Каскадная (водопадная) модель

Модели жизненного цикла

Наиболее часто говорят о следующих моделях жизненного цикла:

• Каскадная (водопадная) или последовательная
• Итеративная и инкрементальная – эволюционная (гибридная, смешанная)
• Спиральная (spiral) или модель Боэма

Легко обнаружить, что в разное время и в разных источниках приводится разный список моделей и их интерпретация. Например, ранее, инкрементальная модель понималась как построение системы в виде последовательности сборок (релизов), определенной в соответствии с заранее подготовленным планом и заданными (уже сформулированными) и неизменными требованиями. Сегодня об инкрементальном подходе чаще всего говорят в контексте постепенного наращивания функциональности создаваемого продукта.

Может показаться, что индустрия пришла, наконец, к общей “правильной” модели. Однако, каскадная модель, многократно “убитая” и теорией и практикой, продолжает встречаться в реальной жизни. Спиральная модель является ярким представителем эволюционного взгляда, но, в то же время, представляет собой единственную модель, которая уделяет явное внимание анализу и предупреждению рисков. Поэтому, я попытался именно представленным выше образом выделить три модели – каскадную, эволюционную и спиральную. Их мы и обсудим.

Данная модель предполагает строго последовательное (во времени) и однократное выполнение всех фаз проекта с жестким (детальным) предварительным планированием в контексте предопределенных или однажды и целиком определенных требований к программной системе.

Рисунок 2. Каскадная модель жизненного цикла.

На рисунке изображены типичные фазы каскадной модели жизненного цикла и соответствующие активы проекта, являющиеся для одних фаз выходами, а для других - входами. Марри Кантор [Кантор, 2002, с.145-146] отмечает ряд важных аспектов, характерных для водопадной модели: “Водопадная схема включает несколько важных операций, применимых ко всем проектам:

• составление плана действий по разработке системы;
• планирование работ, связанных с каждым действием;
• применение операции отслеживания хода выполнения действий с контрольными этапами.

В связи с тем, что упомянутые задачи являются неотъемлемым элементом всех хорошо управляемых процессов, практически не существует причин, препятствующих утверждению полнофункциональных, классических методов руководства проектом, таких как анализ критического пути и промежуточные контрольные этапы. Я часто встречался с программными менеджерами, которые ломали себе голову над тем, почему же столь эффективный набор методик на практике оборачивается неудачей...”

Будучи активно используема (де факто и, например, в свое время, как часть соответствующего отраслевого стандарта в США), эта модель продемонстрировала свою “проблемность” в подавляющем большинстве ИТ-проектов, за исключением, может быть, отдельных проектов обновления программных систем для критически-важных программно-аппаратных комплексов (например, авионики или медицинского оборудования). Практика показывает, что в реальном мире, особенно в мире бизнес-систем, каскадная модель не должна применяться. Специфика таких систем (если можно говорить о “специфике” для подавляющего большинства создаваемых систем) - требования характеризуются высокой динамикой корректировки и уточнения, невозможностью четкого и однозначного определения требований до начала работ по реализации (особенно, для новых систем) и быстрой изменчивостью в процессе эксплуатации системы.

Фредерик Брукс во втором издании своего классического труда “Мифический человеко-месяц” так описывает главную беду каскадной модели [Брукс, 1995, с.245]:

“Основное заблуждение каскадной модели состоит в предположениях, что проект проходит через весь процесс один раз, архитектура хороша и проста в использовании, проект осуществления разумен, а ошибки в реализации устраняются по мере тестирования. Иными словами, каскадная модель исходит из того, что все ошибки будут сосредоточены в реализации, а потому их устранение происходит равномерно во время тестирования компонентов и системы.”

В каскадной модели переход от одной фазы проекта к другой предполагает полную корректность результата (выхода) предыдущей фазы. Однако, например, неточность какого-либо требования или некорректная его интерпретация, в результате, приводит к тому, что приходится “откатываться” к ранней фазе проекта и требуемая переработка не просто выбивает проектную команду из графика, но приводит часто к качественному росту затрат и, не исключено, к прекращению проекта в той форме, в которой он изначально задумывался. Кроме того, эта модель не способна гарантировать необходимую скорость отклика и внесение соответствующих изменений в ответ на быстро меняющиеся потребности пользователей, для которых программная система является одним из инструментов исполнения бизнес-функций. И таких примеров проблем, порождаемых самой природой модели, можно привести достаточно много. Достаточно для чего? Для отказа от каскадной модели жизненного цикла.

Итеративная и инкрементальная модель – эволюционный подход

Итеративная модель предполагает разбиение жизненного цикла проекта на последовательность итераций, каждая из которых напоминает “мини-проект”, включая все фазы жизненного цикла в применении к созданию меньших фрагментов функциональности, по сравнению с проектом, в целом. Цель каждой итерации – получение работающей версии программной системы, включающей функциональность, определенную интегрированным содержанием всех предыдущих и текущей итерации. Результата финальной итерации содержит всю требуемую функциональность продукта. Таким образом, с завершением каждой итерации, продукт развивается инкрементально.

С точки зрения структуры жизненного цикла такую модель называют итеративной (iterative). С точки зрения развития продукта – инкрементальной (incremental). Опыт индустрии показывает, что невозможно рассматривать каждый из этих взглядов изолировано. Чаще всего такую смешанную эволюционную модель называют просто итеративной (говоря о процессе) и/или инкрементальной (говоря о наращивании функциональности продукта).

Эволюционная модель подразумевает не только сборку работающей (с точки зрения результатов тестирования) версии системы, но и её развертывание в реальных операционных условиях с анализом откликов пользователей для определения содержания и планирования следующей итерации. “Чистая” инкрементальная модель не предполагает развертывания промежуточных сборок (релизов) системы и все итерации проводятся по заранее определенному плану наращивания функциональности, а пользователи (заказчик) получает только результат финальной итерации как полную версию системы. С другой стороны, Скотт Амблер [Ambler, 2004], например, определяет эволюционную модель как сочетание итеративного и инкрементального подходов. В свою очередь, Мартин Фаулер [Фаулер, 2004, с.47] пишет: “Итеративную разработку называют по-разному: инкрементальной, спиральной, эволюционной и постепенной. Разные люди вкладывают в эти термины разный смысл, но эти различия не имеют широкого признания и не так важны, как противостояние итеративного метода и метода водопада.”

Брукс пишет [Брукс, 1995, с.246-247], что, в идеале, поскольку на каждом шаге мы имеем работающую систему:

• можно очень рано начать тестирование пользователями;
• можно принять стратегию разработки в соответствии с бюджетом, полностью защищающую от перерасхода времени или средств (в частности, за счет сокращения второстепенной функциональности).

Таким образом, Значимость эволюционного подхода на основе организации итераций особо проявляется в снижении неопределенности с завершением каждой итерации. В свою очередь, снижение неопределенности позволяет уменьшить риски. Рисунок 3 иллюстрирует некоторые идеи эволюционного подхода, предполагая, что итеративному разбиению может быть подвержен не только жизненный цикл в целом, включающий перекрывающиеся фазы – формирование требований, проектирование, конструирование и т.п., но и каждая фаза может, в свою очередь, разбиваться на уточняющие итерации, связанные, например, с детализацией структуры декомпозиции проекта – например, архитектуры модулей системы.

Рисунок 3. Снижение неопределенности и инкрементальное расширение функциональности
при итеративной организация жизненного цикла.

Наиболее известным и распространенным вариантом эволюционной модели является спиральная модель, ставшая уже по-сути самостоятельной моделью, имеющей различные сценарии развития и детализации.