軟件開發(fā)模型是指軟件開發(fā)全部過程、活動和任務(wù)的結(jié)構(gòu)框架。軟件開發(fā)包括需求、設(shè)計、編碼和測試等階段，有時也包括維護階段。

軟件開發(fā)模型能清晰、直觀地表達軟件開發(fā)全過程，明確規(guī)定了要完成的主要活動和任務(wù)，用來作為軟件項目工作的基礎(chǔ)。

最早出現(xiàn)的軟件開發(fā)模型是1970年溫斯頓·羅伊斯（Winston Royce）提出的瀑布模型。該模型給出了固定的順序，將生存期活動從上一個階段向下一個階段逐級過渡，如同流水下瀉，最終得到所開發(fā)的軟件產(chǎn)品，投入使用。但計算拓廣到統(tǒng)計分析、商業(yè)事務(wù)等領(lǐng)域時，大多數(shù)程序采用高級語言(如FORTRAN、COBOL等)編寫。瀑布模式模型也存在著缺乏靈活性、無法通過并發(fā)活動澄清本來不夠確切的需求等缺點。

典型的開發(fā)模型有：瀑布模型(waterfall model)、漸增模型/演化/迭代(incremental model)、原型模型(prototype model)、螺旋模型(spiral model)、噴泉模型(fountain model)、智能模型(intelligent model)、混合模型(hybrid model)

1、邊做邊改模型（Build-and-Fix Model）

遺憾的是，許多產(chǎn)品都是使用“邊做邊改”模型來開發(fā)的。在這種模型中，既沒有規(guī)格說明，也沒有經(jīng)過設(shè)計，軟件隨著客戶的需要一次又一次地不斷被修改。

在這個模型中，開發(fā)人員拿到項目立即根據(jù)需求編寫程序，調(diào)試通過后生成軟件的第一個版本。在提供給用戶使用后，如果程序出現(xiàn)錯誤，或者用戶提出新的要求，開發(fā)人員重新修改代碼，直到用戶滿意為止。

這是一種類似作坊的開發(fā)方式，對編寫幾百行的小程序來說還不錯，但這種方法對任何規(guī)模的開發(fā)來說都是不能令人滿意的，其主要問題在于：

1） 缺少規(guī)劃和設(shè)計環(huán)節(jié)，軟件的結(jié)構(gòu)隨著不斷的修改越來越糟，導(dǎo)致無法繼續(xù)修改；

2） 忽略需求環(huán)節(jié)，給軟件開發(fā)帶來很大的風(fēng)險；

3） 沒有考慮測試和程序的可維護性，也沒有任何文檔，軟件的維護十分困難。

2、瀑布模型（Waterfall Model）

1970年溫斯頓·羅伊斯提出了著名的“瀑布模型”，直到80年代早期，它一直是唯一被廣泛采用的軟件開發(fā)模型。

瀑布模型將軟件生命周期劃分為制定計劃、需求分析、軟件設(shè)計、程序編寫、軟件測試和運行維護等六個基本活動，并且規(guī)定了它們自上而下、相互銜接的固定次序，如同瀑布流水，逐級下落。

在瀑布模型中，軟件開發(fā)的各項活動嚴格按照線性方式進行，當前活動接受上一項活動的工作結(jié)果，實施完成所需的工作內(nèi)容。當前活動的工作結(jié)果需要進行驗證，如果驗證通過，則該結(jié)果作為下一項活動的輸入，繼續(xù)進行下一項活動，否則返回修改。

瀑布模型強調(diào)文檔的作用，并要求每個階段都要仔細驗證。但是，這種模型的線性過程太理想化，已不再適合現(xiàn)代的軟件開發(fā)模式，幾乎被業(yè)界拋棄，其主要問題在于：

1） 各個階段的劃分完全固定，階段之間產(chǎn)生大量的文檔，極大地增加了工作量；

2） 由于開發(fā)模型是線性的，用戶只有等到整個過程的末期才能見到開發(fā)成果，從而增加了開發(fā)的風(fēng)險；

3） 早期的錯誤可能要等到開發(fā)后期的測試階段才能發(fā)現(xiàn)，進而帶來嚴重的后果。

我們應(yīng)該認識到，“線性”是人們最容易掌握并能熟練應(yīng)用的思想方法。當人們碰到一個復(fù)雜的“非線性”問題時，總是千方百計地將其分解或轉(zhuǎn)化為一系列簡單的線性問題，然后逐個解決。一個軟件系統(tǒng)的整體可能是復(fù)雜的，而單個子程序總是簡單的，可以用線性的方式來實現(xiàn)，否則干活就太累了。線性是一種簡潔，簡潔就是美。當我們領(lǐng)會了線性的精神，就不要再呆板地套用線性模型的外表，而應(yīng)該用活它。例如增量模型實質(zhì)就是分段的線性模型，螺旋模型則是接連的彎曲了的線性模型，在其它模型中也能夠找到線性模型的影子。

3、快速原型模型（Rapid Prototype Model）

快速原型模型的第一步是建造一個快速原型，實現(xiàn)客戶或未來的用戶與系統(tǒng)的交互，用戶或客戶對原型進行評價，進一步細化待開發(fā)軟件的需求。通過逐步調(diào)整原型使其滿足客戶的要求，開發(fā)人員可以確定客戶的真正需求是什么；第二步則在第一步的基礎(chǔ)上開發(fā)客戶滿意的軟件產(chǎn)品。

顯然，快速原型方法可以克服瀑布模型的缺點，減少由于軟件需求不明確帶來的開發(fā)風(fēng)險，具有顯著的效果。

快速原型的關(guān)鍵在于盡可能快速地建造出軟件原型，一旦確定了客戶的真正需求，所建造的原型將被丟棄。因此，原型系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并不重要，重要的是必須迅速建立原型，隨之迅速修改原型，以反映客戶的需求。

4、增量模型（Incremental Model）

與建造大廈相同，軟件也是一步一步建造起來的。在增量模型中，軟件被作為一系列的增量構(gòu)件來設(shè)計、實現(xiàn)、集成和測試，每一個構(gòu)件是由多種相互作用的模塊所形成的提供特定功能的代碼片段構(gòu)成。

增量模型在各個階段并不交付一個可運行的完整產(chǎn)品，而是交付滿足客戶需求的一個子集的可運行產(chǎn)品。整個產(chǎn)品被分解成若干個構(gòu)件，開發(fā)人員逐個構(gòu)件地交付產(chǎn)品，這樣做的好處是軟件開發(fā)可以較好地適應(yīng)變化，客戶可以不斷地看到所開發(fā)的軟件，從而降低開發(fā)風(fēng)險。但是，增量模型也存在以下缺陷：

1） 由于各個構(gòu)件是逐漸并入已有的軟件體系結(jié)構(gòu)中的，所以加入構(gòu)件必須不破壞已構(gòu)造好的系統(tǒng)部分，這需要軟件具備開放式的體系結(jié)構(gòu)。

2） 在開發(fā)過程中，需求的變化是不可避免的。增量模型的靈活性可以使其適應(yīng)這種變化的能力大大優(yōu)于瀑布模型和快速原型模型，但也很容易退化為邊做邊改模型，從而是軟件過程的控制失去整體性。

在使用增量模型時，第一個增量往往是實現(xiàn)基本需求的核心產(chǎn)品。核心產(chǎn)品交付用戶使用后，經(jīng)過評價形成下一個增量的開發(fā)計劃，它包括對核心產(chǎn)品的修改和一些新功能的發(fā)布。這個過程在每個增量發(fā)布后不斷重復(fù)，直到產(chǎn)生最終的完善產(chǎn)品。

例如，使用增量模型開發(fā)字處理軟件?？梢钥紤]，第一個增量發(fā)布基本的文件管理、編輯和文檔生成功能，第二個增量發(fā)布更加完善的編輯和文檔生成功能，第三個增量實現(xiàn)拼寫和文法檢查功能，第四個增量完成高級的頁面布局功能。

5、螺旋模型（Spiral Model）

1988年，巴利·玻姆Barry Boehm正式發(fā)表了軟件系統(tǒng)開發(fā)的“螺旋模型”，它將瀑布模型和快速原型模型結(jié)合起來，強調(diào)了其他模型所忽視的風(fēng)險分析，特別適合于大型復(fù)雜的系統(tǒng)。

螺旋模型沿著螺線進行若干次迭代，圖中的四個象限代表了以下活動：

1） 制定計劃：確定軟件目標，選定實施方案，弄清項目開發(fā)的限制條件；

2） 風(fēng)險分析：分析評估所選方案，考慮如何識別和消除風(fēng)險；

3） 實施工程：實施軟件開發(fā)和驗證；

4） 客戶評估：評價開發(fā)工作，提出修正建議，制定下一步計劃。

螺旋模型由風(fēng)險驅(qū)動，強調(diào)可選方案和約束條件從而支持軟件的重用，有助于將軟件質(zhì)量作為特殊目標融入產(chǎn)品開發(fā)之中。但是，螺旋模型也有一定的限制條件，具體如下：

1） 螺旋模型強調(diào)風(fēng)險分析，但要求許多客戶接受和相信這種分析，并做出相關(guān)反應(yīng)是不容易的，因此，這種模型往往適應(yīng)于內(nèi)部的大規(guī)模軟件開發(fā)。

2） 如果執(zhí)行風(fēng)險分析將大大影響項目的利潤，那么進行風(fēng)險分析毫無意義，因此，螺旋模型只適合于大規(guī)模軟件項目。

3） 軟件開發(fā)人員應(yīng)該擅長尋找可能的風(fēng)險，準確地分析風(fēng)險，否則將會帶來更大的風(fēng)險

一個階段首先是確定該階段的目標，完成這些目標的選擇方案及其約束條件，然后從風(fēng)險角度分析方案的開發(fā)策略，努力排除各種潛在的風(fēng)險，有時需要通過建造原型來完成。如果某些風(fēng)險不能排除，該方案立即終止，否則啟動下一個開發(fā)步驟。最后，評價該階段的結(jié)果，并設(shè)計下一個階段。

6、演化模型(evolutionary model)

主要針對事先不能完整定義需求的軟件開發(fā)。用戶可以給出待開發(fā)系統(tǒng)的核心需求，并且當看到核心需求實現(xiàn)后，能夠有效地提出反饋，以支持系統(tǒng)的最終設(shè)計和實現(xiàn)。軟件開發(fā)人員根據(jù)用戶的需求，首先開發(fā)核心系統(tǒng)。當該核心系統(tǒng)投入運行后，用戶試用之，完成他們的工作，并提出精化系統(tǒng)、增強系統(tǒng)能力的需求。軟件開發(fā)人員根據(jù)用戶的反饋，實施開發(fā)的迭代過程。第一迭代過程均由需求、設(shè)計、編碼、測試、集成等階段組成，為整個系統(tǒng)增加一個可定義的、可管理的子集。

在開發(fā)模式上采取分批循環(huán)開發(fā)的辦法，每循環(huán)開發(fā)一部分的功能，它們成為這個產(chǎn)品的原型的新增功能。于是，設(shè)計就不斷地演化出新的系統(tǒng)。 實際上，這個模型可看作是重復(fù)執(zhí)行的多個“瀑布模型”。

“演化模型”要求開發(fā)人員有能力把項目的產(chǎn)品需求分解為不同組，以便分批循環(huán)開發(fā)。這種分組并不是絕對隨意性的，而是要根據(jù)功能的重要性及對總體設(shè)計的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的影響而作出判斷。有經(jīng)驗指出，每個開發(fā)循環(huán)以六周到八周為適當?shù)拈L度。

7、噴泉模型（fountain model, (面向?qū)ο蟮纳嫫谀Ｐ? 面向?qū)ο螅∣bject Oriented,OO）模型））

噴泉模型與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化生存期比較，具有更多的增量和迭代性質(zhì)，生存期的各個階段可以相互重疊和多次反復(fù)，而且在項目的整個生存期中還可以嵌入子生存期。就像水噴上去又可以落下來，可以落在中間，也可以落在最底部。

8、智能模型（四代技術(shù)（4GL）)

智能模型擁有一組工具（如數(shù)據(jù)查詢、報表生成、數(shù)據(jù)處理、屏幕定義、代碼生成、高層圖形功能及電子表格等），每個工具都能使開發(fā)人員在高層次上定義軟件的某些特性，并把開發(fā)人員定義的這些軟件自動地生成為源代碼。這種方法需要四代語言（4GL）的支持。4GL不同于三代語言，其主要特征是用戶界面極端友好，即使沒有受過訓(xùn)練的非專業(yè)程序員，也能用它編寫程序；它是一種聲明式、交互式和非過程性編程語言。4GL還具有高效的程序代碼、智能缺省假設(shè)、完備的數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序生成器。目前市場上流行的4GL（如Foxpro等）都不同程度地具有上述特征。但4GL目前主要限于事務(wù)信息系統(tǒng)的中、小型應(yīng)用程序的開發(fā)。

9、混合模型（hybrid model）

過程開發(fā)模型又叫混合模型（hybrid model），或元模型（meta-model）,把幾種不同模型組合成一種混合模型，它允許一個項目能沿著最有效的路徑發(fā)展，這就是過程開發(fā)模型（或混合模型）。實際上，一些軟件開發(fā)單位都是使用幾種不同的開發(fā)方法組成他們自己的混合模型。

每個軟件開發(fā)組織應(yīng)該選擇適合于該組織的軟件開發(fā)模型，并且應(yīng)該隨著當前正在開發(fā)的特定產(chǎn)品特性而變化，以減小所選模型的缺點，充分利用其優(yōu)點，下表列出了幾種常見模型的優(yōu)缺點。