王汗 周翔

摘要：軟件產(chǎn)品線作為利用公共資產(chǎn)來(lái)構(gòu)建一系列相關(guān)系統(tǒng)的方法，能夠顯著提高生產(chǎn)率、縮短上市時(shí)間、提升產(chǎn)品質(zhì)量和客戶滿意度。在過(guò)去數(shù)十年的實(shí)踐中，軟件產(chǎn)品線技術(shù)取得了廣泛的成功，但也同時(shí)暴露了諸多問(wèn)題，引來(lái)了許多爭(zhēng)議。本文闡述了軟件產(chǎn)品線的基本概念，根據(jù)實(shí)際案例探討了在軟件企業(yè)中實(shí)施軟件產(chǎn)品線面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，指出了軟件產(chǎn)品線的企業(yè)工程實(shí)踐前景。

關(guān)鍵詞：軟件體系結(jié)構(gòu) 軟件產(chǎn)品線 軟件重用

1 概述

軟件產(chǎn)品線工程是使用平臺(tái)和大規(guī)模定制開(kāi)發(fā)軟件應(yīng)用（軟件密集型系統(tǒng)和軟件產(chǎn)品）的一個(gè)范例[1]。在過(guò)去數(shù)十年的實(shí)踐中，研究者認(rèn)識(shí)到軟件產(chǎn)品線的實(shí)施能夠顯著提高生產(chǎn)率、縮短上市時(shí)間、提高產(chǎn)品質(zhì)量和客戶滿意度。但同時(shí)部分軟件開(kāi)發(fā)組織也發(fā)現(xiàn)軟件產(chǎn)品線的實(shí)施并不總是一帆風(fēng)順，它有時(shí)不但不能提高效益，反而影響了企業(yè)正常的開(kāi)發(fā)進(jìn)度，造成了開(kāi)發(fā)進(jìn)程的混亂[2][3]。本文將針對(duì)這些問(wèn)題，對(duì)軟件產(chǎn)品線的工程實(shí)踐及其前景展開(kāi)研究。

2 軟件產(chǎn)品線概述

2.1 軟件產(chǎn)品線的基本概念

軟件產(chǎn)品線的定義為：“具有一組可管理的公共特性的軟件密集性系統(tǒng)的集合，這些系統(tǒng)滿足特定的市場(chǎng)需求或任務(wù)需求，并且按照預(yù)定義的方式從一個(gè)公共的核心資產(chǎn)集開(kāi)發(fā)得到”[4]。在這個(gè)定義中，所謂核心資產(chǎn)，指的是那些構(gòu)成軟件產(chǎn)品線基礎(chǔ)的資產(chǎn)。核心資產(chǎn)通常包括（但不局限于）構(gòu)架、可重用軟件組件、領(lǐng)域模型、需求陳述、文檔和規(guī)格說(shuō)明、性能模型、進(jìn)度表、預(yù)算、測(cè)試計(jì)劃、測(cè)試用例、工作計(jì)劃和過(guò)程描述。構(gòu)架是核心資產(chǎn)集合中的關(guān)鍵?；诋a(chǎn)品線的軟件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)就在于維護(hù)這樣一個(gè)核心資產(chǎn)庫(kù)，并在開(kāi)發(fā)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)這些核心資產(chǎn)的重用。軟件產(chǎn)品從產(chǎn)品線體系結(jié)構(gòu)獲取自己的體系結(jié)構(gòu)，實(shí)例化并配置產(chǎn)品線構(gòu)件集的一個(gè)子集，并開(kāi)發(fā)產(chǎn)品特定的代碼。實(shí)例化的軟件產(chǎn)品構(gòu)成了領(lǐng)域軟件產(chǎn)品家族。

2.2 軟件產(chǎn)品線的基本特征

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圖1 軟件產(chǎn)品線開(kāi)發(fā)活動(dòng)[4]

簡(jiǎn)而言之，產(chǎn)品線包括了核心資產(chǎn)的開(kāi)發(fā)和利用了核心資產(chǎn)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，這兩者均需要技術(shù)和組織的管理。通常而言，產(chǎn)品和核心資產(chǎn)的開(kāi)發(fā)密不可分、彼此相關(guān)。它們的關(guān)系如圖1所示。每個(gè)圓圈代表一個(gè)基本活動(dòng)，三者連接在一起并持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，表明這三者是必不可少的、緊密連接的、可能以任何次序出現(xiàn)，并緊密循環(huán)。

軟件產(chǎn)品線是一個(gè)系統(tǒng)性的大規(guī)模的復(fù)用方法，貫穿軟件開(kāi)發(fā)的所有階段，其本質(zhì)特點(diǎn)在于強(qiáng)調(diào)領(lǐng)域體系結(jié)構(gòu)的重要性以及面向特定領(lǐng)域的市場(chǎng)導(dǎo)向。它具有如下幾個(gè)特征：重用導(dǎo)向貫穿始終、以體系結(jié)構(gòu)為核心、市場(chǎng)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)、面向特定領(lǐng)域[6]。

在軟件產(chǎn)品線方法中，重用是有計(jì)劃的、能夠?qū)崿F(xiàn)的和強(qiáng)制的（而非偶然的小粒度的重用）。所有核心資產(chǎn)都是為重用而設(shè)計(jì)，為能夠重用于多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。整個(gè)產(chǎn)品線被視為一個(gè)整體，而不是可以區(qū)別對(duì)待和維護(hù)的多個(gè)產(chǎn)品。軟件產(chǎn)品線中的產(chǎn)品由核心資產(chǎn)中的組件組織而成，但這些組件都是由產(chǎn)品線構(gòu)架指定的，且按照預(yù)定義的方式進(jìn)行組裝。開(kāi)發(fā)組織為最終用戶提供的每個(gè)產(chǎn)品都不過(guò)是核心資產(chǎn)的一個(gè)簡(jiǎn)單定制。

3 軟件開(kāi)發(fā)案例分析

3.1 “基于海量視頻的事件軌跡快速檢索平臺(tái)”（MVRP）概述

某單位與全國(guó)多地的公安機(jī)關(guān)有著長(zhǎng)期的良好合作關(guān)系，在市場(chǎng)調(diào)研中該單位發(fā)現(xiàn)目前警方迫切需要一套軟件系統(tǒng)對(duì)海量監(jiān)控視頻進(jìn)行智能分析，以實(shí)現(xiàn)：實(shí)施視頻摘要，減少監(jiān)控視頻時(shí)長(zhǎng)；檢索用戶關(guān)注目標(biāo)，進(jìn)行目標(biāo)跟蹤和目標(biāo)關(guān)聯(lián)；將目標(biāo)軌跡映射至真實(shí)空間，結(jié)合地理信息系統(tǒng)，獲取目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡，預(yù)測(cè)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)路線。警方希望該軟件系統(tǒng)能夠減輕案件偵查過(guò)程中線索目標(biāo)的查詢檢索工作，縮短目標(biāo)檢索所需時(shí)間，提高破案效率。

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圖2 MVRP總體架構(gòu)

該單位在進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)時(shí)，將此軟件系統(tǒng)定名為“基于海量視頻的事件軌跡快速檢索平臺(tái)”（MVRP）。并將MVRP設(shè)計(jì)為如下三個(gè)部分（如圖2所示）：

①目標(biāo)軌跡時(shí)空分析子系統(tǒng)：該子系統(tǒng)與用戶直接交互，供用戶調(diào)看監(jiān)控視頻，指定檢索目標(biāo)，將用戶指令進(jìn)行下發(fā)；并實(shí)現(xiàn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡的真實(shí)空間顯示，預(yù)測(cè)目標(biāo)可能的運(yùn)動(dòng)軌跡。

②綜合調(diào)度控制服務(wù)子系統(tǒng)：該系統(tǒng)接收用戶指令，向合適的智能視頻分析單元下發(fā)指令；接收智能視頻分析單元的運(yùn)行匯報(bào)，向用戶加以匯報(bào)。

③智能視頻分析服務(wù)子系統(tǒng)：該系統(tǒng)接收指令；進(jìn)行視頻摘要、檢索與分析。

3.2 MVRP開(kāi)發(fā)分析

在MVRP的開(kāi)發(fā)進(jìn)程中，系統(tǒng)架構(gòu)人員為了保證其設(shè)計(jì)的系統(tǒng)架構(gòu)穩(wěn)妥可靠，能夠按期實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)，直接以其親身參與開(kāi)發(fā)的另一個(gè)軟件系統(tǒng)“高級(jí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)”（AVSS）為藍(lán)本，進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

AVSS是一個(gè)集視頻圖像監(jiān)控和安保綜合管理為一體的大型分布式網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)分布在大范圍內(nèi)的視頻監(jiān)控設(shè)施進(jìn)行調(diào)度管理，同時(shí)結(jié)合地理信息服務(wù)系統(tǒng)，使得用戶能夠在直觀、良好的界面中接收?qǐng)?bào)警信息，調(diào)看指定地點(diǎn)的監(jiān)控視頻。該系統(tǒng)主要由兩個(gè)分系統(tǒng)構(gòu)成：視頻應(yīng)用分系統(tǒng)和視頻服務(wù)分系統(tǒng)。視頻應(yīng)用分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與用戶交互，使用戶在一目了然的地圖界面上調(diào)看監(jiān)控點(diǎn)視頻，監(jiān)控各點(diǎn)報(bào)警信息及監(jiān)控區(qū)域整體態(tài)勢(shì)。視頻服務(wù)分析同實(shí)現(xiàn)后臺(tái)的數(shù)據(jù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)視頻轉(zhuǎn)發(fā)、視頻存儲(chǔ)、通信控制等功能。AVSS總體架構(gòu)如圖3所示。

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圖3 AVSS總體架構(gòu)

由這兩個(gè)系統(tǒng)的總體構(gòu)成可見(jiàn)，MVRP在很大程度上借鑒了AVSS的架構(gòu)。因?yàn)镸VRP需要調(diào)度多個(gè)客戶端和多個(gè)智能視頻分析單元，引入了獨(dú)立的綜合調(diào)度控制服務(wù)子系統(tǒng)。其余如地理信息顯控、調(diào)度管理等需要與用戶直接交互的部分集成為一個(gè)目標(biāo)軌跡時(shí)刻分析子系統(tǒng)（對(duì)應(yīng)AVSS的視頻應(yīng)用分系統(tǒng)），如視頻處理等需要服務(wù)端自行完成的功能集成為一個(gè)視頻分析服務(wù)子系統(tǒng)（對(duì)應(yīng)AVSS的視頻服務(wù)分系統(tǒng)）。事實(shí)上，在MVRP的總體設(shè)計(jì)階段，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員是直接以AVSS的設(shè)計(jì)文檔作為藍(lán)本進(jìn)行討論，最終完成MVRP的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.3 軟件產(chǎn)品線視角的分析

在軟件產(chǎn)品線中，重用是有計(jì)劃的、能夠?qū)崿F(xiàn)的和強(qiáng)制的，其重用的資產(chǎn)也是明確為重用而設(shè)計(jì)的[4]。軟件產(chǎn)品線絕非偶然的小粒度重用。因此前面所討論的MVRP開(kāi)發(fā)只能說(shuō)是利用了軟件重用的思想，而不是軟件產(chǎn)品線的實(shí)踐。然而試圖以軟件產(chǎn)品線的視角對(duì)這一案例進(jìn)行研究依然是有意義的，它可以探討如果在某單位的軟件開(kāi)發(fā)實(shí)踐中引入軟件產(chǎn)品線方法，將會(huì)面對(duì)怎樣的困難和收益。

3.3.1 實(shí)施軟件產(chǎn)品線的困難

經(jīng)過(guò)對(duì)該單位的軟件開(kāi)發(fā)實(shí)踐進(jìn)行分析，認(rèn)為該單位引入軟件產(chǎn)品線方法，面臨著如下困難：

①延誤產(chǎn)品交付時(shí)間。研究表明，傳統(tǒng)的軟件產(chǎn)品線方法需要軟件開(kāi)發(fā)組織在引入新的軟件產(chǎn)品線時(shí)投入過(guò)去開(kāi)發(fā)2到3個(gè)項(xiàng)目的精力[5]，有時(shí)甚至需要近100名開(kāi)發(fā)人員，投入900至1350個(gè)人月[6]。各地警方對(duì)能夠輔助進(jìn)行智能視頻分析的軟件系統(tǒng)的需求無(wú)比迫切，甚至提出希望該單位能夠盡快提供可以實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)功能的軟件系統(tǒng)Demo，然后再在使用中不斷完善?？紤]到該單位目標(biāo)客戶對(duì)產(chǎn)品的迫切需求，在開(kāi)發(fā)MVRP時(shí)新引入軟件產(chǎn)品線顯然是不可接受的。

②缺乏系統(tǒng)架構(gòu)人員。該單位作為一個(gè)發(fā)展中的軟件開(kāi)發(fā)企業(yè)，缺少有足夠經(jīng)驗(yàn)的架構(gòu)設(shè)計(jì)師。在過(guò)去幾年間有過(guò)成功的軟件架構(gòu)實(shí)踐的架構(gòu)師幾乎都成為了中層領(lǐng)導(dǎo)，離開(kāi)了開(kāi)發(fā)一線。但在以開(kāi)發(fā)軟件產(chǎn)品線時(shí)，必須有足夠優(yōu)秀的軟件架構(gòu)師設(shè)計(jì)軟件產(chǎn)品線核心資產(chǎn)庫(kù)中的軟件架構(gòu)，才能使得軟件架構(gòu)能夠適應(yīng)未來(lái)不同產(chǎn)品的配置需求。

③缺乏管理層支持。一般而言對(duì)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)缺乏深入了解的管理人員需要一定時(shí)間和實(shí)踐以理解為何需要專門(mén)的開(kāi)發(fā)人員從事難以見(jiàn)到實(shí)際產(chǎn)品的技術(shù)工作。此外，如果引入獨(dú)立的軟件產(chǎn)品線開(kāi)發(fā)小組，這必然對(duì)企業(yè)的組織架構(gòu)和企業(yè)文化造成相當(dāng)?shù)挠绊懀瑢?duì)企業(yè)管理造成一定挑戰(zhàn)。這就使得管理層在面對(duì)軟件產(chǎn)品線方法時(shí)需要做出更多權(quán)衡。

3.3.2 實(shí)施軟件產(chǎn)品線的收益

盡管前面述及的困難使得該單位在開(kāi)發(fā)MVRP時(shí)新引入軟件產(chǎn)品線方法幾乎成為不可能，但假如該單位已經(jīng)開(kāi)發(fā)了成熟的軟件產(chǎn)品線體系，也將帶來(lái)諸多顯而易見(jiàn)的收益：

①降低開(kāi)發(fā)難度。雖然目前該單位缺少有經(jīng)驗(yàn)的架構(gòu)設(shè)計(jì)師，但如果該單位具備了完善的軟件產(chǎn)品線，那么新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)難度就可以大大降低。如果該單位能夠組織公司內(nèi)最優(yōu)秀的架構(gòu)設(shè)計(jì)師，對(duì)這樣一些工作于網(wǎng)絡(luò)上的綜合服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行分析，確定一個(gè)產(chǎn)品線架構(gòu)。具體的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)就無(wú)需重新進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)，而只需進(jìn)行實(shí)例化，可以降低開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，降低開(kāi)發(fā)難度。

②節(jié)約開(kāi)發(fā)成本。盡管該單位目前十分欠缺有經(jīng)驗(yàn)的軟件開(kāi)發(fā)人員，但由于不同部門(mén)經(jīng)常會(huì)開(kāi)發(fā)有著一些具有共性的系統(tǒng)，造成了大量的人力浪費(fèi)。如果該單位已經(jīng)具有了完備的軟件產(chǎn)品線，那么就可以以得力的工程師開(kāi)發(fā)具有一定功能的組件，減少人力浪費(fèi)，投入到單個(gè)產(chǎn)品中的人員就可以大大削減。節(jié)約出的人力可以用于開(kāi)發(fā)其他產(chǎn)品或者研究新的技術(shù)。

③減少開(kāi)發(fā)時(shí)間。如前所述，在建立軟件產(chǎn)品線之后，新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程僅僅是產(chǎn)品線構(gòu)架的實(shí)例化。這樣可以節(jié)省大量初期設(shè)計(jì)、代碼編制時(shí)間，最終減少產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)時(shí)間。

4 結(jié)束語(yǔ)

軟件產(chǎn)品線作為一種在過(guò)去數(shù)十年的實(shí)踐中取得了廣泛成功的一種方法，雖然其在部分企業(yè)工程實(shí)踐中存在一定的困難和挑戰(zhàn)，但其仍可以為企業(yè)的軟件開(kāi)發(fā)實(shí)踐提供新的思路方法、帶來(lái)新的改進(jìn)提升，值得廣大軟件開(kāi)發(fā)組織加以研究和采納。

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作者簡(jiǎn)介：王汗（1989-），男，江蘇沭陽(yáng)人，碩士研究生，研究方向：軟件架構(gòu)；周翔（1973-），男，湖北宜昌人，研究員、碩士生導(dǎo)師，研究方向：智慧城市、信息系統(tǒng)架構(gòu)。