Книга: Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++

6.1. Основные принципы

6.1. Основные принципы

Характерные черты удачных проектов

Удачным проектом мы назовем тот, который удовлетворил (по возможности, превзошел) ожидания заказчика, уложился во временные и финансовые рамки, легко поддается изменению и адаптации. Пользуясь этим критерием, рассмотрим следующие две черты, которые оказались общими для всех встречавшихся нам удачных проектов, и, что замечательно, отсутствовали у тех, которые кажутся нам неудачными:

• Ясное представление об архитектуре создаваемой системы;

• Хорошо организованный итеративно развивающийся процесс работы над проектом.

Архитектура. Признак добротности архитектуры - ее концептуальное единство и целостность. По утверждению Брукса, "концептуальная целостность в проектировании важнее всего" [1]. Как показано в главах 1 и 5, архитектура объектно-ориентированной программной системы содержит структуры классов и объектов, имеющие горизонтальное и вертикальное слоение. Обычно конечному пользователю нет дела до архитектуры системы. Однако, как указывает Страуструп, "ясная внутренняя структура" играет важную роль в построении системы, которая будет понятна, тестируема, устойчива и сможет развиваться и перестраиваться [2]. Более того, именно ясность архитектуры дает возможность выявить общие абстракции и механизмы, которые можно свести воедино, тем самым делая систему проще, меньше и надежнее.

Не существует единственно верного способа классифицировать абстракции и разрабатывать архитектуру. В любой предметной области всегда достаточно глупейших путей проектирования, но, если поискать, можно найти и весьма элегантные. Как же отличить хорошую архитектуру от плохой?

Как правило, хорошая архитектура тяготеет к объектной ориентированности. Это не означает, что любая объектно-ориентированная архитектура оказывается хорошей, или что хороша только объектно-ориентированная архитектура. Однако, как было показано в главах 1 и 2, применение принципов объектно-ориентированной декомпозиции приводит к архитектуре, обладающей требуемыми свойствами организованной сложности.

Хорошей архитектуре присущи следующие свойства:

• Она представляет собой многоуровневую систему абстракций. На каждом уровне абстракции сотрудничают друг с другом, имеют четкий интерфейс с внешним миром и основываются на столь же хорошо продуманных средствах нижнего уровня.

• На каждом уровне интерфейс абстракции строго отграничен от реализации. Реализацию можно изменять, не затрагивая при этом интерфейс. Изменяясь внутренне, абстракции продолжают соответствовать ожиданиям внешних клиентов.

• Архитектура проста, то есть не содержит ничего лишнего: общее поведение достигается общими абстракциями и механизмами.

Мы различаем стратегические и тактические решения. Стратегическое решение имеет важное архитектурное значение и связано с высоким уровнем системы. Механизмы обнаружения и обработки ошибок, парадигмы интерфейса пользователя, политика управления памятью, устойчивость объектов, синхронизация процессов, работающих в реальном масштабе времени, - все это стратегические архитектурные решения. В противоположность этому, тактическое решение имеет только локальное архитектурное значение и поэтому обычно связано с деталями интерфейса и реализации абстракций. Протокол класса, сигнатура метода, выбор алгоритма - все это тактические архитектурные решения.

Хорошая архитектура всегда демонстрирует баланс между стратегическими и тактическими решениями. При слабой стратегии даже очень изящно задуманный класс не сможет вполне соответствовать своей роли. Самые прозорливые стратегические решения будут разрушены, если не уделить должного внимания разработке отдельных классов. В обоих случаях пренебрежение архитектурой рождает программные эквиваленты анархии и неразберихи.

Цикл итеративного развития. Рассмотрим две крайности - полное отсутствие формализованного жизненного цикла разработки и очень жесткие, строго соблюдаемые правила разработки. В первом случае мы имеем анархию; тяжким трудом (преимущественно нескольких своих членов) команда разработчиков в конце концов может родить что-то стоящее, но состояние проекта всегда будет неизмеримо и непредсказуемо. Следует ожидать, что команда отработает весьма неэффективно, а, может быть, и вообще не создаст ничего пригодного для передачи заказчику. Это - пример проекта в свободном падении [Есть шанс, что проект в свободном падении приземлится благополучно, но вам не нужно ставить в связи с этим на кон будущее своей компании]. Во втором случае мы имеем диктатуру, в которой инициативы наказуемы, экспериментирование, которое могло бы привнести больше элегантности в архитектуру, не поощряется, и действительные требования заказчика никогда корректно не доходят до разработчиков нижнего уровня, скрытых за настоящей бумажной стеной, воздвигнутой бюрократией.

Встречавшиеся нам удачные объектно-ориентированные проекты не следовали ни анархическому, ни драконовскому жизненному циклу. Зато мы заметили, что удачная объектно-ориентированная архитектура создается в итеративно развивающемся процессе. Проектирование является итеративным, повторяющимся, в том смысле, что уже созданная архитектура вновь и вновь подвергается анализу и проектированию. При этом в каждом цикле анализ-проектирование-эволюция стратегические и тактические решения развиваются, приближаясь к требованиям конечного пользователя (часто даже не высказанным), оставаясь при этом простыми, надежными и открытыми для дальнейшего изменения.

Итеративно развивающийся процесс является антитезой традиционного "водопада" и не сводится к одностороннему движению сверху-вниз или снизу-вверх. Обнадеживающие прецеденты этого стиля есть в опыте создания как аппаратуры, так и программ [3, 4]. Например, пусть надо сформировать штат фирмы, занимающейся проектированием и изготовлением сложной уникальной аппаратуры. Можно использовать горизонтальный подход, когда проект катится водопадом, так, что архитекторы передают его конструкторам, а те электронщикам. Это - пример проектирования сверху-вниз, когда мы приглашаем узких (хотя и глубоких) специалистов в своей области [5]. Можно пойти по другому пути, наняв мастеров на все руки, каждому из которых можно поручить вертикальный сегмент проекта от начала до конца. Это уже гораздо больше похоже на итеративно развивающийся процесс.

По нашему мнению, процесс объектно-ориентированного проектирования не сводится к одностороннему движению сверху-вниз или снизу-вверх. Друк считает, что хорошо структурированные сложные системы можно создать методом "возвратного проектирования" (round-trip gestalt design). В этом методе основное внимание уделяется процессу поступательного итеративного развития путем совершенствования различных, но, тем не менее, совместимых между собой логических и физических моделей системы. Мы считаем, что возвратное проектирование составляет необходимую основу процесса объектно-ориентированного проектирования.

В отдельных случаях решаемая задача может быть уже хорошо изучена и много раз запрограммирована. Процесс разработки можно привести в идеальный порядок: проектировщики новой системы уже понимают, какие абстракции являются главными; они уже знают, какие механизмы нужно использовать и каким, в общих чертах, будет поведение системы. Творчество все еще важно в таком процессе, но здесь проблема достаточно сужена и большинство стратегических решений предопределены. Тогда, поскольку риск исключен, можно достичь очень высоких показателей производительности [6]. Чем больше мы знаем о задаче, тем легче ее решить.

Большинство промышленных задач не таковы: они связаны с балансированием уникальных требований к функциональности и эффективности и требуют полной творческой отдачи всего коллектива разработчиков. Более того, любая человеческая деятельность, которая требует творчества и инноваций, идет путем проб и ошибок, итеративно развивающегося процесса, который опирается на опыт, компетентность и талант каждого члена коллектива [Эксперименты Кертиса и его коллег подкрепляют эти наблюдения. Они изучали работу профессиональных разработчиков программного обеспечения, записывая видеокамерой их действия и затем анализируя их содержание (анализ, проектирование, реализация и т.п.) и время на выполнение. В результате исследований был сделан вывод, что "создание программ представляется набором итеративных, плохо упорядоченных и взаимно перекрывающихся процессов под приспосабливающимся управлением... Развитие по сбалансированной схеме сверху-вниз проявляется как особый случай, когда схема проектирования оказалась вполне подходящей или задача мала по размеру... Хорошие проектировщики работают одновременно на нескольких уровнях абстракции и детализации" [8]]. Так что нет и не будет стандартных рецептов для проектирования программных систем.

Рациональный процесс проектирования

Однако мы не можем обойтись без рецептов, описывая обещанную выше зрелую, воспроизводимую в любой организации технологию разработки. Поэтому мы и характеризовали ее, как управляемый итеративно развивающийся процесс - управляемый в том смысле, что он поддается проверке и измерению, но оставляет достаточную свободу для творчества.

Упорядоченный процесс проектирования чрезвычайно важен для организаций, разрабатывающих программное обеспечение. Хэмфри перечисляет следующие пять уровней зрелости таких процессов [7]:  

? Начальный   Процесс разработки организован как придется и нередко хаотичен. На этой стадии налаживание элементарного управления проектом - уже прогресс. 

 ? Воспроизводимый   Организация в разумной степени управляет своими планами и обязательствами. 

 ? Определенный   Процесс разработки в разумной степени определен, понятен и применяется на практике; он позволяет выбирать команду и предсказывать ход разработки. Следующая цель - оформить выработанную практику разработки как инструментальную среду. 

 ? Управляемый   Организация выработала количественные показатели процесса. Цель состоит в снижении затрат на сбор данных и налаживание механизмов обратной связи, позволяющих данным влиять на процесс. 

 ? Оптимальный   Организация имеет отлаженный процесс, устойчиво выдающий результаты высокого качества, своевременно, предсказуемо и эффективно. 

  К сожалению, как отмечают Парнас и Клеменс: "Мы никогда не отыщем процесс, который дал бы нам возможность проектировать программы строго рациональным образом", поскольку дело это творческое и новаторское по определению. Однако, продолжают они, "хорошей новостью является, то, что мы можем его имитировать... (Поскольку) разработчики нуждаются в руководстве, мы приблизимся к рациональной разработке, если будем следовать процессу, а не действовать, как попало. Когда организация занята многими программными продуктами, есть смысл иметь стандартную процедуру... Если мы держим в голове идеальный процесс, становится легче измерять успехи проекта" [9].

С приобретением опыта у организации встает вопрос: "Как примирить творчество и новации с возрастающей управляемостью?". Ответ состоит в разграничении макро- и микроэлементов процесса проектирования. Микропроцесс родственен спиральной модели развития, предложенной Боемом, и служит каркасом для итеративного подхода к развитию [10]. Макропроцесс близок к традиционному "водопаду" и задает направляющие рамки для микропроцесса. Примиряя эти два в корне различных процесса, мы имитируем полностью рациональный процесс разработки и обретаем основу для определенного уровня зрелости в деле создания программного обеспечения.

Мы должны подчеркнуть, что каждый проект уникален, и, следовательно, разработчик сам должен поддерживать баланс между неформальностью микропроцесса и формальностью макропроцесса. Для исследовательских приложений, разрабатываемых тесно сплоченной командой высококвалифицированных разработчиков, чрезмерная формальность негативно отразится на новациях; для очень сложных проектов, разрабатываемых большим коллективом разработчиков, отделенных друг от друга пространством и временем, недостаток формальности приводит к хаосу.

Оставшаяся часть этой главы дает обзор и детальное описание целей, результатов, видов деятельности и измеримых характеристик, составляющих микро- и макропроцессы разработки. В следующей главе мы рассмотрим практические проявления этих процессов, в первую очередь с точки зрения менеджеров, которые должны надзирать за ходом объектно-ориентированного проекта.

Оглавление книги