架構、架構師及架構師職責

1.1 軟體架構

架構(architecture)的英文本意是來源於建築行業的建築藝術、建築風格和結構，引入到軟體領域後，並沒有一個統一的定義。IEEE-Std-1471-2000認為：架構是一個系統的基主要組織，它蘊含於系統的構件中、構件之間的相互關係中、構件與環境的相互關係中、以及呈現於其設計和演化原則中。其實，軟體架構(Software architecture，軟體體繫結構)一詞早在20世紀60年代就被E.W.Dijkstra提出，但是直到20世紀90年代初才開始流行起來。為了提高軟體需求和軟體設計的的品質，軟體工程界提出了需求分析工程技術和各種軟體建模技術。但是在需求和設計之間仍然存在一條很難逾越的鴻溝，即缺乏能夠反映做決策的中間過程，從而很難有效地將需求轉化為相應的設計。為此，軟體架構的概念應運而生，並試圖在軟體需求與軟體設計之間架起一座橋樑，著重解決軟體系統的結構和需求向實現平坦過渡的問題。由於領域的不同，學術研究和應用實踐的不同，人們對軟體架構也有不同的理解和定義。儘管各種定義都從不同的角度關注軟體架構，但其核心內容都是軟體系統的結構，並且都涵蓋了如下一些實體：構件、構件之間的互動關係、配置、構件和串連件構成的拓撲結構、設計原則與指導方針。

在此，作者對軟體架構的理解和認識可用定義1進行描述。

定義1(軟體架構) 軟體架構為軟體系統提供了一個結構、行為和屬性的進階抽象，由構成系統的元素的描述、這些元素的相互作用、指導元素整合的模式以及這些模式的約束組成。軟體架構不僅指定了系統的組織圖和拓撲結構，並且顯示了系統需求和構成系統的元素之間的對應關係，提供了一些設計決策的基本原理。

目前，軟體架構的研究已發展為軟體工程領域的一個獨立學科分支，具有比較嚴格的理論基礎和工程指導原則。軟體架構已經成為軟體工程領域的研究熱點以及大型軟體系統與軟體產品線開發中的關鍵技術之一。有許多相關的研究人員對軟體架構描述語言，軟體架構的描述與表示，軟體架構的分析與驗證，基於架構的軟體維護與演化，軟體架構的可靠性等方面進行了研究。

1.2 軟體架構師
一直以來,絕大多數的軟體組織都缺乏軟體架構師的編製。架構設計的工作基本上由專案經理、系統分析師與軟體設計師兼任或分攤,導致普遍輕視軟體架構專業人才的培養與任用。事實上,軟體構架師是目前很多軟體組織最急需的人才,也是一個軟體組織中的進階技術人才。那麼,究竟什麼是軟體架構師、軟體架構師在項目開發中起什麼作用、如何定位一個軟體架構師和如何成為一個軟體架構師呢?這是許多組織、技術人員和管理員都希望知道的或希望參與討論的話題。下面對軟體架構師這一概念作簡單的闡述。
所謂架構師,通俗的說就是設計師或結構設計者,這些定義如果用在建築學上,則是很容易理解的。在軟體工程領域中,軟體架構師實際上就是軟體項目的總體設計師,是軟體組織新產品的開發與整合、新技術體系的構建者。對一些大型軟體產品或項目的開發,這一角色顯得很關鍵,因為缺乏好的軟體架構師而導致項目失敗的例子不勝枚舉,一個沒有經驗和能力的軟體架構師也會使軟體項目失敗的速度加快。正因如此,Martin Fowler指出:架構師是對所有重要事情作出決定的人。
軟體架構師在整個軟體開發過程中都起著重要作用,並隨著開發進程的推進而其職責或關注點不斷地變化。在需求階段,軟體架構師主要負責理解和管理非功能性系統需求,比如軟體的可維護性、效能、複用性、可靠性、有效性和可測試性等。此外,架構師還要經常審查客戶和市場人員所提出的需求,確認Team Dev所提出的設計;在需求越來越明確後,架構師的關注點開始轉移到組織Team Dev成員和開發過程的定義上;在軟體設計階段,架構師負責對整個軟體架構、關鍵構件、介面的設計。在編碼階段,架構師則成為程式員的顧問,並且經常性地要舉行一些技術研討會、技術培訓班等;隨著軟體開始測試、整合和交付,整合和測試支援將成為軟體架構師的工作重點;在軟體維護開始時,軟體架構師就要開始為下一版本的產品是否應該增加新的功能模組進行決策。
因此,軟體架構師是軟體項目的總體設計師,是軟體組織新產品開發與整合、新技術體系的構建者,是從宏觀上駕馭大型系統的戰略家,是對軟體項目中所有重要架構事情作出決策的人,是策略制定者、組織協調高手、稱職的顧問與領導者。
作為一個軟體架構師,在整個軟體系統的開發過程中是樂趣無窮的,因為這個角色很具有挑戰性,有時需要左右逢源八面玲瓏,有時又需要果斷堅定不留情面。Philippe Kruchten曾經說過:當一個偉大的架構師領導Team Dev時,團隊的每個成員都感覺不到他的存在。次一點的架構師使Team Dev的每個成員都喜歡他,再次一點的是害怕他,最次的是鄙視他。在國內,軟體組織幾乎沒有獨立的架構師,通常一個軟體高手身兼數職,既是專案經理,又是軟體架構師,甚至還是軟體開發人員,有時還要客串一個測試人員,這對軟體的開發週期和產品品質是不利的。

2 軟體架構師的角色

2.1 軟體架構師的職責
好的軟體架構師不只是一位受到尊敬的資深技術人員,通常也是策略制定和組織協調的高手,稱職的顧問與領導者。這是因為軟體架構規劃與設計主要是以宏觀的角度切入系統架構,一般所謂的設計則是以微觀的角度切入。軟體工程師和程式員所考慮的是單個構件的功能,而軟體架構師必須從全域的角度理解軟體項目的業務目的和期望結果,能夠定義不同的構件是如何組裝在一起的。軟體架構師規劃系統的角度主要是從自上而下的方式著手,而軟體設計師則多半從自下而上的方式著手。這種從宏觀/微觀的角度進行劃分,在其他學科也常看見,如宏觀經濟學與微觀經濟學等。這種宏觀角度的本質,就是軟體架構師專業領域與其他軟體開發人員最根本的區別。
從宏觀的角度,舉凡架構規格與決策、排定架構審閱時程、解決所有架構相關的問題、所有主要技術決策的核准、維護架構規格等都是架構設計的主要工作。通常在項目一開始,需求與初始分析等工作流程會產生規劃的企業流程與預期系統完成的功能。有了這些資訊,軟體架構師就能草擬最初的高層架構藍圖,並列出影響架構的可能的因素清單。另外,軟體架構師也要擔負估算項目成本的職責,評估專案計劃對系統既有基礎結構與架構的衝擊,以及計算可能付出的成本與所帶來的效益。
除了上述任務以外,檢查初期架構規劃設計、影響因素與成本,維持與組織架構決策的一致性也是架構設計師的重要職責之一。這通常要找出制定項目的架構決策與其優先順序的判斷基準、定義問題領域、決定可能解決方案的制約條件、確認有關可能解決方案的假設狀況以及辨識模組重用的可能性。軟體架構師也必須負責確保需求的達成,以及硬體、軟體、基礎結構、效能、安全性、容量、可用性和系統運行、管理與維護等屬於系統層次相關技術之間的協調與平衡。在某些關鍵時刻,軟體架構師也要做出系統與架構在協調、平衡上種種必須當機立斷但又很難判斷的決策。
軟體架構師必須設法降低可能的技術風險對系統的衝擊。在規劃初期,技術風險對一般人來說通常都是不可知、不可驗證也不可測的。風險大多與系統層次的需求有關,有時也會與組織需求有關。不論任何類型的風險,有經驗的架構設計師都可在項目的先期也就是構建架構時期,預先列出這些可能的風險,然後在後續的開發時期配合開發人員予以適當地處理與解決。另外,架構設計師也必須領導Team Dev,保持與其他成員的良好互動,確保開發人員是根據架構藍圖來構建系統。
總之,軟體架構師的主要任務就是規劃與系統架構層次相關的事務,評估可能的風險與成本,並有效運用有限的人力、物力資源滿足系統層次的需求。優秀的軟體架構師是保證軟體系統強大生命力的核心人物。專業架構師能夠協助組織全面研究現有架構和設計模式、評估系統設計的優缺點和可能存在的風險,通過一系列的專題指導和具體案例協助組織掌握先進的、成熟的設計模式,簡化複雜的商務邏輯和需求,確定系統最佳方案。在必要的情況下,還可就特定領域或課題,為開發人員提供定製指導。

2.2 軟體架構師與系統分析師的區別
在一個較大規模的軟體組織裡,一般都有專案管理師、軟體架構師、系統分析師、軟體設計師、測試工程師、資料庫工程師、程式員、流程改善、品質保證等不同的職位。在這些職位中,人們容易混淆的是系統分析師和軟體架構師。對於系統分析師的角色,業界有兩種觀點,一種是把系統分析師當成既懂技術又懂管理的全能冠軍,另一種是把系統分析師當作需求分析師,而架構師才是靈魂。那麼,系統分析師與軟體架構師在角色方面的分配究竟有什麼區別呢?
當軟體規模比較小時,系統分析師所完成的工作是把真正的業務需求(這個需求不是指客戶簡單所說的哪一個功能,而是需要去挖掘的,可能是潛在的但又是系統必需的,條例清楚、邏輯清晰的業務功能,而且需求不僅僅只是來自業務上的,系統所依賴的運行環境也會產生一些需求)轉換成電腦可理解、可實現、可計算的模型。但由於現在的系統規模越來越大,複雜程度越來越高,而且應用領域也越來越廣,所以很難由一個工種的人來全面完成這項艱巨的任務。
在具體的軟體設計過程中,現在把它分解為由系統分析師與軟體架構師合作共同來完成這一任務。其中系統分析師側重的是前一部分的工作,軟體架構師側重的是後一部分的工作。系統分析師的主要工作內容包括業務需求分析、系統需求分析、可行性分析以及建模等,其特點是更多地與主題專家、使用者溝通,再及時與專案經理(專案管理師)、軟體架構師以及老闆商討,分析項目具備的特點、成本、風險等,考慮實現的模型。系統分析師所面臨的往往是有許多不確定性事件,需要對這些不確定的事件進行分析、總結,使之得出一個相對可靠的確定性結論或實施方案模型。
軟體架構師的主要工作內容就是在系統需求比較清晰的條件下進行系統總體的架構設計,當然它也可能會涵蓋一些系統分析師和軟體設計師的工作內容,但其特點是確定性東西會多一些,力求為系統找到或架構一個最優的模型。這裡面雖然可能有很多創新的成分,但更重要的是如何充分運用現有的各種模型、結構、方案,並根據項目的特點,在各種方案中取長補短,找到一個最好的平衡點和結合點,使之最適合當前項目的解決方案。所以,軟體架構師實際上是使系統細緻化、完善化,為擁有更好的可靠性提供保障。
在實際的職責上,軟體架構師比系統分析師所站的角度更高一些。在大規模的軟體系統中,系統分析師可能就系統的某個子系統進行分析與設計,而軟體架構師應該對整個系統的結構負責。