В экстремальном программировании наблюдается отход от традиционного процесса создания программ - вместо единоразового планирования, анализа и проектирования системы с расчетом на долгосрочную перспективу программисты реализуют теперь все эти операции постепенно в ходе разработки.
Вначале была модель «водопада» (рис.1а): мы просим пользователей однозначно сформулировать свои требования; мы разрабатываем проект системы, которая сделает все, что хотят пользователи; мы пишем код; мы тестируем программу, дабы убедиться, что она действительно делает то, что требуется. Все получается замечательно.
На самом же деле, дела обстояли далеко не так радужно. Перед началом разработки пользователи еще не в состоянии однозначно сформулировать свои требования. Они не всегда знали, чего хотят, подчас противоречили сами себе и меняли свои взгляды на проблему. Но дело не только в пользователях. Мы, программисты, пройдя три четверти пути и обнаружив, что реально выполнили лишь одну треть работы, радовались этому как грандиозному успеху.
Итак, длинный цикл разработки плох, поскольку не способен приспосабливаться к изменениям. Тогда, возможно, надо сократить цикл, и все проблемы будут решены? На рис. 1b дана иллюстрация перерождения модели «водопада» в итеративную модель.
Напомним, что модель водопада появилась не на пустом месте - это была естественная реакция на те шокирующие оценки, которые показывали: цена внесения изменения в программу с течением времени очень сильно возрастает. Если это действительно так, то необходимо принимать важнейшие, далеко идущие решения на наиболее раннем этапе жизненного цикла программы чтобы не пришлось потом дорого заплатить за них.
Академическое сообщество разработчиков ПО взялось разрешить проблему высокой стоимости изменений и создало новые технологии - реляционные базы данных, модульное программирование, сокрытие информации. Но что если все эти труды уже исчерпали свой потенциал? И нам удастся найти новый способ снизить расходы на внесение изменений, не разрезая «водопад» на части, а просто смешав все его компоненты? То, что получилось в результате, показано на рисунке 1с. Мы назвали это «экстремальным программированием» (Extreme Programming, XP).
Анатомия XP
XP отходит от традиционного процесса создания программной системы и вместо единоразового планирования, анализа и проектирования с расчетом на долгосрочную перспективу при XP все эти операции реализуются постепенно в ходе разработки, добиваясь тем самым значительного сокращения стоимости изменений в программе. Методы XP разрабатывались с расчетом на совокупное использование, поэтому, разбираясь в одном из них, вы неизбежно придете к пониманию остальных (врезка ). Во врезке прослеживаются исторические предпосылки возникновения этого подхода).
Цикл разработки XP
На рис. 2 процесс XP соотносится с различными осями времени, где в качестве единицы измерения используются годы, месяцы, недели и дни. Заказчик определяет очередную версию (release) системы, выбирая наиболее ценные функции (в XP их называют историями - story) из всех возможных. Ценность функций определяется материальными и временными затратами на их реализацию командой разработчиков.
Заказчик определяет истории для следующей итерации, выбирая наиболее значимые истории из оставшихся в версии, вновь опираясь на оценку стоимости и скорости их разработки. Программисты разбивают истории на локальные задачи, и каждый берет на себя ответственность за одну из них. Затем программист преобразует свою задачу в набор тестовых примеров, успешное выполнение которых покажет, что задача решена полностью. Работая в паре с партнером, программист добивается нормальной работы тестов, одновременно развивая общий проект. Таким образом, удается реализовать максимально простую архитектуру системы в целом.
Истории
С точки зрения XP, период, предшествующий первому запуску системы в реальную эксплуатацию, является опасной аномалией в жизненном цикле проекта, и его надо преодолеть как можно быстрее. Однако работу над любым проектом надо как-то начать.
Прежде всего, необходимо решить, для чего вообще предназначена система и что она должна уметь делать в первую очередь. Как правило, для принятия таких решений нужен определенный анализ. Его символизирует узкий голубой прямоугольник на рис. 1с. Вы не можете начать программировать, пока не поймете, что, собственно, необходимо запрограммировать.
Результаты общего анализа оформляются как истории - индексы с перечислением возможных применений системы. Необходимо, чтобы каждая история была ориентирована на определенные задачи бизнеса, чтобы ее можно было протестировать и оценить с помощью количественных показателей. Месяц - вполне приемлемое время, чтобы сформулировать истории для проекта, рассчитанного на 10 человеко-лет. Понятно, что этого времени недостаточно для детального исследования всех возможных проблем. Но на анализ всех проблем никогда не хватит времени, если вы вообще намерены переходить к реализации системы.
Версия
Как видно из рис. 2, мы не реализуем сразу все истории. Заказчик вначале выбирает небольшое множество наиболее важных историй, логически связанных между собой. И мы программируем и запускаем в эксплуатацию прежде всего именно их. После этого реализуется все остальное.
Выбор историй для версии системы можно сравнить с покупками в супермаркете. Вы направляетесь в магазин с сотней долларов в кармане. Продумываете, что вам необходимо в первую очередь. Смотрите на ценники. И решаете, что купить. На этапе планирования (planning game) товары - это истории, а ценники - оценки историй. Ваш бюджет определяется числом оцененных историй, реализуемых командой разработчиков за выбранную единицу времени.
Покупатель (заказчик) может либо заполнить свою корзину (выбрать набор историй), после чего программисты вычислят окончательную дату их реализации, либо назначат дату, под которую программисты вычислят бюджет, а заказчик наберет нужное количество историй на полученную сумму.
Итерация
Цель каждой итерации - запустить в эксплуатацию несколько новых протестированных и готовых к выполнению историй. Этот процесс начинается с составления плана, в котором определяется, какие истории будут реализованы и каким образом команда разработчиков будет выполнять эту задачу. Пока идет разработка, заказчик придумывает функциональные тесты. В конце итерации тесты должны работать, а разработчики должны быть готовы к следующей итерации.
Начиная планировать итерацию, разработчики вновь просят заказчика выбрать наиболее ценные истории, на этот раз из числа оставшихся для реализации в этой версии. Разработчики разбивают истории на задачи - модули, с реализацией которых один человек справится за несколько дней. Если есть несколько технических задач, таких, например, как переход к новой версии базы данных, их тоже включают в общий список.
Затем программисты берут на себя ответственность за реализацию определенных задач. После того как все задачи распределены, программист, ответственный за задачу, оценивает ее, на этот раз по числу идеальных дней программирования. Затем собираются оценки задач всех программистов команды, и если некоторые из них планируют затратить больше времени на реализацию, а другие меньше, нагрузка в команде перераспределяется соответствующим образом.
В ходе итерации программисты реализуют свои задачи. По мере завершения задач их код интегрируется в общую систему и тестируется вместе с ней. Либо все тесты успешно проходят, либо код нельзя интегрировать в систему. В ходе итерации в общую серию тестов добавляются предоставляемые заказчиком функциональные тесты. В конце итерации должны работать все тесты для отдельных модулей и все функциональные тесты.
Задача
Для того чтобы реализовать задачу, ответственный за нее программист прежде всего ищет себе партнера, поскольку окончательный код всегда пишется двумя людьми на одной машине. Если возникают вопросы о предмете или методах реализации, партнеры проводят короткую (15-минутную) встречу с заказчиком и/или программистами, осведомленными в вопросах кодирования задач, которые с наибольшей вероятностью будут связаны с кодом данной задачи в ходе реализации.
По результатам этой встречи программисты составляют список тестовых примеров, которые необходимо прогнать до завершения реализации задачи. Из списка выбирается такой тест, в реализации которого программисты полностью уверены, и с помощью которого они смогут лучше понять суть задачи. Пишется тестовая программа. Если она сразу нормально заработает, можно двигаться дальше. Однако как правило, без проблем не обходится. В случае если тест не работает, возможна одна из следующих ситуаций:
- мы знаем простой способ заставить его работать, и мы действуем этим способом;
- мы знаем сложный и очень неприятный способ заставить его работать, но понимаем, как изменить архитектуру системы и добиться нормальной работы тестового примера без лишних усилий. Тогда мы решаемся на переработку системы;
- мы знаем сложный и неприятный способ заставить его работать, и не видим никакой возможности переработать систему, поэтому мы идем этим сложным путем.
После того, как тест заработал, мы, возможно, снова поймем как усовершенствовать систему, что и сделаем.
Вполне вероятно, что в ходе реализации тестового примера мы найдем другой тестовый пример, который также должен работать. Мы заносим новый тест в свой список и продолжаем разработку. Возможно, мы обнаружим, что масштабы перестройки системы выходят за рамки требований текущего теста, тогда зафиксируем и этот факт и двинемся дальше. В конце концов, наша цель - сконцентрироваться на деталях и успешно справиться с конкретной проблемой, но одновременно не потерять общего представления о системе, которое формируется в процессе интенсивной работы над кодами.
Тест
Если говорить о ключевом методе ХР, то это, безусловно, тестирование модулей (unit testing). Как вы уже могли понять, тестирование модулей является неотъемлемой частью повседневной работы каждого программиста. Две особенности делают процесс тестирования в ХР гораздо эффективным по сравнению с традиционными методами: программисты сами пишут свои тесты и делают это до начала кодирования. Конечно, если подходить к программированию как к постепенному изучению проблемы, а изучение проблемы считать наиболее эффективным средством обратной связи с заказчиком, то больше всего пользы вам принесут тесты, написанные третьим лицом через несколько дней или недель после завершения кодирования. ХР учитывает общепринятое мнение, что программисты не могут правильно протестировать свой собственный код, поэтому и обязывает их работать парами.
Некоторые методологии, в частности, Cleanroom , запрещают программистам тестировать, а в ряде случаев даже компилировать свои программы. Обычно программист пишет код, компилирует его, убеждается в том, что он работает, а затем передает его некоторой тестирующей организации. Традиционные методы эталонного тестирования - это пошаговый анализ кода и переменных, интерпретация результатов работы операторов вывода на печать, проверка кнопок меню и т.д.
ХР не вносит никаких новых приемов тестирования по сравнению с обычными методами. Просто тестирование проводится в иной форме и вместо того чтобы делать нечто, от чего не останется и следа после завершения тестирования, вы создаете тесты на долгую перспективу. Эти тесты работают сегодня, будут работать в день завершения интеграции системы, и на следующий день, и через неделю, и в будущем году. Уверенность в нормальной работе каждого отдельного теста постепенно формирует у разработчиков уверенность в нормальной работе системы в целом.
Как уже отмечалось, заказчики также придумывают тесты. В начале итерации заказчик должен найти те факторы, которые убедят его в том, что истории для данной итерации реализованы полностью. Свои мысли на этот счет он формализует в тестах для системы в целом. Заказчик может самостоятельно написать тесты с помощью текстовых или графических сценарных языков, либо доверить их программисту, который воспользуется собственными инструментами тестирования. Такие тесты также формируют уверенность, на этот раз, уверенность заказчика в правильности работы системы.
У Вас проблемы?
Обсуждать тот или иной метод программирования в условиях, когда он работает прекрасно, нетрудно. Гораздо интереснее узнать, что вы будете делать, оказавшись в непредвиденной или нежелательной ситуации.
Переоценка собственных возможностей. Время от времени вы берете на себя больше, чем в состоянии выполнить. Необходимо по возможности свести к минимуму число подобных ситуаций, как можно чаще прибегая к количественным оценкам вашей работы. Если вы оказались перегружены, прежде всего поищите причину в себе. Проанализируйте: возможно, вы слишком отвлеклись от решения практических задач. С полной ли отдачей проводите тестирование, работаете в паре с партнером, занимаетесь переработкой системы и интеграцией? Не делаете ли больше, чем требуется заказчику в данный момент?
Если вы не в состоянии изыскать внутренние резервы для ускорения разработки, то стоит попросить заказчика помочь вам. Сохранять за собой ответственность за объем работ, выполнение которого вы не можете гарантировать - значит срывать план, вредить качеству системы и, наконец, полностью потерять работоспособность. Не позволяйте себе этого. Еще раз проанализируйте свои возможности, опираясь на приобретенный опыт, и затем обратитесь к заказчику с просьбой пересмотреть свои требования. Если вы в состоянии реализовать только две из трех историй - пусть он определит, за какие истории надо взяться в первую очередь, а какую оставить для следующей итерации или версии. Нет ли такой истории, некоторые части которой имеют более важное значение по сравнению с другими? Тогда вы сможете разбить ее реализацию на этапы, и запрограммировать более актуальные компоненты не откладывая, а менее важные - несколько позже.
Если заказчик не идет на сотрудничество. Представьте себе ситуацию, когда заказчик не принимает правила вашей игры. Не придумывает тесты, не определяет приоритеты, не формулирует истории. Прежде всего, попытайтесь установить доверительные отношения с заказчиком. Наращивая функциональность системы от итерации к итерации, предоставьте заказчику возможность контролировать процесс разработки. Если взаимного доверия не получается, проанализируйте, есть ли в этом ваша вина. Все ли вы делаете для эффективного взаимодействия с заказчиком?
Если вы не можете самостоятельно справиться с этой проблемой, обратитесь за помощью к заказчику. Принципы ХР просто не позволяют программистам вести разработку, строя догадки о потребностях своих заказчиков. Объясните или продемонстрируйте заказчику на примере последовательность работ в ХР. Если он не изменит своего отношения к вам, попробуйте сделать свои доводы более наглядными. Если же окажется, что, по существу, никому кроме вас нет дела до решения этой проблемы, возможно, данный проект имеет невысокий приоритет в деятельности заказчика, и не стоит вообще настаивать на его продолжении.
Текучесть кадров. Предположим, один из членов команды решил ее покинуть. Не окажетесь ли вы в тупиковой ситуации из-за отсутствия нужных документов ли отчетов? Прежде всего, заметим, что некоторая текучесть кадров полезна для команды разработчиков и отдельных ее членов. Хотелось бы, конечно, чтобы, уходя, люди руководствовались положительными мотивами. Если, отправляясь домой в конце очередной недели, программист видит конкретные положительные результаты своей деятельности, вероятность его разочарования в работе и возникновения желания уйти значительно снижается.
Если кто-нибудь уходит из ХР-проекта, это вовсе не означает, что он унесет с собой известные ему одному секреты. Каждая строчка в системе всегда контролируется двумя людьми. И какая бы информация не вышла за пределы рабочей комнаты, это не нанесет большого ущерба работе команды, поскольку разработчики смогут прогнать тесты и проверить, не произошло ли без их ведома что-нибудь непредвиденное.
Новые члены ХР-команды в ходе работы над первыми двумя итерациями ограничиваются посильной помощью более опытному партнеру в паре, изучением тестов и общением с заказчиком. Почувствовав большую уверенность в своих силах, они смогут взять на себя ответственность за определенную задачу. Во время разработки нескольких следующих итераций работоспособность новичков настолько повышается, что они в состоянии продемонстрировать всем реализацию конкретных задач в срок. По прошествии нескольких месяцев их уже не отличить от опытных членов команды.
Непростую проблему являют собой программисты, не привыкшие работать в команде. ХР - это напряженный совместный труд, и не каждый способен приспособиться к такому режиму работы. Возможно придется отказаться от старых привычек, а это совсем не просто, в особенности для программистов, которые высоко себя ценят. Но в конце концов многочисленные формы обратной связи, предусмотренные в ХР, позволяют точно определить, кто может работать в команде, а кто нет. Если один из вас постоянно не успевает довести задачу до конца, интеграция его модулей всегда вызывает проблемы для других членов команды, он никогда не пытается переработать систему, не работает в паре, не проводит тестирования и т.п. Каждый в команде поймет, что к чему. И всему коллективу будет только лучше, если такой человек уйдет, независимо от его умений и опыта.
Перемена требований. Проблема из проблем для большинства систем разработки вообще не является таковой для ХР. Созданный сегодня для решения конкретных задач, ХР-проект с той же эффективностью справится с любыми переменами функциональности в будущем. Сделать нечто похожее на то, что уже сделано, будет проще, поскольку ХР исповедует принцип «каждую мысль формулируй один и только один раз». Именно в таких переработках необходимость возникает чаще всего. Но и в том случае, когда появится совершенно новое требование к системе, вам не придется на скорую руку сооружать новые механизмы ее работы.
Вначале я не представлял себе достаточно четко степень адаптируемости ХР к изменениям. В первой версии ХР процесс выбора историй был частью планирования версии, и истории назначались для всех итераций в версии. Затем разработчики обнаружили, что затрачивая меньшие усилий на планирование, можно достичь лучших результатов. Поэтому теперь заказчика просят специфицировать только те истории, которые должны присутствовать в очередной итерации. Если появляется новая история, вы помещаете ее в резерв и не перетасовываете оставшуюся часть итерации. Через одну или две недели, если новая история еще не потеряла своей актуальности, заказчик выберет ее.
Планируя каждый раз по одной итерации, мы достигаем постепенного саморазвития и самоподобия системы. В масштабе месяцев и лет мы имеем дело с историями данной версии системы и затем с историями будущих версий. В масштабе недель и месяцев мы имеем дело с историями данной итерации и затем с историями, оставшимися в данной версии. В масштабе дней и недель мы имеем дело с задачей, над которой работаем в данный момент, а затем с задачами, оставшимися в итерации. Наконец, в масштабе минут и дней мы имеем дело с тестом, который прогоняем в данный момент, и затем с другими тестовыми примерами, которые, возможно, придут нам в голову.
Без всякого сомнения, ХР - элегантная, логически завершенная идея. Пределы ее применимости пока до конца не ясны. Взявшись реализовать этот подход сейчас, вы должны проявить определенную смелость, гибкость и готовность отказаться от проекта в случае неудачи. ХР стоит вначале испробовать в тех проектах, где польза от этого подхода очевидна: в заказной или собственной разработке небольших систем, требования к которым четко не определены и вполне могут измениться.
Если вы хотите испытать ХР не старайтесь сделать все сразу. Выберите самую неприятную для себя проблему и попробуйте решить ее с помощью ХР. Когда эта проблема перестанет быть самой неприятной, поищите следующую и повторите процесс. Продолжая в том же духе, вы, вероятно, обнаружите, что ни один из ваших старых методов уже не приносит пользы. Тогда можно больше к ним не обращаться. Такой процесс постепенной адаптации дает шанс выработать собственный стиль разработки - которым вы будете руководствоваться в любой ситуации - и тем самым снизить риск возникновения проблем с ХР.
Строгое разграничение между деловыми и техническими решениями, которое проводит ХР, восходит к работам архитектора Кристофера Александра. В его книге «The Timeless Way of Building» отмечается, что те, кто эксплуатирует здание, должны быть допущены к принятию важных решений в процессе его сооружения.
Принятые в ХР принципы быстрого развития плана в соответствии с вносимыми техническими и связанными с бизнесом изменениями, отражают принципы методологии Scrum и разработанного Уордом Кэнингхемом языка шаблонов Episodes .
Идея специфицирования и планирования проекта с точки зрения реализуемых возможностей восходит к работам Ивара Якобсона .
Том Гилб - гуру эволюционной разработки. В его последних трудах основное внимание уделяется вводу программного обеспечения в эксплуатацию в течение нескольких недель, с последующим его развитием.
«Спиральная модель» (Spiral Model) Барри Боэма была первой реакцией на устаревание модели водопада. Долгое время в освоении мощных технологий никто не мог превзойти Дейва Томаса и его коллег из Object Technology International, создавших метод JIT .
Корни принципа метафор, которые используются в ХР, можно найти в книгах Джорджа Лакоффа и Марка Джонсона, в частности, в их последней работе «Philoslphy in the Flesh» . Этот принцип предложен также Ричардом Койне, который связывал метафору и разработку программного обеспечения с точки зрения постмодернистской философии .
Наконец, то значительное внимание, которое ХР уделяет организации офисного пространства, проистекает из работ Джима Коплиена , Тома ДеМарко и Тима Листера , отмечавших влияние окружающих условий на работу программистов.
Примеры выполнения проектов с использованием XP
Компания Acxiom: на пути к достижению общей цели
Джи Ханнула
Команда: менеджеры, бизнес-аналитики, разработчики, тестировщики, технические писатели
Приложение: база данных управления кампанией
Срок реализации: 3 года
В компании Acxiom на основе склада данных создали приложение управления бизнесом, использовав для этого инструментарий распределенной объектно-ориентированной разработки Forte. Небольшая команда разработчиков - всего 10 человек - при создании приложения твердо придерживалась принципов объектно-ориентированного программирования и коллективной разработки. Из трех лет, затраченных на разработку, в течение двух последних команда, включавшая в себя менеджеров, бизнес-аналитиков, разработчиков, тестировщиков и технических писателей, использовала методы экстремального программирования и именно благодаря этому достигла успеха.
До недавнего времени в Acxiom считали проект удавшимся, если он прост и некоторые из созданных ранее систем могли претендовать на то, чтобы стать частью нового приложения. Однако оказалось, что ничего хорошего из этого не выходит. Переработка системы стала важнейшим элементом разработки. Мы ясно осознали, что опасаясь изменять те части программы, функции которых нам пока не известны, мы не сможем считаться хорошими разработчиками. Мы позволили программе управлять нами. Если нам было неизвестно, что делает данный код, мы не боялись влезть в него и разобраться. Лучше самим реализовать определенную часть кода, чем сделать все приложение заложником отдельного его куска.
Много сил пришлось потратить на тестирование модулей, поскольку Forte не предлагает встроенных базовых средств для тестирования. Нам пришлось создать свои и с их помощью успешно провести тестирование. Недавно мы перешли на язык программирования Java и теперь как средство тестирования используем JUnit.
Когда мы только начинали работать по принципам ХР, среди нас нашлись программисты, не пожелавшие использовать его методы. Они считали, что эти методы не соответствуют выработанному ими стилю программирования и помешают им работать продуктивно. В результате больше всего проблем возникало с компонентами системы, написанными этими людьми. Эти разработчики игнорировали работу в паре, и по своим умениям стали уступать другим членам команды, которые воспользовались представленным им шансом поучиться друг у друга. Два опытных программиста, которые работают в тесной взаимосвязи друг с другом и остальной частью команды, всегда будут превосходить по мастерству «индивидуала», будь он даже семи пядей во лбу.
Мы поняли, что следовать принципам ХР должен каждый член команды, иначе этот подход не будет работать. Теперь мы сразу предупреждаем потенциального разработчика, что если его не устраивает принятый у нас стиль, ему лучше поискать работу в другом коллективе. Один человек, не заинтересованный в выбранном методе разработки, может свести к нулю усилия всей команды. Суть ХР - коллективная выработка новых идей в процессе создания системы.
Относительно ХР существует заблуждение, что данный подход подавляет творческую активность и развитие индивидуальных способностей разработчика. На самом деле, все обстоит как раз наоборот. ХР стимулирует творческий рост программиста и дает шанс отдельным членам команды проявить себя. Главное, определиться и твердо держаться выбранного направления.
«Экстремальное программирование» не поставило нашу команду в экстремальные условия. Этот метод использует хорошо известные и во многом привычные подходы к разработке. Все работают в тесной связке и совместно движутся к поставленной цели.
DaimlerChrysler: лучшая в мире команда
Чет Хендриксен
Команда: 15 человек, из них 10 программистов
Приложение: полномасштабная автоматизация расчета платежных ведомостей
Срок реализации: 4 года
Работа над проектом С3 была начата в январе 1995 года. Корпорация Chrysler заключила контракт с партнерской компанией, в соответствии с которым за реализацию проекта бралась объединенная команда разработчиков из обеих организаций. Наши партнеры придерживались методологии разработки, ориентированной на использование графического интерфейса и игнорировавшей автоматизацию тестирования. В результате мы получили систему, которая изобиловала невыразительной графикой и для большинства служащих вычисляла зарплату неправильно. Для создания месячной платежной ведомости такой системе понадобилось бы около 100 дней. Мы поняли, что написанная нами программа никогда не будет реально использоваться.
Мы обратились к Кенту Беку с просьбой помочь отрегулировать производительность системы. Он обнаружил у нас те же явления, с которыми сам постоянно сталкивается, берясь за задачу настройки производительности: плохо продуманный код, тесты, которые нельзя запустить повторно, руководство, потерявшее уверенность в своем проекте. Кент Бек порекомендовал выбросить весь написанный код и начать полномасштабный ХР-проект.
Прежний контракт был разорван, и Chrysler почти наполовину обновила свою команду разработчиков. Начиная с этого момента мы действовали по правилам ХР. Были распределены обязанности, спланированы итерации, установлены правила тестирования, опробовано и принято в качестве стандарта программирование в паре. К концу 33-й недели мы получили систему, в которой уже можно было начинать отлаживать производительность и проводить параллельное тестирование. Мы могли приступить к настройке производительности, поскольку система была хорошо продумана и подкреплена полным набором модульных тестов. Мы были готовы к параллельному тестированию, поскольку серия функциональных тестов наглядно продемонстрировала заказчику наличие в системе требуемых возможностей.
Этот этап реализации С3 был запущен в мае 1997 года, хотя мы рассчитывали на более ранние сроки. Срыв наших планов был обусловлен двумя факторами. Во-первых, мы решили заменить только внутренние компоненты платежной системы. Все внешние интерфейсы остались нетронутыми. Поставить в соответствие выходные данные новой системы компонентам старой оказалось гораздо более сложной задачей, чем мы предполагали. Во-вторых, мы решили в течение любого платежного периода не инициировать реализацию специальных требований, таких, например, как обработка W-2, участие в прибыли или общее повышение заработной платы. В результате то, что должно было быть сделано в ноябре, перенеслось на апрель.
После запуска системы расчета ежемесячной оплаты мы добавили несколько новых возможностей и автоматизировали расчет оплаты раз в две недели. Оплата для пилотной группы просчитывается с августа 1998 года, и мы надеемся запустить работающую систему для остальных служащих до ноября 1999.
Анализируя опыт, накопленный в ходе этой длительной разработки, могу сказать, что мы не оправдывали ожиданий нашего руководства и наших заказчиков только тогда, когда отступали от принципов ХР. Когда определяющим в ходе разработки становился процесс тестирования, когда мы писали код парами, когда реализовывались самые простые, наверняка работающие функции, мы превращались в лучшую команду, которая только может быть.
Ford Motor: уникальное сочетание оперативности и качества
Дон Уэлс
Команда: 17 человек, из них 12 программистов
Приложение: система анализа затрат
Срок реализации: 6 лет
Отдел финансовых систем компании Ford Motor разрабатывает аналитическую систему Vehicle Costing and Profit System (VCAPS), которая создает отчеты по доходам от производства, расходам, чистому доходу и прибыли. Входными данными для системы являются инженерные спецификации продукции, фиксированные затраты и расходы и переменные затраты, например, рабочие часы. VCAPS аккумулирует все эти данные и подготавливает подробные отчеты с анализом затрат, которые обеспечивают эффективное прогнозирование и принятие корпоративных решений. Работа над проектом VCAPS была начата в 1993 году. При разработке использовались VisualWorks и GemStone Smalltalk. В данный момент поддержкой системы VCAPS занимается небольшая группа специалистов, и в скором времени она будет заменена более современным приложением.
При реализации проекта VCAPS нам пришлось решать две серьезные проблемы. Во-первых, аналитики хотели вносить изменения в систему и одновременно получать уже работающие новые функции. Требования постоянно менялись, и мы просто не успевали за ними. Во-вторых, существовали определенные ограничения на время работы системы. При этом система затрачивала много времени на обработку данных и требовала ручного ввода длинных последовательностей. Любая ошибка приводила к необходимости повторного запуска и потерям драгоценного времени.
С помощью ХР мы добились уникального сочетания возможностей: смогли оперативно реагировать на постоянно меняющиеся требования и достигли такого качества системы, которое позволило избежать опасных перезапусков.
Работа по методам ХР началась с этапа планирования. И это оказалось ошибкой. Заказчики и руководство не привыкли совместно улаживать график работ. То, что получилось в результате, страдало недостатком правдоподобия и практической применимости. Пришлось перейти на планы MS Project, которые можно было менять, не устраивая общих собраний, и с помощью которых мы получили планы в привычном для руководства виде.
Дальше мы сделали несколько модульных тестов и уже через год 40% системы было протестировано, а руководство отметило сокращение числа сообщений об ошибках на 40%. После этого на ХР обратили пристальное внимание.
Мы решали проблемы, реализуя все новые методы ХР. Тесты позволили нам перейти к непрерывной интеграции и частой смене версий. Это, в свою очередь, открыло дорогу к коллективному владению и переработке системы. Мы стремились создавать простой проект. Наконец наступил момент, когда мы решили попробовать программировать в парах. И нам пришлось немало потрудиться, чтобы добиться в этом успеха. Поначалу нашим разработчикам этот метод показался чрезвычайно неудобным; потребовалось время, чтобы привыкнуть и почувствовать себя в нем достаточно комфортно.
Через полтора года количество системных сбоев снизилось настолько, что наши заказчики и руководство смогли констатировать значительно более высокую стабильность системы. Для нас это символизировало успех принципов ХР.
Tariff System: тесты, которые можно читать
Роб Ми
Команда: три разработчика
Приложение: система вычисления тарифов на перевозки
Срок реализации: 3 месяца
Tariff System - часть большого проекта, реализованного с помощью SmallTalk/GemStone в одной из крупных международных компаний, специализирующихся на контейнерных перевозках. Подход ХР позволил за три месяца силами трех человек пройти все этапы разработки этой подсистемы, от замысла до ввода в эксплуатацию. Результат оказался замечательно стабильным и простым в сопровождении.
Начиная работу над проектом, мы сразу решили твердо придерживаться нескольких базовых принципов ХР: всегда программировать в парах, использовать настолько простую архитектуру, насколько возможно, активно перерабатывать систему и писать много модульных тестов. Все эти принципы доказали свою эффективность. Одна идея ХР поначалу казалась нам несколько надуманной - писать тесты для кода, прежде чем написан сам код. Тем более мы были удивлены, обнаружив, что этот принцип позволяет выявить архитектурные проблемы и ускоряет процесс разработки.
С самого начала мы использовали еще один метод ХР - сбор пользовательских требований в виде историй. Результаты оказались не вполне однозначными. Мы - программисты и занимаемся прежде всего кодированием, поэтому поиск общего языка с пользователями стал для нас непростой задачей. Еще сильнее усложнял положение тот факт, что мы хотели получить от пользователей истории, одновременно релевантные и недвусмысленные, а для этого им надо было активно помогать. В конце концов, мы пришли к выводу, что в ХР недостает одной специальной роли. Нам нужен был человек, чьей основной задачей будет взаимодействие с пользователями. Очевидно, что он должен обладать соответствующими способностями.
Создавая и перерабатывая тестовые примеры, мы поняли, что для написания основных доменных объектов очень полезными будут специально придуманные для них небольшие языки, благодаря которым тестовый код становится гораздо более кратким и удобочитаемым. Кроме того, мы перестали тратить время на придумывание способов задания экземпляров объектов в процессе написания тестов, а определили грамматики для десяти доменных классов. По грамматике автоматически создается синтаксический анализатор, который используется конструктором для создания доменного объекта. Код для создания экземпляра объекта с помощью стандартных конструкторов будет очень длинным, почти не поддающимся прочтению и мало чем напоминающим сам тестовый пример.
Embracing Change with Extreme Programming, Kent Beck. Computer, October, 1999, pp. 70-77, Reprinted with permission, Copyright IEEE, 1999, All rights reserved.
Экстремальное программирование - или, сокращенно, XP (eXtreme Programming) - является ответом сообщества программистов на наступление формальных подходов к созданию программных продуктов и призвано вернуть в среду разработчиков дух творчества.
Любая идея, доведенная до абсурда, вырождается в собственную противоположность. Именно такая ситуация складывается в североамериканской промышленности ПО с RAD-средствами разработки. В некоторый момент инструменты, предназначенные для быстрой разработки приложений, стали вытеснять в умах менеджеров все остальное, в том числе разработчиков, заказчиков и сам проект. Неоправданное, гипертрофированное внимание к Процессу в ущерб другим факторам разработки породило массу формальных процедур - но качество полученных продуктов и количество успешных проектов оказалось разочаровывающим.
Противостоять нажиму формализма в работе программистов призвана инициатива группы разработчиков, объединившихся под лозунгом Экстремального Программирования, или XP.
В основе экстремального программирования лежит несколько совершенно конкретных, часто выраженных в численном виде принципов, определяющих, что, когда и как должно делаться. Не воспринимая эти числа как догму, нужно, тем не менее, иметь в виду, что они появились как результат анализа многочисленных успешных и неуспешных проектов, так что для внесения своих поправок, как минимум, должны быть веские основания.
В основе экстремального программирования лежат не конкретные методики, как принято считать, а лишь четыре базовых принципа: общение, простота, обратная связь и храбрость. Именно с них необходимо начинать.
Экстремальное программирование предлагает готовое решение: делайте все максимально просто, держите заказчика при себе или сами держитесь при заказчике, позвольте ему активно следить за процессом разработки, приветствуйте изменения - и успех практически обеспечен.
В командах, работающих по методу XP, всегда приветствуется общение - самое быстрое средство обмена информацией и опытом. Это очень важно, когда требуется максимальная скорость разработки. Но общение, как и любое другое полезное начинание, требует постоянной поддержки. Именно поэтому кто-то из команды должен взять на себя ответственность следить за общением, стать так называемым дипломатом. Общение и необходимость объяснения своих действий другим членам команды вынуждает делать все максимально просто. Если не получается с первого раза, над упрощением работают еще и еще, пока не будет достигнута главная цель - максимальная понятность кода другим разработчикам.
Экстремальный цикл
В основе экстремального программирования - очень короткий, постоянно повторяющийся цикл разработки, составляющий одну-три недели. К концу каждого цикла должен существовать полностью рабочий, функциональный и протестированный релиз приложения. Эти циклы должны быть повторяющимися и бесперебойными на протяжении всего проекта.
Предпосылкой для такого режима работы является многократно проверенный факт, что требования редко бывают полными, своевременными и корректными. Иными словами, как бы хорошо ни планировалось приложение, его 100% придется переделывать. Более того, его, возможно, придется переделывать даже на завершающей стадии. Не следует откладывать переделки на конец работы, необходимо делать их регулярно.
Как следствие постоянно изменяющихся требований следует другой принцип - позднее принятие решений.
Development (разработка, управляемая функциями системы) и др.По утверждению авторов XP, эта методика представляет собой не столько следование каким-то общим схемам действий, сколько применение комбинации следующих техник. При этом каждая техника важна, и без ее использования разработка считается идущей не по XP, согласно утверждению Кента Бека (Kent Beck) , одного из авторов этого подхода наряду с Уордом Каннингемом (Ward Cunningham) и Роном Джефрисом (Ron Jeffries).
- Живое планирование (planning game)
Его задача - как можно быстрее определить объем работ, которые нужно сделать до следующей версии ПО. Решение принимается, в первую очередь, на основе приоритетов заказчика (т.е. его потребностей, того, что нужно ему от системы для более успешного ведения своего бизнеса) и, во вторую, на основе технических оценок (т.е. оценок трудоемкости разработки, совместимости с остальными элементами системы и пр.). Планы изменяются, как только они начинают расходиться с действительностью или пожеланиями заказчика.
- Частая смена версий (small releases)
Самая первая работающая версия должна появиться как можно быстрее и тут же должна начать использоваться. Следующие версии подготавливаются через достаточно короткие промежутки времени (от нескольких часов при небольших изменениях в небольшой программе, до месяца-двух при серьезной переработке крупной системы).
- Метафора (metaphor) системы
Метафора в достаточно простом и понятном команде виде должна описывать основной механизм работы системы. Это понятие напоминает архитектуру, но должно гораздо проще, всего в виде одной-двух фраз описывать основную суть принятых технических решений.
- Простые проектные решения (simple design)
В каждый момент времени система должна быть сконструирована настолько просто, насколько это возможно. Не надо добавлять функции заранее - только после явной просьбы об этом. Вся лишняя сложность удаляется, как только обнаруживается.
- Разработка на основе тестирования (test-driven development)
Разработчики сначала пишут тесты, потом пытаются реализовать свои модули так, чтобы тесты срабатывали. Заказчики заранее пишут тесты, демонстрирующие основные возможности системы, чтобы можно было увидеть, что система действительно заработала.
- Постоянная переработка (refactoring)
Программисты постоянно перерабатывают систему для устранения излишней сложности, увеличения понятности кода, повышения его гибкости, но без изменений в его поведении, что проверяется прогоном после каждой переделки тестов. При этом предпочтение отдается более элегантным и гибким решениям, по сравнению с просто дающими нужный результат. Неудачно переработанные компоненты должны выявляться при выполнении тестов и откатываться к последнему целостному состоянию (вместе с зависимыми от них компонентами).
- Программирование парами (pair programming)
Кодирование выполняется двумя программистами на одном компьютере. Объединение в пары произвольно и меняется от задачи к задаче. Тот, в чьих руках клавиатура, пытается наилучшим способом решить текущую задачу. Второй программист анализирует работу первого и дает советы, обдумывает последствия тех или иных решений, новые тесты, менее прямые, но более гибкие решения.
- Коллективное владение кодом (collective ownership)
В любой момент любой член команды может изменить любую часть кода. Никто не должен выделять свою собственную область ответственности, вся команда в целом отвечает за весь код.
- Постоянная интеграция (continuous integration)
Система собирается и проходит интеграционное тестирование как можно чаще, по несколько раз в день, каждый раз, когда пара программистов оканчивает реализацию очередной функции.
- 40-часовая рабочая неделя
Сверхурочная работа рассматривается как признак больших проблем в проекте. Не допускается сверхурочная работа 2 недели подряд - это истощает программистов и делает их работу значительно менее продуктивной.
- Включение заказчика в команду (on-site customer)
В составе команды разработчиков постоянно находится представитель заказчика, который доступен в течение всего рабочего дня и способен отвечать на все вопросы о системе. Его обязанностью являются достаточно оперативные ответы на вопросы любого типа, касающиеся функций системы, ее интерфейса, требуемой производительности, правильной работы системы в сложных ситуациях, необходимости поддерживать связь с другими приложениями и пр.
- Использование кода как средства коммуникации
Код рассматривается как важнейшее средство общения внутри команды. Ясность кода - один из основных приоритетов. Следование стандартам кодирования, обеспечивающим такую ясность, обязательно. Такие стандарты, помимо ясности кода, должны обеспечивать минимальность выражений (запрет на дублирование кода и информации) и должны быть приняты всеми членами команды.
- Открытое рабочее пространство (open workspace)
Команда размещается в одном, достаточно просторном помещении, для упрощения коммуникации и возможности проведения коллективных обсуждений при планировании и принятии важных технических решений.
- Изменение правил по необходимости (just rules)
Каждый член команды должен принять перечисленные правила, но при возникновении необходимости команда может поменять их, если все ее члены пришли к согласию по поводу этого изменения.
Как видно из применяемых техник, XP рассчитано на использование в рамках небольших команд (не более 10 программистов), что подчеркивается и авторами этой методики. Больший размер команды разрушает необходимую для успеха простоту коммуникации и делает невозможным применение многих перечисленных приемов.
Достоинствами XP, если его удается применить, является большая гибкость, возможность быстро и аккуратно вносить изменения в ПО в ответ на изменения требований и отдельные пожелания заказчиков, высокое качество получающегося в результате кода и отсутствие необходимости убеждать заказчиков в том, что результат соответствует их ожиданиям.
Недостатками этого подхода являются невыполнимость в таком стиле достаточно больших и сложных проектов, невозможность планировать сроки и трудоемкость проекта на достаточно долгую перспективу и четко предсказать результаты длительного проекта в терминах соотношения качества результата и затрат времени и ресурсов. Также можно отметить неприспособленность XP для тех случаев, в которых возможные решения не находятся сразу на основе ранее полученного опыта, а требуют проведения предварительных исследований.
XP как совокупность описанных техник впервые было использовано в ходе работы на проектом C3 (Chrysler Comprehensive Compensation System , разработка системы учета выплат работникам компании Daimler Chrysler). Из 20-ти участников этого проекта 5 (в том числе упомянутые выше 3 основных автора XP) опубликовали еще во время самого проекта и в дальнейшем 3 книги и огромное количество статей, посвященных XP. Этот проект неоднократно упоминается в различных источниках как пример использования этой методики , , . Приведенные ниже данные собраны на основе упомянутых статей , за вычетом не подтверждающихся сведений, и иллюстрируют проблемы некоторых техник XP при их применении в достаточно сложных проектах.
Проект стартовал в январе 1995 года. С марта 1996 года, после включения в него Кента Бека, он проходил с использованием XP. К этому времени он уже вышел за рамки бюджета и планов поэтапной реализации функций. Команда разработчиков была сокращена, и в течение примерно полугода после этого проект развивался довольно успешно. В августе 1998 года появился прототип, который мог обслуживать около 10000 служащих. Первоначально предполагалось, что проект завершится в середине 1999 года и результирующее ПО будет использоваться для управления выплатами 87000 служащим компании. Он был остановлен в феврале 2000 года после 4-х лет работы по XP в связи с полным несоблюдением временных рамок и бюджета. Созданное ПО ни разу не использовалось для работы с данными о более чем 10000 служащих, хотя было показано, что оно справится с данными 30000 работников компании. Человек, игравший роль включенного в команду заказчика в проекте, уволился через несколько месяцев такой работы, не выдержав нагрузки, и так и не получил адекватной замены до конца проекта.
аверное, каждый проектировщик или аналитик хотя бы раз в жизни сталкивался с заказчиком, стремящимся получить свой проект как можно дешевле и вдобавок в максимально сжатые сроки. Но если стоимость проекта - вполне реальный предмет торга, то вести переговоры о корректировке сроков сдачи проекта куда сложнее. Нетерпеливых клиентов сегодня становится все больше и больше, что объясняется и состоянием современного динамичного рынка, и падающим уровнем доверия между исполнителями и заказчиками, и поведением инвесторов, у которых аппетит приходит во время еды (при наличии более или менее работающей версии продукта деньги на дальнейшую разработку дают намного охотнее), и т.д. В связи с этим классические методологии разработки (при которых долгий цикл собственно проектирования и сбора информации, когда клиент вкладывает значительные средства, а реального результата довольно долго не получает) вступают в весьма жесткое противоречие с интересами нетерпеливого заказчика. Все это и дало толчок развитию альтернативных методологий проектирования в двух основных направлениях: повышение доверия заказчика путем предоставления реальных доказательств успешно развивающегося процесса разработки и резкое сокращение сроков разработки продукта. Группа таких методологий получила название «активное программирование».
Ускоренная и совместная разработка приложений
ак правило, конечные пользователи и представители руководства компании-заказчика полагают, что процесс проектирования не увенчался успехом, если отсутствуют реальные готовые компоненты. Зачастую заказчик настаивает на досрочном проведении этапа реализации проекта, чтобы как можно быстрее получить конкретный результат и продемонстрировать его. В таком случае существует большой соблазн выбрать ускоренную разработку приложений (УРП) или совместную разработку приложений (СРП). Подобные методы предусматривают разработку рабочего прототипа с последующей демонстрацией его пользователям, которые отмечают, что им нравится, а что нет. После этого проектировщик дорабатывает прототип с учетом сделанных замечаний, а затем снова демонстрирует то, что получилось. Процесс повторяется до тех пор, пока пользователи не будут удовлетворены тем, что они видят, а прототип не станет рабочим приложением. Обычно устанавливаются лимит времени и количество итераций, ибо в противном случае пользователи будут бесконечно требовать новых совершенствований прототипа. Теоретически это позволяет получить именно ту систему, которая необходима пользователям.
Итак, здесь мы наблюдаем итеративную модель разработки с очень короткими циклами спирали в обоих случаях. И в том и в другом методе сокращено время, затрачиваемое на начальные этапы проектирования: стратегию (либо опускается вообще, либо сливается с анализом), анализ (в большинстве случаев ограничивается первичной выборкой информации и анализом форм - как правило, отчетов, по которым и пытаются восстановить структуру функций системы), проектирование (нацелено на как можно более быстрое получение первичного прототипа). Результатом разработки является прототип, который затем подлежит промышленной реализации. В данном случае тестирование производится при активном участии заказчика, либо заказчик становится тестером (в лучшем случае бета-тестером).
На практике подобный подход к разработке приложений сопряжен с проблемами, перечисленными ниже:
Все внимание сконцентрировано на экранных формах, а все, что касается правил обработки данных и системных функций, остается за кадром. Существует искушение начать работу с отчетов, в то время как отчет является не стартовым, а производным продуктом информационной системы.
Пользователи полагают, что если вариант прототипа согласован, то модуль готов. На самом деле это может быть всего лишь картинка с набором «заглушек» для вызовов системных функций и взаимодействия с другими модулями.
Модули проектируются изолированно друг от друга. Следствием этого являются противоречия модулей, дублирование функций и данных, что может быть выявлено только при тестировании комплекса модулей.
Функциональные возможности наращиваются параллельно в нескольких направлениях, поэтому структура хранилища данных должна контролироваться. При УРП схема базы данных напоминает свалку, где таблицы лепятся на скорую руку, а результат - набор противоречивых и дублирующихся данных.
Документация при использовании метода УРП, как правило, отсутствует по двум причинам: не хватает времени и создается иллюзия, что пользователь способен без документов поняв суть происходящего. Когда же приложение начинает работать не так, как ожидал пользователь, возникают проблемы.
Способы обработки исключительных ситуаций оказываются различными для разных модулей.
Возникает проблема интеграции модулей: целостной системы, как правило, не получается, потому что изначально она проектировалась как набор компонентов, которые впоследствии были наспех связаны между собой.
Контроль качества продукта вступает в жесткое противоречие со сроками разработки проекта, в результате чего стадии тестирования и внедрения очередной версии продукта практически сливаются и переносятся непосредственно на полигон заказчика. Понятно, что в этом случае происходит с заказчиком, который крайне недоволен качеством продукта; иными словами, сор из избы выносится абсолютно не вовремя.
Возникает вопрос: можно ли решить подобные проблемы и каким образом? Ведь так хочется получить проект максимально быстро! В какой-то мере экстремальное программирование (eXtreme Programming, XP) можно считать эволюцией, а возможно, и революцией в сфере более молодых методологий активного программирования. Подойдет ли данная методология конкретно для вашего коллектива разработчиков - решать вам и только вам, поскольку, например, далеко не все приходят в восторг от экстремальных видов спорта.
Экстремальное программирование
Принципы XP и используемые методы ускорения разработки
Отцом-идеологом экстремального программирования считают Кента Бека (Kent Beck). XP является достаточно молодой методологией, оценки которой весьма противоречивы - от восторженных до резко негативных. Основными принципами являются:
Простота решений (simplicity).
Интенсивная разработка малыми группами (не больше 10 человек), активное общение в группе и между группами (communication).
Обратная связь с клиентом (feedback), который фактически вовлечен в процесс разработки.
Достаточная степень смелости (courage) и желание идти на риск.
Первый фактор ускорения разработки - итеративность: разработка ведется короткими итерациями при наличии активной взаимосвязи с заказчиком. XP - это итеративный процесс разработки, который сам по себе не является революционным. Итерации как таковые предлагается делать короткими, рекомендуемая длительность - 2-3 недели и не более 1 месяца. За одну итерацию группа программистов обязана реализовать несколько свойств системы, каждое из которых описывается в пользовательской истории (user story). Пользовательские истории в данном случае являются начальной информацией, на основании которой создается модуль. Пользовательские истории отличаются от прецедентов (use case): пользовательская история коротка - 1-2 абзаца, тогда как прецеденты обычно пишут достаточно подробными, с основным и альтернативными потоками - таким образом, получается примерно страница плюс схема (наиболее распространенная формализация в настоящее время предложена в UML); истории пользователей пишутся самими пользователями (которые в XP являются частью команды) в отличие от прецедентов, которые обычно пишет системный аналитик. Отсутствие формализации описания входных данных проекта в XP стремятся компенсировать посредством активного включения в процесс разработки заказчика как полноправного члена команды и за счет наличия постоянного контакта с заказчиком (активное общение и непрерывная поддержка обратной связи). В данном случае extreme - это степень привлечения заказчика к программистской кухне, что обусловлено стремлением сжать сроки разработки за счет коммуникации и обратной связи.
Второй фактор ускорения разработки продукта - наличие малых групп и парное программирование (когда два программиста вместе создают код на одном общем рабочем месте). Все это нацелено на достижение высокого уровня общения в группе, а также на как можно более раннее обнаружение проблем (как ошибок, так и срыва сроков). Парное программирование преследует цель стабилизации проекта, так как при данной методологии высок риск потери кода по причине ухода программиста, не выдержавшего интенсивного графика работы. В этом случае второй программист из пары играет роль «наследника» кода (что в классических методиках реализуется в технической документации). Немаловажно и то, как именно распределены группы в рабочем пространстве - в XP используется открытое рабочее пространство, которое предполагает быстрый и свободный доступ всех ко всем; как правило, рабочее пространство строится на основе круга.
Третий фактор ускорения разработки процесса - принятие первого наипростейшего рабочего решения. В данном случае экстремальность метода связана с высокой степенью риска решения, обусловленного поверхностностью анализа и жестким временным графиком. Реализуется минимальный набор главных функций системы на первой и каждой последующей итерации; функциональность расширяется на каждой итерации.
Практики
Обычно XP характеризуют набором из 12 действий (практик), которые необходимо выполнять для достижения хорошего результата. Практики XP не определяют сам процесс XP, но XP определяет эти практики - то есть выполнение практик не гарантирует результата. Ни одна из практик не является принципиально новой, но в XP они собраны вместе.
Планирование процесса (planning game). Вся команда собирается вместе, принимается коллективное решение о том, какие свойства системы будут реализованы в ближайшей итерации. Набор свойств определяется пользовательскими историями. XP-трудоемкость каждого свойства определяется самими программистами.
Тесное взаимодействие с заказчиком (feed-back, on-site customer). Заказчик должен быть членом XP-команды (on-site customer). Он пишет пользовательские истории, выбирает истории, которые будут реализованы в конкретной итерации, и отвечает на вопросы, касающиеся бизнеса. Заказчик должен быть экспертом в автоматизируемой предметной области. Необходимо постоянное наличие обратной связи с заказчиком (feed-back).
Метафора системы (system metaphor). Хорошая метафора системы означает простоту именования классов и переменных. В реальной жизни поиск метафоры - крайне сложное занятие; найти хорошую метафору непросто. В любом случае команда должна иметь единые правила именования.
Простая архитектура (simple design). Любое свойство системы должно быть реализовано как можно проще. Программисты в XP-команде работают под девизом: «Ничего лишнего!». Принимается первое наипростейшее работающее решение, реализуется необходимый уровень функциональности на данный момент. Тем самым экономится время программиста.
Стандарты кодирования (coding conventions). Стандарты кодирования нужны для обеспечения других практик: коллективного владения кодом, парного программирования и рефакторинга. Без единого стандарта выполнять эти практики как минимум сложнее, а в реальности вообще невозможно: группа будет работать в режиме постоянной нехватки времени. Детальные стандарты не требуются, необходимо стандартизировать только важные вещи. Определение наиболее важных объектов стандартизации в XP субъективно.
Рефакторинг (refactoring). Рефакторинг - это оптимизация существующего кода в сторону упрощения, что предусматривает постоянную работу по упрощению кода. Сохраняя код прозрачным и определяя его элементы всего один раз, программисты сокращают число ошибок, которые впоследствии придется устранять. При реализации каждого нового свойства системы программист должен подумать над тем, можно ли упростить существующий код и как это поможет реализовать новое свойство. Кроме того, нельзя совмещать рефакторинг с дизайном: если создается новый код, рефакторинг надо отложить.
Парное программирование (pair programming) - одна из самых известных XP-практик. Все программисты должны работать в парах: один пишет код, другой смотрит. Таким образом, необходимо размещать группу программистов в одном месте, что легче всего сделать на территории заказчика (все необходимые члены команды географически находятся в одном месте); XP наиболее успешно работает в нераспределенных коллективах программистов и пользователей.
40-часовая рабочая неделя. Программист не должен работать более 8 часов в день. Необходимость сверхурочной работы (overtime) - это четкий индикатор проблемы на данном конкретном направлении разработки; к тому же заказчик не платит за сверхурочную работу в XP. Поиск причин сверхурочной работы и их скорейшее устранение - одно из основных правил.
Коллективное владение кодом (collective code ownership). Каждый программист в коллективе XP должен иметь доступ к коду любой части системы и вносить изменения в любой код. Обязательное правило: если программист внес изменения и система после этого работает некорректно, то именно этот программист должен исправить ошибки. В противном случае работа системы уподобится тотальному хаосу.
Частая смена версий (small releases). Минимальная итерация - один день, максимальная - месяц; чем чаще осуществляются релизы, тем больше недостатков системы будет выявлено. Первые релизы помогают выявить недостатки на самых ранних стадиях, далее функциональность системы расширяется (на основании тех же пользовательских историй). Поскольку пользователь включается в процесс разработки начиная с первого релиза, то он оценивает систему и выдает пользовательскую историю плюс feedback. На основании этого определяется следующая итерация: каким будет новый релиз. В XP все направлено на обеспечение непрерывной обратной связи с пользователями.
Непрерывная интеграция (continuous integration). Интеграция новых частей системы должна происходить как можно чаще, как минимум раз в несколько часов. Основное правило интеграции следующее: интеграцию можно производить, если все тесты проходят успешно. Если тесты не проходят, то программист должен либо внести исправления и тогда интегрировать составные части системы, либо вообще не интегрировать их. Правило это жесткое и однозначное - если в созданной части системы имеется хотя бы одна ошибка, то интеграцию производить нельзя. Частая интеграция позволяет быстрее получить готовую систему, вместо того чтобы тратить на сборку неделю.
Тестирование (testing). В отличие от большинства остальных методологий тестирование в XP - одно из важнейших составляющих. Экстремальный подход заключается в том, что тесты пишутся до написания кода. Каждый модуль обязан иметь unit test - тест данного модуля; таким образом, в XP осуществляется regression testing (возвратное тестирование, «неухудшение качества» при добавлении функциональности). Большинство ошибок исправляются на стадии кодирования. Тесты пишут сами программисты; любой программист имеет право написать тест для любого модуля. Еще один важный принцип: тест определяет код, а не наоборот (такой подход носит название test-driven development), то есть кусок кода кладется в хранилище тогда и только тогда, когда все тесты прошли успешно, в противном случае данное изменение кода отвергается.
Итак, XP крайне пренебрежительно относится ко всем артефактам процесса разработки, кроме исходного кода. Процесс XP является в высшей степени неформальным, но требует высокого уровня самодисциплины. Если это правило не выполняется, то XP мгновенно превращается в хаотичный и неконтролируемый процесс. XP не требует от программистов написания множества отчетов и построения массы моделей. В XP каждый программист считается квалифицированным работником, который профессионально и с большой ответственностью относится к своим обязанностям. Если в команде этого нет, то внедрять XP абсолютно бессмысленно - лучше для начала заняться перестройкой команды. Риск разработки снижается только в команде, которой XP подходит идеально, во всех остальных случаях XP - это процесс разработки с наиболее высокой степенью риска, поскольку другие методы снижения коммерческих рисков, кроме банального человеческого фактора, в XP просто отсутствуют.
Существующие риски применения методологии
Следует выделить риски XP, способные завалить проект, если не учитывать и не предотвращать их.
Этап планирования (planning game). Программисты реализуют только те функции, которые необходимы для возможностей, выбранных на данной итерации заказчиком. В результате такого решения за кадром остается развитие системы, вследствие чего при разработке возникает необходимость строить «заглушки» и переписывать код.
Постоянное участие заказчика (on-site customer). Представитель заказчика в период работы над системой находится в команде разработчиков, причем требования к квалификации этого человека или команды весьма высоки. Если заказчик не согласился предоставить персонал уровня экспертов, то проект попадает в группу наиболее высокого риска.
Метафора (metaphor). Общий вид системы определяется при помощи метафоры или набора метафор, над которыми совместно работают заказчик и программисты. Если не ведется журнал данного процесса и структура наименований не стандартизована, то такой процесс может оказаться бесконечно итерационным.
Простая архитектура (simple design). В каждый момент времени разрабатываемая система выполняет все тесты и поддерживает все взаимосвязи, определяемые программистом, не имеет дубликатов кода и содержит минимально возможное количество классов и методов. Это правило кратко можно выразить так: «Каждую мысль формулируй один и только один раз». Данный принцип вступает в противоречие с быстротой написания кода. Без наличия высокой самодисциплины и жестких стандартов кода система немедленно попадает в группу риска.
Частая смена версий (small releases). Систему запускают в эксплуатацию уже через несколько месяцев после начала реализации, не дожидаясь окончательного разрешения всех поставленных проблем. Периодичность выпуска новых версий может варьироваться от ежедневной до ежемесячной. Протестировать за такой срок более-менее сложный компонент невозможно; заказчик фактически выступает в роли бета-тестера. Системы, к которым предъявляется требование непрерывной надежной работы (так называемое требование 24Ѕ7), входят в группу риска.
Переработка системы (refactoring). Архитектура системы постоянно эволюционирует. Текущий проект трансформируется, при этом гарантируется правильное выполнение всех тестов. Экстремальное программирование исходит из того, что переделать часть системы всегда можно, причем без особых затрат. Однако практика довольно часто свидетельствует об обратном.
Непрерывная интеграция (continuous integration). Новый код интегрируется в существующую систему не позднее чем через несколько часов. После этого система вновь собирается в единое целое и прогоняются все тесты. Если хотя бы один из них не выполняется корректно, внесенные изменения отменяются. В данном случае не всегда понятно, кто именно будет исправлять ошибки, причем не только локальные, но и наведенные неправильным кодом. Проведение комплексных тестов на данном этапе не предполагается; кроме того, изменения сохраняются даже в том случае, когда ошибка обнаружена.
Программирование в паре (pair programming). Весь код проекта пишут группы по два человека, использующих одно рабочее место. Человеческий фактор в данном случае играет определяющую роль: пара или работает или нет, третьего не дано.
40-часовая неделя (40-hour weeks). Объем сверхурочных работ не может превышать по длительности одну рабочую неделю. Даже отдельные случаи сверхурочных работ, повторяющиеся слишком часто, служат признаком серьезных проблем, которые требуют безотлагательного решения. Как показывает практика применения экстремального программирования (несмотря на целый ряд положительных примеров, приводимых сторонниками данного метода), сверхурочная работа при таком подходе - это правило, а не исключение, и борьба с проблемами в данном случае - явление постоянное. Усиливается она в период замены текущей сырой версии продукта очередной - менее сырой. Если заказчик не получает постоянных доказательств улучшения системы, значит, у вас возникли серьезные проблемы.
Коллективное владение (collective ownership). Каждый программист имеет возможность при необходимости в любое время усовершенствовать любую часть кода в системе. Без стандарта контроля исходного кода процесс разработки приобретает абсолютно неконтролируемый характер.
Открытое рабочее пространство (open workspace). Команда разработчиков располагается в большом помещении, окруженном комнатами меньшей площади. В центре рабочего пространства устанавливаются компьютеры, на которых работают пары программистов (причем в соответствии с вышеизложенными принципами, все это должно располагаться на территории заказчика, поскольку он весьма активно привлекается к процессу разработки). При наличии территориально распределенной группы разработчиков и заказчиков проект требует стандартизации протокола взаимодействия (быстро, надежно, безотказно) или попадает в группу риска.
Тесты (tests). Программисты постоянно пишут тесты для модулей (unit tests). Собранные вместе, эти тесты должны работать корректно. Для этапов итерации заказчики пишут функциональные тесты (functional tests), от которых также требуется правильная работа. Однако на практике это не всегда достижимо. Чтобы принять верное решение, необходимо понять, во что обойдется сдача системы с заранее известным дефектом, и сравнить это с ценой задержки на его устранение. Тесты, написанные самими программистами (особенно в условиях сверхурочных работ), не являются полнофункциональными и уж тем более не учитывают особенностей многопользовательской работы. На более продвинутые тесты у разработчиков обычно не хватает времени. Решается данная проблема путем привлечения на определенный срок контакторов, что связано с большой ролью человеческого фактора: поскольку техническая документация изначально отсутствует, то информация передается посредством общения программистов. Хотя, конечно, можно построить систему разработки таким образом, что от начала до конца всем будут заниматься одни и те же люди. К сказанному необходимо добавить, что тестирование системы вовсе не исчерпывается тестами компонентов (units); не менее важны тесты взаимодействия между ними, это же относится и к тестам надежности работы. И тем не менее метод экстремального программирования не предусматривает создания тестов данного класса. Это объясняется тем, что сами подобные тесты могут представлять достаточно сложный код (особенно это касается тестов - имитаторов реальной работы системы). В данной технологии также никак не учитывается еще один важный класс тестов - тесты поведения системы при росте объемов обрабатываемой информации. При высокой частоте изменения версий выполнить такой тест технологически невозможно, поскольку его проведение требует стабильного и неизменного кода проекта, например в течение недели. В таком случае придется или приостанавливать разработку компонентов, или создавать на время проведения теста параллельную версию проекта, которая будет сохраняться неизменной, тогда как другая при этом будет изменяться. Затем нужно будет выполнить процесс слияния кода. Но в этом случае тест придется создавать заново, так как методы экстремального программирования просто не предусматривают разработку средств, позволяющих прогнозировать поведение системы при тех или иных изменениях. Решать данные проблемы в XP предлагается посредством все того же человеческого фактора и самодисциплины.
Не более чем правила (just rules). Члены коллектива, работающего по технологии экстремального программирования, обязуются выполнять изложенные правила. Однако это не более чем правила, и команда может в любой момент изменить их, если ее члены достигнут принципиального соглашения по поводу внесенных изменений. Данный принцип серьезно зависит от человеческого фактора; нарушение дисциплины разработки влечет за собой срывы сроков и в результате ведет к краху проекта.
В итоге мы получаем метод, потенциально обладающий высокой адаптацией к серьезно и часто изменяющимся требованиям к проекту, но в то же время не свободный от ряда принципиальных недостатков и в очень высокой степени зависимый от человеческого фактора.
Таким образом, результат применения метода экстремального программирования может получиться либо экстремально хорошим, либо экстремально плохим.
Экстремальное программирование: разработка через тестирование
Посвящается Синди: крыльям моей души
Права на издание получены по соглашению с Addison-Wesley Longman. Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.
Информация, содержащаяся в данной книге, получена из источников, рассматриваемых издательством как надежные. Тем не менее, имея в виду возможные человеческие или технические ошибки, издательство не может гарантировать абсолютную точность и полноту приводимых сведений и не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.
ISBN 978-0321146533 англ.
ISBN 978-5-496-02570-6
© 2003 by Pearson Education, Inc.
© Перевод на русский язык ООО Издательство «Питер», 2017
© Издание на русском языке, оформление ООО Издательство «Питер», 2017
© Серия «Библиотека программиста», 2017
Предисловие
Чистый код, который работает (clean code that works), – в этой короткой, но содержательной фразе, придуманной Роном Джеффризом (Ron Jeffries), кроется весь смысл методики разработки через тестирование (Test-Driven Development, TDD). Чистый код, который работает, – это цель, к которой стоит стремиться потому, что
Это предсказуемый способ разработки программ. Вы знаете, когда работу можно считать законченной и не беспокоиться о длинной череде ошибок;
Дает шанс усвоить уроки, которые преподносит код. Если вы воспользуетесь первой же идеей, которая пришла в голову, у вас не будет шанса реализовать вторую, лучшую идею;
Улучшает жизнь пользователей ваших программ;
Позволяет вашим коллегам рассчитывать на вас, а вам – рассчитывать на них;
Писать такой код приятнее.
Но как получить чистый код, который работает? Многие силы мешают нам получить чистый код, а иногда не удается даже получить код, который просто работает. Чтобы избавиться от множества проблем, мы будем разрабатывать код, опираясь на автоматизированное тестирование. Такой стиль программирования называется разработкой через тестирование. Согласно этой методике
Новый код пишется только после того, как будет написан автоматический тест, завершающийся неудачей;
Любое дублирование устраняется.
Два простых правила, не правда ли? Однако они генерируют сложное индивидуальное и групповое поведение со множеством технических последствий:
В процессе проектирования мы постоянно запускаем код и получаем представление о его работе, это помогает принимать правильные решения;
Мы сами пишем тесты, так как не можем ждать, что кто-то другой напишет тесты для нас;
Наша среда разработки должна быстро реагировать на небольшие модификации кода;
Дизайн программы должен базироваться на использовании множества автономных, слабо связанных компонентов, чтобы упростить тестирование кода.
Два упомянутых правила TDD определяют порядок этапов программирования.
1. Красный – напишите небольшой тест, который не работает, а возможно, даже не компилируется.
2. Зеленый – заставьте тест работать как можно быстрее, при этом не думайте о правильности дизайна и чистоте кода. Напишите ровно столько кода, чтобы тест сработал.
3. Рефакторинг – устраните из написанного кода любое дублирование.
Красный – зеленый – рефакторинг – это мантра TDD.
Если допустить, что такой стиль программирования возможен, можно предположить, что благодаря его использованию код будет содержать существенно меньше дефектов, кроме того, цель работы будет ясна всем, кто принимает в ней участие. Если так, тогда разработка только кода, необходимого для прохождения тестов, приводит также к социальным последствиям:
При достаточно низкой плотности дефектов команда контроля качества (Quality Assurance, QA) сможет перейти от реагирования на ошибки к их предупреждению;
С уменьшением количества неприятных сюрпризов менеджеры проекта смогут точнее оценить трудозатраты и вовлечь заказчиков в процесс разработки;
Если темы технических дискуссий будут четко определены, программисты смогут взаимодействовать друг с другом постоянно, а не раз в день или раз в неделю;
И снова при достаточно низкой плотности дефектов мы сможем каждый день получать интегрированный рабочий продукт с добавленной в него новой функциональностью, благодаря чему мы сможем вступить с нашими заказчиками в деловые отношения совершенно нового типа.
Итак, идея проста, но в чем наш интерес? Почему программист должен взять на себя дополнительную обязанность писать автоматизированные тесты? Зачем программисту двигаться вперед малюсенькими шажками, когда его мозг в состоянии продумать гораздо более сложную структуру дизайна? Храбрость.
ХрабростьTDD – это способ управления страхом в процессе программирования. Я не имею в виду страх падения со стула или страх перед начальником. Я имею в виду страх перед задачей, «настолько сложной, что я пока понятия не имею, как ее решить». Боль – это когда природа говорит нам: «Стоп!», а страх – это когда природа говорит нам: «Будь осторожен!» Осторожность – это совсем не плохо, однако помимо пользы страх оказывает на нас некоторое негативное влияние:
Страх заставляет нас заблаговременно и тщательно обдумывать, к чему может привести то или иное действие;
Страх заставляет нас меньше общаться;
Страх заставляет нас пугаться отзывов о нашей работе;
Страх делает нас раздражительными.
Ничего из этого нельзя назвать полезным для процесса программирования, особенно если вы работаете над сложной задачей. Итак, перед нами встает вопрос, как выйти из сложной ситуации и
Не пытаться предсказать будущее, а немедленно приступить к практическому изучению проблемы;
Не отгораживаться от остального мира, а повысить уровень коммуникации;
Не избегать откликов, а, напротив, установить надежную обратную связь и с ее помощью тщательно контролировать результаты своих действий;
(с раздражением вы должны справиться самостоятельно).
Сравним программирование с подъемом ведра из колодца. Ведро наполнено водой, вы вращаете рычаг, наматывая цепь на ворот и поднимая ведро наверх. Если ведро небольшое, вполне подойдет обычный, свободно вращающийся ворот. Но если ведро большое и тяжелое, вы устанете прежде, чем поднимете его. Чтобы получить возможность отдыхать между поворотами рычага, необходим храповой механизм, позволяющий фиксировать рычаг. Чем тяжелее ведро, тем чаще должны следовать зубья на шестеренке храповика.
Тесты в TDD – это зубья на шестеренке храповика. Заставив тест работать, мы знаем, что теперь тест работает, отныне и навеки. Мы стали на шаг ближе к завершению работы, чем были до того, как тест заработал. После этого мы заставляем работать второй тест, затем третий, четвертый и т. д. Чем сложнее проблема, стоящая перед программистом, тем меньше функциональных возможностей должен охватывать каждый тест.
Читатели книги Extreme Programming Explaine , должно быть, обратили внимание на разницу в тоне между экстремальным программированием (Extreme Programming, XP) и разработкой через тестирование (Test-Driven Development, TDD). В отличие от XP методика TDD не является абсолютной. XP говорит: «чтобы двигаться дальше, вы обязаны освоить это и это». TDD – менее конкретная методика. TDD предполагает наличие интервала между принятием решения и получением результатов, и предлагает инструменты управления продолжительностью этого интервала. «Что, если в течение недели я буду проектировать алгоритм на бумаге, а затем напишу код, использовав подход “сначала тесты”? Будет ли это соответствовать TDD?» Конечно, будет. Вы знаете величину интервала между принятием решения и оценкой результатов и осознанно контролируете этот интервал.
Большинство людей, освоивших TDD, утверждают, что их практика программирования изменилась к лучшему. Инфицированные тестами (test infected) – такое определение придумал Эрих Гамма (Erich Gamma), чтобы описать данное изменение. Освоив TDD, вы обнаруживаете, что пишете значительно больше тестов, чем раньше, и двигаетесь вперед малюсенькими шагами, которые раньше показались бы вам бессмысленными. С другой стороны, некоторые программисты, познакомившись с TDD, решают вернуться к использованию прежних практик, зарезервировав TDD для особых случаев, когда обычное программирование не приводит к желаемому прогрессу.
Определенно, существуют задачи, которые невозможно (по крайней мере, на текущий момент) решить только при помощи тестов. В частности, TDD не позволяет механически продемонстрировать адекватность разработанного кода с точки зрения безопасности данных и надежности выполнения параллельных операций. Безусловно, безопасность основана на коде, в котором не должно быть дефектов, однако она основана также на участии человека в процедурах защиты данных. Тонкие проблемы параллельного выполнения операций невозможно с уверенностью воспроизвести, просто запустив некоторый код.
