软件工程的最大难题

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软件工程的最大难题

作者: 阮一峰

日期: 2021年5月10日

一、引言

大学有一门课程《软件工程》,研究如何组织和管理软件项目。

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说实话,这门课不适合本科生,因为学生可能体会不到,课程到底要解决什么问题。只有亲身参与过大项目的开发,经历过大团队,才能感受为什么软件工程很重要,又很难做对。

软件开发有一个难题,叫做"扩展"(scaling),即怎样服务更多的用户。 你有10000个并发用户,跟你有10个并发用户,这是完全不同的概念,哪怕功能完全相同,背后的实现是完全不一样的。并发用户数上升一个数量级,软件就必须重构,大量问题随之产生。

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大项目的技术难度高,管理难度更高,而且大团队的生产率往往很低,行动缓慢。 《软件工程》就是研究,如何扩展软件和团队,适应大项目的需要。

国外有很多专著,研究这个问题。前些日子,我读到一篇文章,推荐了两本书。第一本叫做《加速:构建和扩展高性能技术组织》,第二本叫做《规模:生物,城市和公司的普遍法则》。

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我看了这两本书的介绍,觉得很有启发,下面就做一些摘录。

二、大项目的困境

一个典型的大型软件项目,开发过程通常是下面这样。

最开始的时候,它是一个小项目,开发人员就是两三个人,甚至可能只有一个人。产品比较简单,功能很有限。

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第一版发布后,拿给客户使用,反响不错。客户要求的新功能,能够很快开发出来,Bug 修补也很快,因为早期客户往往可以与开发人员直接沟通,快速反馈。

公司于是决定投入更多人员,开发这个项目。团队慢慢变大了,软件开始变得复杂,开发速度逐渐变慢了,2.0 版花费的时间比预期要长一点。Bug 的修复难度开始增加。总之,新功能的开发日程变久了。

公司的自然反应是进一步扩充团队。但是更多的新成员其实会降低其他人的生产率,一个普遍现象是团队规模越大,每个人的平均生产率越低。

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几年以后,代码逐渐老化,复杂性不断增加,项目开始停滞不前。某些极端的情况下,软件的维护成本变得非常高昂,并且几乎不可能进行更改。

最终,这个项目成为技术债务,等待被新项目替换。

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三、为什么大项目的开发效率低?

大项目就像一头大象,让人望而生畏。可是一旦需要奔跑,大象就会步履蹒跚,被猎犬远远甩在后头。它快不起来的原因有两个。

(1)代码复杂度

随着代码量的增长,单个开发者想要理解整个代码库,变得越来越困难。如果团队超过五个人,每个人负责一个功能,那么单个人几乎不可能追踪系统的所有工作进度。

当你中途加入团队,整个项目是一个紧密耦合的大型系统,你又不理解系统的每一个工作细节。这时,你就不太敢修改以前的代码,因为不知道随之而来的全部影响。

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你不真正理解系统,也就不会感到自己是代码的主人。你会很犹豫要不要重构,过时的代码开始累积,技术债务就这样出现了。长此以往,开发变得越来越不愉快和令人无法满意,最终导致人才流失。后面接手的新人,更难于重构那些遗留下来的代码。

(2)团队原因

随着团队成员的增加,交流成本开始指数式上升。如果整个团队有 n 个程序员,为了了解其他人的工作,你需要跟 n - 1 个人逐一交流(口头或者书面),那么整个团队的交流路径总数就是 n * (n - 1) / 2。这意味着,交流成本的增长速度是人员增长速度的平方,团队人数越多,协同的难度就越大。

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大团队保持扁平化管理,也会越来越困难,必须拆分成较小的群体。这时,对等的交流会被自上而下的交流所取代。团队成员会感觉,自己从平等的利益相关者,转变为普通的工作人员,工作动机受到了影响,责任感和主人翁意识都会淡漠。

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管理层为了解决问题,会尝试组建新团队和新的管理架构。但是,不管怎么做,大型组织都很难保持所有成员的积极参与。

四、解决方法:代码解耦

大项目的开发效率不高,把这个问题归咎于程序员的技术水平低和管理不善,都是没用的。 根本原因是软件规模的增长,必然使得代码和团队变得笨重。 除非很早就认识到问题的根据,采取缓解对策,否则前面描述的情况,迟早都会出现。

解决这个问题,要从代码和团队两方面着手。

代码层面的解决方法是,将软件解耦,拆分成组件或者模块,防止各个部分紧密地耦合在一起。每个组件和模块,都可以独立开发,通过公开的接口被其它部分调用。

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这样的话,就大大减轻了开发者的负担,只需要负责自己的代码即可,不需要关心其他部分的实现。每个部分都可以单独重构,不担心影响到其他部分。

五、解决方法:团队解耦

除了代码解耦,团队层面也需要解耦,要把人员分开。

这可以参考互联网的架构。互联网是迄今为止最成功的大型软件解耦实例,它之所以能够扩展,是因为它由一个个独立的节点组成。为了防止节点之间互相依赖,各个节点都遵循以下规则。

  • 遵守公开的通信协议。
  • 不需要了解其它节点的内部实现,就可以与之通信。
  • 节点之间不直接共享状态,只通过通信交换数据。
  • 每个节点单独开发和部署。

大团队也应该遵循类似的原则,进行解耦。

  • 每个子团队都可以独立运作,不依赖外部人员。
  • 子团队内部的运作,不需要被外部知道。
  • 子团队之间的协调,应该按照公开的协议和规则,最好能够自动完成,避免私下协商。

六、团队解耦的注意点

团队解耦有一些注意点。

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(1)子团队的人数不宜过多,每个子团队最好不要超过5个人。

(2)子团队应该是一个小型的全功能软件开发组织。

很多大团队按照人员角色分组,比如架构组、开发组、DBA 组、测试组、工程组等等,这是错误的。这样完全没有解耦,还是瀑布式流程,各组之间依然互相依赖,工作时必须与别组单独协商。而且,可能会产生利益冲突,比如,开发组希望尽快交付,而测试组希望多一点时间测试。

正确做法是按照软件的业务功能分组,每组负责一个全流程的软件大功能,设计、编码、测试、部署、支持等人员都在同一组。这样才能做到解耦,以及独立的交付和重构。每组内部使用什么工具、如何实现某个功能,都是自己决定,各组之间不需要共享内部细节,也不依赖别组的工作。

(3)大团队应该保障子团队的自主权,按照子团队提供的功能和商业价值,进行资源分配。

(4)软件架构师的角色很重要。

软件架构师的关注点,不应该是团队使用的工具和技术,而是各种服务与整个系统运行状况之间的协议和通信,保证代码和团队可以正确解耦。

(5)代码解耦和团队解耦的关系。

理想情况下,代码解耦与团队解耦保持一致,形成一对一的关系,一个子团队负责一个独立的模块。实际运作中,一个子团队负责几个模块也可以,但是一个模块不能由多个子团队来参与。

(6)通信(模块之间的、子团队之间的)尽量规范化,争取做到过程简单、文档充分,最好有规范的 API,这样无需任何人员交流,就能建立通信。

(完)

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kerbal

这个人很懒,什么都没留下

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