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  • 什么是模型?开发软件为什么要建模
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    2020-04-24 11:31:53

    模型是现实的简化

    我们建模是为了更好的理解我们正在开发的系统。
    人们对复杂系统的理解力是有限的。而模型是对现实的简化,通过建模,缩小所研究问题的范围,一次只研究它的一个方面。这就是“各个击破”的策略。
    这里说的“我们”,指的是所有于软件开发有关的人员,软件开发人员当然是其中的主要成员,不过还包括像客户,软件项目管理人员等等,所有这些希望了解正在开发的系统的人员。软件开发人员建立的模型,除了让自己更清楚系统外,更重要的是可以帮助其他软件开发人员理解系统。

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    我们开发的绝大多数软件都是用来解决现实问题的。通过计算机软件,可以用高效、自动化
    的方式去解决现实中低效的、手工的业务过程。
    因此软件开发的本质就是在计算机的虚拟空间中根据现实需求创建一个新世界。阿里的工程
    师在创造一个“500 平方公里”的交易市场,百度的工程师在创造一个“一万层楼”的图
    书馆,新浪微博的工程师在创造“两亿份报纸”,腾讯的工程师在创造“数 10 亿个聊天茶
    室和棋牌室”。
    现实世界纷繁复杂,庞大的软件系统也需要很多人合作,开发出众多的模块和代码。如何使
    软件系统准确反映现实世界的业务逻辑和需求?庞大的软件系统如何能在开发之初就使各个
    相关方对未来的软件蓝图有清晰的认知和认可,以便在开发过程中使不同工程师们能够有效
    合作,能够让软件的各个模块边界清晰、易于维护和部署?
    这个由软件工程师创造出来的虚拟世界,是一个恢弘大气的罗马都城,还是一片垃圾遍地的
    棚户区,就看软件工程师如何设计它了,而软件设计的主要过程就是软件建模。

    软件建模

    所谓软件建模,就是为要开发的软件建造模型。模型是对客观存在的抽象,我们常说的数学
    建模,就是用数学公式作为模型,抽象表达事务的本质规律,比如著名的 ,就是
    质量能量转换的物理规律的数学模型。除了数学公式是模型,还有一些东西也是模型,比如
    地图,就是对地理空间的建模。各种图纸,机械装置的图纸、电子电路的图纸、建筑设计的
    图纸,也是对物理实体的建模。而软件,也可以通过各种图进行建模。
    通过建模,我们可以把握事物的本质规律和主要特征,正确建造模型和使用模型,以防在各
    种细节中迷失方向。软件系统庞大复杂,通过软件建模,我们可以抽象软件系统的主要特征
    和组成部分,梳理这些关键组成部分的关系,在软件开发过程中依照模型的约束开发,系统
    整体的格局和关系就会可控,相关人员从始至终都能清晰了解软件的蓝图和当前的进展,不
    同的开发工程师会很清晰自己开发的模块和其他同事工作内容的关系与依赖,并按照这些模
    型开发代码。
    在软件开发中,有两个客观存在,一个是我们要解决的领域问题,比如我们要开发一个电子
    商务网站,那么客观的领域问题就是如何做生意,卖家如何管理商品、管理订单、服务用
    户,买家如何挑选商品,如何下订单,如何支付等等。对这些客观领域问题的抽象就是各种
    功能及其关系、各种模型对象及其关系、各种业务处理流程。
    另一个客观存在就是最终开发出来的软件系统,这个软件系统也是客观存在的,软件由哪些
    主要类组成,这些类如何组织构成一个个的组件,这些类和组件之间的依赖关系如何,运行
    期如何调用,需要部署多少台服务器,服务器之间如何通信等

    在这里插入图片描述

    所有这两个方面客观存在的抽象,就是我们的软件模型,一方面我们要对领域问题和软件系
    统进行分析、设计、抽象,另一方面,我们根据抽象出来的模型开发,实现出最终的软件系
    统。这就是软件开发的主要过程。而对领域问题和软件系统进行分析、设计和抽象的这个过
    程,我们专门划分出来,就是软件建模与设计。

    4+1 视图模型

    软件建模比较知名的是 4+1 视图模型,准确地说,4+1 模型不是一种软件建模工具和方
    法,而是一种软件建模方法的方法,即建模方法论 。

    在这里插入图片描述

    4+1 视图模型认为,一个完整的软件设计模型,应该包括 5 部分的内容:

    1.逻辑视图:描述软件的功能逻辑,由哪些模块组成,模块中包含那些类,其依赖关系如

    2.开发视图:包括系统架构层面的层次划分,包的管理,依赖的系统与第三方的程序包。
    开发视图某些方面和逻辑视图有一定重复性,不同视角看到的可能是同一个东西,开发
    视图中一个程序包,可能正好对应逻辑视图中的一个功能模块

    3.过程视图:描述程序运行期的进程、线程、对象实例,以及与此相关的并发、同步、通
    信等问题

    4.物理视图:描述软件如何安装并部署到物理的服务上,以及不同的服务器之间如何关
    联、通信

    5.场景视图:针对具体的用例场景,将上述 4 个视图关联起来,一方面从业务角度描述,
    功能流程如何完成,一方面从软件角度描述,相关组成部分如何互相依赖、调用

    在机械制图领域,一个立体的零件进行制图设计,必须要画三视图,即正视图、侧视图、俯
    视图,每张图都平面的,但是组合起来就完整地描述了一个立体的机械零件。4+1 视图模
    型也是通过多个角度描述软件系统的某个方面的抽象模型,最终组合起来构成一个软件完整
    的模型

    三视图中,有些部分是重复的,而正是这些重复的部分将机械零件不同视角的细节关联起
    来,使看图者准确了解一个机械零件的完整结构。软件建模的时候也是如此,作为设计者,
    也许你觉得用多个视图描述软件模型会重复,但是阅读你的设计文档的人,正是通过这些重
    复,才将软件的各个部分关联起来,对软件整体形成完整的认识。

    我在前面说 4+1 视图模型是一种方法论的原因,就在于这 5 种视图模型主要指导我们应该
    从哪些方面去对我们的业务和软件建模。而具体如何去建模,如何画模型,则可以使用各种
    建模工具去完成,重要的是这些模型能够构成一个整体,从多个视角完整抽象软件系统的各
    个方面

    在实践中,通常用来进行软件建模画图的工具是 UML,建模的时候,也不一定要把 5 种视
    图都画出来。因为不同的软件类型其特点和设计关注点各不相同,只要能向相关人员准确传
    递出自己的设计意图就可以了

    UML 建模

    UML,即统一建模语言,是目前最常用的建模工具,使用 UML 可以实现 4+1 视图模型。
    这个名字的叫法也很有意思。

    所谓统一,指的是在 UML 之前,软件建模工具和方法有很多种,最后业界达成共识,用
    UML 统一软件建模工具。

    所谓建模,前面已经说过,就是用 UML 对领域业务问题和软件系统进行设计抽象,一个工
    具完成软件开发过程中的两个客观存在的建模。

    所谓语言,这个比较有意思,为什么一个建模工具被称为语言?我们先看下语言的特点,语
    言一则用以沟通,通过语言人们得以交流;二则用以思考,即使我们不需要和别人交流,仅

    仅一个人进行思考的时候,其实我们头脑中还是默默在使用语言,有时候甚至不知不觉说出
    来。

    UML 也符合语言的这两个特点,一方面满足设计阶段和各个相关方沟通的目的;一方面可
    以用来思考,即使软件开发过程不需要跟其他人沟通,或者还没到沟通的时候,依然可以使
    用 UML 建模画图,帮助自己进行设计思考。

    此外,语言还有个特点,就是有方言,而对于 UML,就我观察,不同公司,不同团队使用
    UML 都有自己的特点,并不需要拘泥于 UML 的规范和语法,只要不引起歧义,在使用
    UML 过程中对 UML 语法元素适当变通正是 UML 的最佳实践,这正是 UML 的”方
    言“。

    具体如何使用 UML 画图建模,如何在不同的软件设计阶段用最合适的 UML 图形进行软件
    设计与建模,以及如何将这些模型图整合起来构成一个完整的软件设计文档,我会在下一篇
    文章中为你讲述。

    小结

    很多做软件开发同学的职业规划都是架构师,那么设想这样一个场景,如果公司安排你做架
    构师,要你在项目开发前期进行软件架构设计,你该如何开展你的工作,你该如何输出你的
    工作成果,你如何确定你的设计是否满足用户需求,你是否有把握最后交付的软件是满足要
    求的,是否有把握让团队每个工程师清晰了解自己的职责范围并有效地完成开发工作?

    架构师的核心工作就是做好软件设计,软件设计是软件开发过程中的一个重要环节。如何进
    行软件设计,软件设计的输出是什么?软件设计过程中,如何和各个相关方沟通,使软件设
    计既能满足用户的功能需求,又能满足用户的非功能需求,也能满足用户的成本要求?此
    外,还要使开发工程师、测试工程师、运维工程师能够理解软件的整体架构、主要模块划
    分、关键技术实现、核心领域模型,使他们能做好自己的工作,使得软件在开发之初就对软
    件未来蓝图有个清晰的认识,从而使整个软件开发过程处于可控的范围之内?

    以上这些诉求可以说是软件开发管理与技术的核心诉求,这些问题搞定了,软件的开发过程
    和结果也就都得到了保证。而要实现这些诉求,主要的手段就是软件建模,以及将这些软件
    模型组织成一篇有价值的设计文档。

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    感谢内容提供者:金牛区吴迪软件开发工作室
    接上一篇:软件开发工具【十三】 之 Eclipse插件的使用与开发

    一、UML建模介绍

    在这里插入图片描述

    1.面向对象方法的出现和发展

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    2.面向对象的一些概念

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    3.面向对象方法的基本过程

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    4.组件思想

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    二、RATIONAL ROSE建模工具介绍

    1.RATIONAL 公司简介

    Rational 公司是提供面向对象的解决方案的大型软件公司

    2.面向对象的分析设计和Rational Rose

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    3.Rational Rose可视化建模的特点

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    三、使用RATIONAL ROSE 建模

    1.UML建模的三大部分

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    2.需求分析之用例图与活动图

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    3.系统分析与设计

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    四、ECLIPSEUML建模工具介绍及使用

    1.安装EclipseUML

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    2.使用EclipseUML进行建模

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    ~ You’re terrific! The End ~

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    软件工程建模

    Outline

    • 数学建模
    • 计算机建模
    • 软件工程建模
    • 软件开发生命周期模型
    • 软件工程建模案例

    Introduction

    所有的软件工程师都在思考着why what and how to develop的问题, 其中思维的演化过程遵循着这样的规律 — 数学 -> 计算机 -> 软件工程. 本文为刘钦老师软工I 学习笔记.

    一 数学建模

    第0步: 明确自己的武器

    数学框架 整数 加减乘除

    第1步: 审题 提炼数学问题

    results = 1 + 2 + 3 + …+ 99 + 100

    第2步: 建立数学模型

    对 50对 构造成 和为101的数列 求和
    {1+100, 2 + 99, …}

    第3步: 制定解决方案

    result = 101 * 50

    第4步: 检查

    检查解决方案的有效性

    第5步: 实施

    计算乘法
    result = 5050

    二 计算机建模

    1. 计算机与数学的关系

    • 数学为计算机提供了理论基础
      现实世界的问题先转化为数学问题, 再转化为计算机问题
    • 计算机有 特有的 软件和硬件实现形式
      软件框架: 编程范式(命令式, 函数式, 逻辑式), 层次性(机器, 汇编, 高级语言)
      硬件框架: 硬件结构(冯诺伊曼结构, 哈佛结构)

    2. 过程

    第 0 步: 明确自己的武器

    • 计算机框架
      • 软件框架
        • 命令式编程语言
        • 汇编语言编译器
      • 硬件框架
        • 执行机器语言的计算机
        • 寄存器
        • ALU

    第 1 步: 审题

    提炼其中的数学问题: results = 1 + 2 + 3 + …+ 100

    第 2 步: 建立计算机模型

    • 循环100次
      • 一个寄存器保存新加的数
      • 一个寄存器保存累加的和
      • 计算加法
      • 将累加的和送入内存指定单元

    第 3 步: 制定解决方案

    编写源码
    

    第 4 步: 检验

    第 5 步: 实施

    将汇编程序编译成机器码
    在计算机中执行机器码
    

    3. 为什么数学问题要用计算机解决

    节省人力, 计算快速, 存储海量

    4. 不同软件框架解决问题是不一样的

    比如用函数范式建立计算机模型, 上面的第 2 步就变为:
    Sum(n) = Sum(n - 1) + 1
    Sum(1) = 1
    第 3 步 制定解决方案 就变为:

    (define ( sum n )
    ( if ( = n 1)
    1
    ( + n ( sum (- n 1)))))

    5. 不同的硬件框架解决问题也不同

    三 软件工程建模

    1. 软件工程建模与计算机建模的区别

    需求不同
    计算机建模通常是解决较为简单的问题
    软件工程建模是时间, 空间以及技术上的博弈, 需要解决复杂的实际问题, 建模过程需要团队协作, 要考虑时间, 金钱, 人力, 社会影响等因素.
    在这里插入图片描述

    2. 过程

    第 0 步: 明确自己的武器

    • 软件工程框架
      • 技术
        • 业务模型
        • 分析模型
        • 设计模型
      • 过程
        • 软件开发过程
    • 计算机模型的进步
      • 高级语言编译器
      • 高级的模型

    第 1 步: 审题 ( 需求分析)

    • 分析模型
      • 用例图
        在这里插入图片描述
        1.包含关系 << include>>

        a.如果两个以上用例有大量一致的功能,则可以将这个功能分解到另一个用例中,其他用例可以和这个用例建立包含关系

        b.一个用例的功能太多时,可以使用包含关系建立若干个更小的用例。

        2.扩展关系 << extend>>

        对扩展用例的限制规则:将一些常规的动作放在一个基本用例中,将可选的或只在特定条件下才执行的动作放在它的扩展用例中。

      • 类图
        在这里插入图片描述

    第 2 步: 设计 ( 建立计算机模型)

    在这里插入图片描述

    第 3 步: 构造 ( 制定解决方法)

    • 构造模型
      • 高级语言语法
        如 java c++ haskell
    • 构造结果
      程序本身

    第 4 步: 软件测试 ( 检验)

    whether do it right?
    whether do the right thing?

    第 5 步: 移交和演化 ( 实施)

    在真实环境中运行
    演化新的版本

    四 软件开发生命周期

    基于软件工程的时间维度
    在这里插入图片描述

    五 软件工程建模分析案例

    问题一: 如何给软件需求建模 — 用例图

    1. 需求概念

    用户为解决问题或达到某种目标所需要的条件或能力
    系统或系统部件为满足合同\标准\规范或其他正式文档所规定的要求而需要具备的条件或能力

    2. 需求是一种期望

    如何表达期望
    如何组织内容

    3. 用例概念

    为⽤例描述了在不同条件下系统对 某⼀用户的请求的响应。根据⽤户的请求和请求时的系统条件,系统将执⾏不同的行为序列, 每⼀个⾏为序列被称为⼀个场景。⼀个⽤例是多个场景的集合

    4. 用例的要素

    参与者
    用例
    边界
    它们之间的关系

    5. 具体步骤

    5.1 寻找参与者

    谁对系统有着明确的目标和要求并且主动发出动作?
    系统是为谁服务的?

    5.2 用例的特征

    独立
    用例的执行结果对参与者来说是可观测和有意义的
    用例必须有一个参与者发起
    用例的形式为动宾短语: 如 统计 报表
    一个用例就是一个统计单元\需求单元\分析单元\设计单元\开发单元\测试单元等

    5.3 用例文本描述

    在这里插入图片描述

    5.4 用例图

    在这里插入图片描述

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开发软件为什么要建模