【软件工程】ATAM架构权衡评估方法

概述

ATAM（Architecture Tradeoff Analysis Method）是一种系统架构评估方法，由卡梅隆大学软件工程协会提出。它主要用于在系统开发之前，对性能、可用性、安全性和可修改性等质量属性进行评价和折中。ATAM的核心是结合质量属性效用树对系统进行评价，确定风险点、敏感点、权衡点，并对系统架构做出决策和折中。

ATAM方法包含四个主要的活动阶段：

1. 场景和需求收集：收集和分析系统的需求和使用场景。
2. 架构视图描述 + 场景实现：描述软件架构，并展示如何通过架构实现场景。
3. 属性模型构造和分析：针对每个场景构建和分析属性模型，评估架构对质量属性的满足程度。
4. 对质量属性进行评价和折中：基于场景的分析结果，对质量属性进行评价和架构决策的折中。

ATAM使用质量属性效用树（Utility Tree）作为工具来对质量属性进行识别和优先级排序。效用树的结构包括树根（效用）、质量属性、属性分类和质量属性场景（叶子节点）。效用树沿着两个维度进行优先级排序：场景对系统成功的重要性以及场景实现的难易程度。每个场景都有一个优先级对，如（重要度，难易度），例如：(H, L) 表示该场景重要且易实现。

ATAM方法的实施步骤可以概括为以下几个阶段：

1. 介绍ATAM方法：评估小组长向参加会议的风险承担者介绍ATAM评估方法，让大家清楚地了解评估过程和目的。
2. 介绍商业动机：项目经理或系统客户介绍商业动机，明确项目的目标和需求。
3. 介绍架构：首席架构师介绍项目的体系结构，包括架构的设计理念和实现方式。
4. 识别使用的架构方法：评估小组确定采用的架构方法，这是评估过程中的一个重要步骤。
5. 生成质量属性效用树：评估小组和项目设计决策者共同生成质量属性效用树，这一步骤是决定性的。
6. 分析架构方法：评估小组确保所选的架构方法是正确的，并进行深入分析。
7. 讨论和分级场景：通过对不同场景的讨论和分级，进一步细化评估结果。
8. 确定场景优先级：确定场景的优先级，以及质量属性和其响应类别。
9. 对场景进行分配和计算总收益：根据成本限制影响ROI选择架构策略，完成整个评估过程。

ATAM方法适用于需求变化频繁、项目规模较小、团队合作紧密且需要快速响应市场变化的项目。它特别适用于那些需要高度灵活性和客户紧密参与的软件开发环境。ATAM的优点包括提高代码质量、增强团队合作、快速响应变化和持续改进。缺点可能包括需要文化变革、对纪律要求高和规模限制。

ATAM在现代开发中的应用包括大型企业项目、高度复杂的系统，以及与敏捷方法结合使用。尽管敏捷方法如Scrum和Kanban获得了更多的关注和应用，但ATAM仍然在一些大型、复杂项目中有其独特的价值。ATAM在现代开发中的一些应用场景包括大型企业项目、高度复杂的系统，以及与敏捷方法结合使用。

质量属性有哪些？

在软件架构中，质量属性（Quality Attributes）是指那些描述系统如何满足非功能性需求的特性。这些属性通常与系统的性能、可靠性、可用性、安全性等方面有关。以下是一些常见的质量属性：

1. 性能：系统在特定工作负载下响应时间、吞吐量和资源利用率等的表现。

2. 可靠性：系统在特定时间内无故障运行的能力。

3. 可用性：系统能够正常服务的时间比例，通常与系统的故障恢复能力相关。

4. 可维护性：系统容易理解和修改的程度，包括诊断问题、更新和修复错误的容易性。

5. 可扩展性：系统处理增加的工作量或用户数量的能力，而不需要重大的结构性改变。

6. 安全性：系统保护信息和数据免受未授权访问和破坏的能力。

7. 兼容性：系统与其他系统或组件协同工作的能力。

8. 可移植性：系统从一个环境迁移到另一个环境的能力。

9. 可测试性：系统容易被测试和验证其功能和性能的程度。

10. 用户体验：用户与系统交互的直观性和满意度。

11. 合规性：系统遵循相关法律、标准和规范的程度。

12. 可恢复性：系统在发生故障后恢复到正常运行状态的能力。

13. 互操作性：系统与其他系统交换数据和功能的能力。

14. 可重用性：系统组件在不同上下文中重复使用的能力。

15. 可变性：系统适应变化的能力，包括需求变化和技术变化。

这些质量属性在系统设计和评估过程中非常重要，因为它们直接影响到系统的成功和用户的满意度。在不同的项目和上下文中，这些属性的重要性可能会有所不同，因此需要根据具体情况进行权衡和优先级排序。在ATAM（Architecture Tradeoff Analysis Method）等架构评估方法中，质量属性的评估和折中是核心活动之一。

质量属性的效用树怎么构建？

在ATAM（Architecture Tradeoff Analysis Method）评估中，构建质量属性效用树是一个关键步骤，用于识别和优先级排序系统的质量属性。以下是构建质量属性效用树的过程：

1. 确定质量属性：首先，评估团队需要确定系统的关键质量属性，这些通常包括性能、安全性、可修改性和可用性等。这些质量属性是利益相关者最为关心的方面。

2. 生成初始效用树：效用树从树根到叶子节点依次为效用、质量属性、属性分类和质量属性场景。这个树形结构帮助团队集中注意力在对系统成功至关重要的不同方面。

3. 修剪效用树：初始的效用树可能包含大量的场景，需要进行修剪以保留最重要的场景，通常不超过50个。对这些场景进行重要性评估，并赋予优先级标记，如高（H）、中（M）、低（L）。

4. 场景实现的难易度评估：除了重要性之外，还需要根据场景实现的难易程度来确定优先级。这同样使用高（H）、中（M）、低（L）的形式来表示。

5. 确定优先级对：结合场景的重要性和实现的难易程度，确定每个场景的优先级对，例如，(H, L) 表示该场景重要且易于实现。

6. 利益相关者的参与：利益相关者，包括客户、用户、开发人员等，通过讨论和投票，对场景的优先级进行确认和调整，确保最终的优先级反映了所有利益相关者的关注和期望。

7. 综合考虑：在确定优先级的过程中，还需要考虑项目的具体需求、约束条件、资源限制以及技术可行性。这些因素都可能影响到质量属性优先级的最终确定。

通过这一过程，ATAM评估团队能够确保架构设计决策在满足项目关键需求的同时，平衡不同质量属性之间的潜在权衡。最终，这些优先级将指导团队在架构设计中做出明智的折中选择，以优化整体系统性能和满足用户需求。

ATAM方法采用效用树（Utility tree）这一工具来对质量属性进行分类和优先级排序。效用树的结构包括：树根→质量属性→属性分类→质量属性场景（叶子节点）。ATAM主要关注4类质量属性：性能、安全性、可修改性和可用性，因为这4个质量属性是利益相关者最为关心的。

ATAM方法的实施步骤可以概括为以下几个阶段：

• 描述和介绍阶段：向参与评估的人员介绍ATAM方法的目标、流程和参与人员的角色，明确项目的背景、业务需求和约束条件。
• 调查和分析阶段：收集架构信息，与利益相关者进行访谈，了解他们对不同质量属性的关注程度和期望，识别架构的关键场景。
• 评估阶段：针对每个关键场景，分析架构在不同质量属性上的表现，确定架构的敏感点和权衡点。
• 报告阶段：总结评估结果，包括架构的优点、风险和改进建议，向利益相关者汇报评估结果。

ATAM方法强调以属性作为架构评估的核心概念，通过效用树对质量属性进行识别和优先级排序，帮助团队理解不同架构决策之间的权衡，并作出合适的架构选择。

如何确定质量属性的优先级？

在ATAM（Architecture Tradeoff Analysis Method）评估中，确定质量属性的优先级是一个关键步骤，它帮助团队识别和平衡不同质量属性的重要性。以下是确定质量属性优先级的步骤：

1. 识别质量属性：首先，团队需要识别出所有可能影响系统的关键质量属性。这些通常包括性能、安全性、可维护性、可扩展性、可靠性等。

2. 创建效用树：效用树是一种图形化工具，用于表示不同质量属性的重要性及其相互之间的关系。效用树的根是系统效用，分支是各个质量属性，叶子节点是具体的质量属性场景。

3. 场景分析：为每个质量属性定义具体的使用场景，这些场景描述了系统在特定条件下的行为。场景应该具体、可测试，并且能够体现质量属性的影响。

4. 利益相关者参与：利益相关者（包括客户、用户、开发人员、维护人员等）参与到优先级确定的过程中。他们根据自己的需求和期望，对每个场景的重要性进行评估。

5. 评估和排序：通过讨论和评估，团队对每个场景的重要性进行排序。通常使用高、中、低三个等级来表示场景的重要性。

6. 难易度评估：除了重要性之外，还需要评估实现每个场景的难易程度。这有助于识别哪些场景容易实现，哪些场景可能需要更多的资源和努力。

7. 确定优先级对：结合场景的重要性和实现的难易程度，确定每个场景的优先级对。例如，一个场景可能被标记为“重要且容易实现”，而另一个场景可能是“重要但难以实现”。

8. 综合考虑：在确定优先级时，还需要考虑项目的具体需求、约束条件、资源限制以及技术可行性。这些因素都可能影响到质量属性优先级的最终确定。

9. 迭代和调整：优先级确定是一个迭代过程，可能需要根据项目的进展和反馈进行调整。

通过这一过程，ATAM评估团队能够确保架构设计决策在满足项目关键需求的同时，平衡不同质量属性之间的潜在权衡。最终，这些优先级将指导团队在架构设计中做出明智的折中选择，以优化整体系统性能和满足用户需求。