根據(jù)活動(dòng)的范圍，將活動(dòng)根據(jù)領(lǐng)域，系統(tǒng)角色的，劃分到不同的泳道中，使流程邊界更加清晰明了。
總結(jié)
模型圖本身并不復(fù)雜，幾分鐘的時(shí)間就可以學(xué)習(xí)一個(gè)模型圖的畫法。難的是如何在合適的場(chǎng)合下用正確的UML模型，表達(dá)自己的設(shè)計(jì)意圖，從而形成一套完整的軟件模型，進(jìn)而組織起一個(gè)言之有物，層次分明，可以指導(dǎo)開發(fā)，在團(tuán)隊(duì)內(nèi)部達(dá)成共識(shí)的設(shè)計(jì)文檔。
我們從軟件設(shè)計(jì)的不同階段這一維度重新梳理一下，如何使用正確的模型進(jìn)行軟件建模。
需求分析
在需求分析階段，主要是通過用例圖描述系統(tǒng)的功能與使用場(chǎng)景；對(duì)于關(guān)鍵的業(yè)務(wù)流程，可以通過活動(dòng)圖描述。如果在需求階段，就提出要和現(xiàn)有的某些子系統(tǒng)整合，可以通過時(shí)序圖，描述新系統(tǒng)和原來的子系統(tǒng)的調(diào)用關(guān)系。
核心領(lǐng)域?qū)ο螅梢酝ㄟ^簡化的類圖進(jìn)行模型領(lǐng)域抽象，并描述核心領(lǐng)域?qū)ο笾g的關(guān)系。
如果某些對(duì)象內(nèi)部有復(fù)雜的狀態(tài)變化，比如用戶，訂單這些，可以用狀態(tài)圖進(jìn)行描述。
概要設(shè)計(jì)
在概要設(shè)計(jì)階段，通過部署圖，描述系統(tǒng)最終的物理藍(lán)圖，通過組件圖以及組件時(shí)序圖，設(shè)計(jì)軟件主要模塊及其關(guān)系，還可以通過組建活動(dòng)圖，描述組件之間的流程邏輯。
詳細(xì)設(shè)計(jì)
在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，主要輸出的就是類圖和類的時(shí)序圖，直到最終的代碼開發(fā)，如果某個(gè)類方法內(nèi)部，有比較復(fù)雜的邏輯，那么可以畫方法的活動(dòng)圖進(jìn)行描述，UML的工具可以是很復(fù)雜的，收費(fèi)的，比如EA這樣的大型軟件工具。也可以使用processon在線的免費(fèi)的工具。對(duì)于一般的開發(fā)者，建議從簡單的用起，因?yàn)槟莻€(gè)建模可以很復(fù)雜，也可以很簡單，簡單掌握類圖，時(shí)序圖，組件圖，部署圖，用例圖，狀態(tài)圖，活動(dòng)圖。在7種模型圖，靈活的在需求分析，概要設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，根據(jù)場(chǎng)景的不同，繪制對(duì)應(yīng)的模型圖，可以實(shí)實(shí)在在的做好軟件建模，搞好系統(tǒng)設(shè)計(jì)，作為一個(gè)掌控局面，引領(lǐng)技術(shù)團(tuán)隊(duì)的架構(gòu)師。
