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非功能需求對(duì)計(jì)算機(jī)軟件體系結(jié)構(gòu)的影響
1、引言
軟件的發(fā)展離不開幕后眾多的編程人員、測(cè)試人員、文檔撰寫員，需求分析師、系統(tǒng)工程師、軟件架構(gòu)師等。在IT界，軟件架構(gòu)師是豐富軟件項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)及具有廣博而精鉆技術(shù)知識(shí)的象征。
軟件架構(gòu)師在軟件工程的生命周期中，起著承上啟下的關(guān)鍵作用。一名好的軟件架構(gòu)師的知識(shí)結(jié)構(gòu)中，需要具備系統(tǒng)開發(fā)全過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于IT建設(shè)生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)有深入了解，其中包括：系統(tǒng)膜塊邏輯設(shè)計(jì)、物理設(shè)計(jì)、代碼開發(fā)、項(xiàng)目管理、測(cè)試、發(fā)布、運(yùn)行維護(hù)等;需要深入掌握一到兩種主流技術(shù)平臺(tái)上開發(fā)系統(tǒng)的方法;了解多種應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu);了解架構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的主要理論、流派、框架。另外，在業(yè)務(wù)知識(shí)領(lǐng)域中，架構(gòu)師也要十分清楚并深入了解系統(tǒng)建設(shè)的業(yè)務(wù)需求;了解系統(tǒng)的非功能需求和運(yùn)行維護(hù)需求;了解企業(yè)IT公共設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、外部系統(tǒng)。圖1中列舉了架構(gòu)師的基本知識(shí)結(jié)構(gòu)，其中，涉及到了非功能需求。顧名思義，此需求乃軟件功能需求以外的需求，用“非功能需求”來(lái)概括之，便是它難以全面概括的事實(shí)。
2、概念
在系統(tǒng)工程和需求工程中，非功能需求(Non—functiona1Requirement，NFR)確定了衡量的尺度，用于對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的判斷，而不是具體的系統(tǒng)行為。可以這樣理解，非功能需求是指軟件產(chǎn)品為滿足用戶業(yè)務(wù)需求(即功能需求)而必須具有且除功能需求以外的特性。
比如設(shè)計(jì)一款手機(jī)，那么，這個(gè)手機(jī)必須要滿足的功能需求就包括打電話、發(fā)短信、手機(jī)上網(wǎng)等。但是，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，也同樣不能忽略的是：它是否易用(是否要仔細(xì)閱讀說(shuō)明書才可以使用);它的性能(儲(chǔ)存空間大小、電池壽命長(zhǎng)短、待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)短);它的外觀(美觀、時(shí)尚、大方，能否抓住消費(fèi)者的心理)。這些不能忽略的內(nèi)容便構(gòu)成了非功能需求。手機(jī)的特性類似軟件的非功能需求，雖然與其功能不直接相關(guān)，但是都會(huì)左右消費(fèi)者的選購(gòu)。
軟件工程與建筑工程非常類似，軟件系統(tǒng)的需求種類也不少，如圖2所示。既然有非功能需求，便有功能需求。功能需求是大家比較熟悉的一類需求。功能需求描述要開發(fā)的軟件系統(tǒng)應(yīng)該做什么，它可以包括為用戶提供哪些服務(wù)，也可以包括本系統(tǒng)為其他系統(tǒng)提供哪些服務(wù)。非功能需求中分為質(zhì)量屬性和約束。約束需求規(guī)定了開發(fā)軟件系統(tǒng)時(shí)必須遵守的限制條件。例如，要采用什么操作系統(tǒng)，要采用哪種開發(fā)技術(shù)，是否需要與遺留的老系統(tǒng)進(jìn)行互操作等。當(dāng)然，還要考慮軟件用戶所在的行業(yè)中必須遵守的法律法規(guī)、政策方針和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。質(zhì)量屬性作為非功能需求的一個(gè)分支，同樣包含眾多內(nèi)容。例如性能、安全性、易用性、可靠性等眾多屬性如何分類的問(wèn)題。如圖3所示，將軟件質(zhì)量的屬性分類為“產(chǎn)品修改”、 “產(chǎn)品改型”和“產(chǎn)品操作”，其中包含了相對(duì)應(yīng)的質(zhì)量屬性。事實(shí)上，這樣的分類模型存在著一個(gè)缺點(diǎn)，即關(guān)注了產(chǎn)品的本身，而忽略了軟件產(chǎn)品在開發(fā)過(guò)程中所存在的非功能需求。例如，軟件開發(fā)中的代碼可重用性、代碼的易理解性等等。
鑒于此，非功能需求中的質(zhì)量屬性也可以從如此的角度進(jìn)行分類： “運(yùn)行期質(zhì)量屬性”和“開發(fā)期質(zhì)量屬性”。運(yùn)行期質(zhì)量屬性是軟件系統(tǒng)在運(yùn)行期間，最終用戶可以直接感受到的一類屬性;開發(fā)期質(zhì)量屬性包含和軟件開發(fā)、維護(hù)和移植這3類活動(dòng)相關(guān)的所有質(zhì)量屬性。
3、來(lái)源
有人把需求喻為軟件開發(fā)的起跑線，需求工程是否順利和成功，能夠?yàn)檐浖淖罱K成功奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。調(diào)研完成的需求可能與相關(guān)領(lǐng)域緊密結(jié)合，則需要了解這些領(lǐng)域背景;需求可能來(lái)自于多方，則需要征求和總結(jié)各種想法和意見等等�？梢愿鶕�(jù)圖2的分類方法，將軟件的需求細(xì)分到功能需求和非功能需求，其中非功能需求包含了質(zhì)量屬性和約束。再考慮需求提出的不同級(jí)別，可以得到軟件需求空間分割。
4、功能需求與架構(gòu)設(shè)計(jì)
功能需求是重要的，它們包含了幾乎所有用戶所要求實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)邏輯。當(dāng)然，非功能需求也同樣是決定架構(gòu)成功與否的關(guān)鍵因素。軟件客戶不能嚴(yán)格區(qū)分什么是功能需求，什么是非功能需求。事實(shí)上，非功能需求中的質(zhì)量屬性與約束是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。
(1)功能需求影響架構(gòu)，架構(gòu)必須要適應(yīng)功能需求。但是功能需求不會(huì)決定架構(gòu)，是否基于接121編程還是硬編碼實(shí)現(xiàn)功能，是否要分層等等問(wèn)題都不是功能需求所能單獨(dú)確定的。
(2)質(zhì)量屬性會(huì)從根本上影響架構(gòu)。例如，非常強(qiáng)調(diào)性能的系統(tǒng)軟件會(huì)在算法實(shí)現(xiàn)上下足功夫，而左右在架構(gòu)設(shè)計(jì)中是否避免了性能的損失。
(3)至于約束，它或作為架構(gòu)設(shè)計(jì)的限制條件，或轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ苄枨�，或轉(zhuǎn)換為質(zhì)量屬性。
5、主要內(nèi)容
客戶要功能也要質(zhì)量。比較功能需求與非功能需求，相對(duì)而言，客戶比較擅長(zhǎng)提出功能需求。這是所熟悉了解的業(yè)務(wù)領(lǐng)域內(nèi)的知識(shí)范疇，而且都是經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐操作。然而對(duì)于非功能需求卻并不是如此，不可能對(duì)于每個(gè)客戶都要求他們了解和掌握需求工程。所以在需求制作的過(guò)程中，要給予他們足夠的引導(dǎo)。架構(gòu)師必須清楚地認(rèn)識(shí)：為客戶而設(shè)計(jì)，不僅要滿足客戶要求的功能，也要達(dá)到客戶所期望的質(zhì)量。
非功能需求分為“運(yùn)行期質(zhì)量屬性”和“開發(fā)期質(zhì)量屬性”。
5.1 運(yùn)行期的質(zhì)量屬性
(1)性能。性能是指軟件系統(tǒng)及時(shí)提供相應(yīng)服務(wù)的能力。具體而言，性能包括速度、吞吐量和持續(xù)高速性這三方面的要求。
(2)安全性。指軟件系統(tǒng)同時(shí)兼顧向合法用戶提供服務(wù)，又阻止非授權(quán)使用功能的能力。
(3)易用性。指軟件系統(tǒng)易于使用的程度。
(4)可用性。可用性與易用性不相同�？捎眯灾赶到y(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)故障運(yùn)行的能力。
(5)可伸縮性。指當(dāng)用戶增加時(shí)，軟件系統(tǒng)維持高服務(wù)質(zhì)量的能力。
(6)互操作性。指本軟件系統(tǒng)與其他系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)和相互調(diào)用服務(wù)的難易程度。
(7)可靠性。軟件系統(tǒng)在一定時(shí)間內(nèi)無(wú)故障運(yùn)行的能力。
(8)健壯性。也稱容錯(cuò)性。是指軟件系統(tǒng)在異常情況仍能夠正常運(yùn)行的能力。
5.2 開發(fā)期的質(zhì)量屬性
(1)易理解性。是指系統(tǒng)設(shè)計(jì)能被開發(fā)人員理解的難易程度。
(2)可擴(kuò)展性。為適應(yīng)新需求或者需求變化，為軟件增加功能的能力。有些時(shí)候，稱之為靈活性。
(3)可重用性。重用軟件系統(tǒng)或其中一部分的能力的難易程度。
(4)可測(cè)試性。對(duì)軟件測(cè)試以證明其滿足需求規(guī)約的難易程度。在實(shí)際的項(xiàng)目中，主要指進(jìn)行單元測(cè)試等難易程度。
(5)可維護(hù)性。修改Bug，增加功能，提高質(zhì)量屬性。
(6)可移植性。將軟件系統(tǒng)從一個(gè)運(yùn)行環(huán)境轉(zhuǎn)移到另一個(gè)不同的運(yùn)行環(huán)境的難易程度。
6、結(jié)語(yǔ)
非功能需求描述的困難在于很難像功能性需求那樣，可以通過(guò)結(jié)構(gòu)化和量化的詞語(yǔ)來(lái)描述清楚，在描述這類需求的時(shí)候，經(jīng)常采用軟件性能要好，查詢要在多少時(shí)間內(nèi)出結(jié)果，軟件健壯性要好等較模糊的描述詞語(yǔ)。這類描述詞語(yǔ)都是脫離了軟件的執(zhí)行環(huán)境，人和相關(guān)的場(chǎng)景描述，因此信息很難體現(xiàn)到軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)和具體的實(shí)現(xiàn)中。在架構(gòu)設(shè)計(jì)中關(guān)注的安全，系統(tǒng)開發(fā)框架，并發(fā)和性能，異常日志等不是憑空產(chǎn)生出來(lái)的，而是來(lái)源于對(duì)非功能性需求的分析。
對(duì)于非功能需求的描述，在描述過(guò)程中必須要強(qiáng)調(diào)到人、業(yè)務(wù)場(chǎng)景、環(huán)境等各方面的內(nèi)容。強(qiáng)調(diào)的目的就是要說(shuō)明非功能需求不是無(wú)限度的，任何一項(xiàng)非功能需求的實(shí)現(xiàn)往往會(huì)付出更大的研發(fā)人力成本和硬件網(wǎng)絡(luò)成本。比如在描述一個(gè)表單的模糊查詢功能的時(shí)候，如果簡(jiǎn)單地描述為所有查詢都要在多少秒內(nèi)完成，那么這種需求將很難得到滿足。
然而，非功能需求卻著實(shí)在架構(gòu)的制定過(guò)程中具有可觀的影響力。它是軟件設(shè)計(jì)中不能忽視的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
參考文獻(xiàn)
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