软件过程模型的管道理论
软件开发过程体现的是一种管道（Pipeline）思想，为了确保对开发的投入和产出达到平衡，必须考虑完善的资源分配策略从而确保使技术开发管理处于最优性能水平上。管道理论是一种高度抽象，代表着软件开发过程中出现不良现象的根源，这些不良现象包括各个项目和产品开展的组织瓶颈、部分团队与其他团队工作数量和饱和度不匹配所造成的浪费以及长期的为了应对各种线上问题而投入的人力物力等。
经典软件过程模型在一定程度上能够缓解这些问题，但在整个开发团队中跨项目、跨产品工作模式下，有一些问题需要我们进一步深入剖析：
- 如何确保不同项目和产品取得进展以及如何分析它们之间的相互影响
- 如何分析技术团队存在的瓶颈以便更好的促进团队协作
- 如何把技术团队和其他职能部门联系起来更合理地应用开发相关资源
围绕这些问题，基于管道理论诞生了一些软件开发过程管理的方法，这些方法目前在软件开发团队中得到了广泛应用。
1. 管道管理框架
作为IPD（Integrated Product Development, 集成产品开发）的溯源，PACE（Product And Cycle-time Excellence，产品及周期优化法）第一次提出了管道管理的理念和实践方法[7]，并抽象出了管道管理框架（见下图）。PACE认为管道管理通过战略平衡、管道载量和协调部门之间的交接将重要过程与各个团队之间联系起来。这里的团队包括技术、产品、项目、测试、运维等各个职能团队。
在管道管理框架中使用了几种有用的工具，包括项目进度表、管道载量曲线图与职能部门同步预算，其中管道载量对于软件开发过程影响最大，我们将重点对其展开剖析。在开发过程中，管道载量是控制和管理技术团队与其他职能团队的依据，用以确保技术团队与职能团队之间的平衡，避免产生瓶颈现象而降低整个管道的速度。
PACE认为，在软件开发过程中，存在两种不同性质的任务，即硬性任务和软性任务。所谓硬性任务是指开发过程中必须要执行的活动，一方面指与开发决策相关的看似可以省略但又必须要要的辅助活动，如产品需求规划、设计评审等；另一方面也包括整个系统实施相关的必要步骤，如发布、部署等活动。而软性任务则是那些可以拖延和重新规划的开发活动。显然，任何的产品或项目开发都是硬性任务和软性任务的结合。硬性任务通常是不可优化的，但硬性任务与软性任务的比例是优化的主要对象。在管道容量许可的前提下，通过管道的硬性任务与软性任务之间的资源比例是管理优化的关键。
我们可以使用上述硬性任务和软性任务的分类思想结合软件开发过程的特征，对两个虚拟开发团队的工作状态通过管道载量分析做一下对比。如下图所示，团队A中的仅看硬性任务安排已经长期超出团队的负载水平，更不要说再加上软性任务。这个团队倾向于是开发过程超负荷运转，因为很少有软性任务，所以的开发资源都已经投入到硬性任务开发中去。这样势必会出现开发资源更不上现象，导致各种延期。为了减低延期所带来的不良影响，只能放弃部分质量而拼命赶工，最终整个团队疲于处理各种突发状况，致使开发团队生产力下降。而对于团队B，通过分析管道负载，在硬性任务和软性任务之间取得良好的平衡。其表现形式就是计划内的硬性任务始终低于实际资源水平，需要投入大量资源的偏重于技术开发类的软性任务则远超过实际资源水平上限，但这些软性任务可以进行重新分配和推迟处理。这种针对软性任务的弹性化处理方式即可以确保管道的顺利运作，又能保持较高的生产力。
以上对硬性任务和软性任务的分析实际上也比较直接和明确，但真正要做到管道中的合理载量并不容易。硬性任务与软性任务比例受技术开发过程中的很多因素影响，包括技术体系类型、项目管理水平、团队协作模式、决策者风格等。
对于技术本身而言，创新性技术相较成熟型技术存在较多的硬性任务，为了验证新技术的有效性和应用方式，不得不做很多探索性、验证性的开发工作，这些工作都属于硬性任务，因为这些工作没有得出合理的结果往往意味着后续的软性任务无法正常展开。
项目管理水平对开发管道的管理也会有很大影响，主要体现在资源协调上。一个团队的项目管理水平越高，一般硬性任务的比例可以相对高些，因为在开发过程中出现预料之外的可能性会比较低，也就不需要处理太多软性任务所带来的不确定性。
团队协作模式对管道负载的作用主要体现在团队组织架构上，从产品、项目、技术、测试、运维这些不同角色之间的信息流转方式和同步机制，我们可以想象团队内部的协作与跨团队之间的协作势必会同时影响硬性任务和软性任务。
决策者会对团队的开发节奏施加压力，所以其管理风格同样决定管理中硬性任务和软性任务的比例。如果决策者比较强硬且对技术缺乏必要的了解，可能导致的就是上图中团队A中硬性任务已经超过团队负载的情况。显然，我们希望决策者的风格能够帮助团队形成上图中团队B的管道负载水平。
2. 管道理论与软件开发方法
对管道以及流转于其中的硬性任务和软件任务的分析，我们可以得出基本的思路就是要确保两者之间维持一种比较平衡的比例。如果我们把开发工作看成是一系列环节的组合，那么每个环节实际上就是一个管道，围绕如何控制管道中的负载和流量，从软件开发角度出发存在一些思路。
首当其冲的一条思路就是限制在制品从而控制管道瓶颈。所谓在制品（Working In Process，WIP）指的就是处在某个开发环节中但还没法流转到下一个环节的开发任务。显然，如果每一个开发环节就相当于一个管道，管道中的WIP的数量决定者整个开发流程中的瓶颈。我们可以通过任务板（Task Borad）来观察某一个环节中的WIP数量和开发成本，以及利用WIP来增加开发缓冲。
另一个思路在于我们要对每一个开发环节，也就是管道的流量做测量和管理。累计流量图（Cumulative Flow Diagram，CFD）可以帮助我们可视化管道中流量的流转情况，同时还提供了工作的平均到达速度、工作存量和交付时间。
同时，管道与管道之间需要衔接，开发任务从一个环节流转到另一个环节势必伴随着切换成本和由于等待而导致的一定程度上的浪费。价值流图（Value Stream Mapping，VSM）的作用就在于能够让我们可视化这些浪费，从而可以分析产生的原因以及获取消除浪费的方法。
以上这些思路体现在精益开发、看板方法等不同的软件开发过程模型中，目前业界把这些过程模型与Scrum和极限编程等一起并称为敏捷（Agile）方法。在后续文章中节我们将对敏捷方法的理念以及各种代表性的方法模型做全面介绍。
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我出版了《系统架构设计：程序员向架构师转型之路》、《向技术管理者转型：软件开发人员跨越行业、技术、管理的转型思维与实践》、《微服务设计原理与架构》、《微服务架构实战》等书籍，并翻译有《深入RabbitMQ》和《Spring5响应式编程实战》，欢迎交流
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