白话架构（4）——从瀑布到螺旋：60年软件研发模型进化史，藏着每个程序员的工作密码
巴利·玻姆：软件工程的本质，是在不确定性中寻找确定性的艺术。
作为软件工程师的我们，有没有在那一刹那，思考过这个问题：为什么有的项目能按时上线零bug，有的却卡在需求变更里反复返工？
答案，藏在软件研发模型的进化史里。
上一篇我们聊了软件行业的造神者，今天这篇聚焦和瀑布模型强相关的研发模型——从被误读的瀑布模型，到能应对高风险项目的螺旋模型，再到至今仍在悄悄用的RAD模型，每一种模型的诞生，都是程序员和项目失控的博弈史。
开篇暴击：被全行业误读的瀑布模型，诞生初衷竟是“预警缺陷”
1970年，温斯顿·罗伊斯（Winston Royce）在论文里写下了瀑布模型的核心框架，但他万万没想到：自己写这篇论文的目的，是警告大家这个模型的缺陷（比如线性流程扛不住需求变更），结果却被全行业当成了“研发圣经”。
图：温斯顿·罗伊斯
为啥会被误读？核心是时代刚需：当时的软件项目需求 简单，行业急需一套标准化流程规范混乱的开发行为。于是，这个本是“负面案例”的模型被推上神坛，瀑布模型（Waterfall Model）的名字正式敲定——而类似的线性开发实践，其实早已在行业里悄悄用了十几年。
瀑布模型的核心逻辑特别好懂：像瀑布一样单向倾泻，每个阶段彻底完成后才进入下一个，环环相扣不回头。核心阶段就6个：需求分析，设计，开发，测试，部署，维护。完美适配“需求100%明确、几乎不变更”的大型工程。
图：瀑布模型
但说出来你可能不信，它的雏形早在第一代计算机时代就有了。
溯源：比1970年早14年，世界首个大型计算机网络就用了“类瀑布流程”
瀑布模型不是突然冒出来的，而是从大型项目实践里“长”出来的。
1950年代初到1963年，美国空军搞了个大项目——SAGE半自动地面防空系统，这是世界上第一个大型实时计算机网络。为了保证这个“国之重器”不出错，团队用了一套“先明确需求、再设计、后开发测试”的线性流程，这就是最早的“类瀑布实践”。
图：防空导弹示意图
这里还有个有趣的小插曲：SAGE系统的核心——AN/FSQ-7计算机，是由 IBM 全权负责开发、构建和维护的。
作为20世纪50年代全球最大的计算机项目，SAGE 堪称 IBM 的“成长加速器”：1952年到1955年期间，这个项目为 IBM 贡献了80%的计算机业务收入；到1958年，参与该项目的 IBM 员工更是超过7000人。更关键的是，SAGE项目催生了大量技术创新，而 IBM 后续将这些创新成果广泛融入到其他计算机产品中，进一步巩固了自身在行业内的地位。
更关键的是，1956年6月29日，赫伯特·D·贝内特（Herbert D. Benington）在“数字计算机高级编程方法研讨会”上，专门以 SAGE 系统为例，写了篇《Production of Large Computer Programs》，第一次系统讲了大型软件的阶段化生产流程——这是目前有文献记载的、最早的类瀑布实践，比罗伊斯1970年的论文早了14年。
图：《Production of Large Computer Programs》 截图
后来，这套流程成了“大型关键项目标配”：IBM 704/709大型机的配套软件、NASA水星计划和双子座计划的载人航天软件、UNIVAC 系列商用软件，全用了瀑布模型。
这些项目有个共性：需求由军方或政府拍板，几乎不可能变；团队动辄几百上千人；交付的是不能出半点错的关键系统——这正好是线性流程的“舒适区”。
就连《人月神话》的 作者弗雷德·布鲁克斯（Fred Brooks），在领导 IBM System/360 操作系统开发时，也用了需求→设计→实现→测试的线性流程。虽然没叫瀑布模型，但他强调的文档驱动和阶段评审，后来都成了瀑布模型的核心特征。在前文中我们知道 IBM System/360 难产几年才发布的故事，但正是从它开始，软件的研发模型才具象化，也促使了经典著作《人月神话》的诞生。
致命缺陷爆发：瀑布模型的4个“坑”，逼出了后续所有模型创新
瀑布模型能稳住大型关键项目，但随着软件行业发展，它的缺陷越来越明显，几乎成了“项目翻车重灾区”：
- 错从源头起，补救全白搭：需求分析阶段的一点偏差，会像滚雪球一样贯穿整个流程，直到交付才发现，这时再改已经来不及了（
需求分析的偏差会一直向后续阶段传导）； - 变更等于“推倒重来”：开发中途要改需求或设计？成本高到离谱，往往得从头返工（
难以适应需求变化）； - 用户体验“盲盒”：产品原型要等到开发后期才能看到，中间过程没法验证用户感受，等发现问题已经晚了（
等待最终产品周期长）； - 文档拖累效率：对文档要求极严，大量时间花在写文档上，反而耽误了开发进度（
输出大量 文档，增加时间、人力成本）。
为了填这些坑，行业开始了一波又一波的模型创新——第一个站出来的，就是带反馈的瀑布模型。
瀑布模型的初代优化：从单向流转到原型验证
带反馈的瀑布模型：打破单向却未解决核心问题
20世纪70年代末，带反馈的瀑布模型（Modified Waterfall Model）出现了。它的改进很直接：在相邻阶段之间加了“双向反馈通道”——比如设计时发现需求有问题，能回退到需求分析阶段改；编码时发现设计有缺陷，能退回设计阶段调整。
这打破了传统瀑布“只能往前走、不能回头”的绝对限制，但核心还是线性推进，文档评审要求也没减。
可惜改进有限：只能相邻阶段回退，如果测试阶段才发现需求层面的大问题，跨阶段回退还是得大量返工；而且“需求前期冻结”的核心问题没解决，还是扛不住需求变更。
就在这时，另一种更灵活的模型站了出来——原型模型（Prototype model）。
1977 年原型模型：用快速原型搞定模糊需求
1977年，巴利·玻姆（Barry Boehm，后面会多次提到的模型创新大神）系统化提出了原型模型（Prototype model）。苹果 Lisa 系统原型开发、早期交互式桌面应用、CRM系统原型验证，都用了这个模型。
图：巴利·玻姆
它的核心逻辑特别简单：先快速做一个可运行的产品原型，拿给用户看、让用户试，通过反复迭代验证需求。对于需求模糊、需要用户频繁确认的交互式软件，这简直是“救星”。
原型模型又分为抛弃型原型和演化型原型。
前者用于需求验证（比如项目开工前做一个 Demo），后者则将原型逐步迭代演化为最终产品（比如先做了个微信，包含基本聊天功能，再慢慢加上朋友圈等功能）。
原型模型的优点很突出：能快速澄清模糊需求，减少理解偏差；用户全程参与，后期需求变更风险大幅降低；早期就能验证产品方向，避免走弯路。
但它缺点也明显：
- 容易“重功能轻质量”，为了赶进度可能忽略代码规范和性能问题，导致后期维护困难
- 如果原型迭代没节制，容易导致项目范围失控，工期延误
- 不适用于高复杂度、高可靠性要求的核心系统（比如嵌入式软件、航天软件）
瀑布带原型模型：需求阶段前加 “缓冲垫”
20世纪80年代初，行业又想到了“组合拳”——把原型法和瀑布模型结合，搞出了瀑布带原型模型（Waterfall with Prototype）。
它的改进点很精准：在瀑布模型的需求分析阶段前，加了一个“原型开发环节”。先快速做个低保真或高保真原型，和客户确认清楚需求，再进入后续的线性开发流程。
这个模型早期在银行账务系统、企业库存管理系统等 MIS 项目里用得很多，完美解决了传统瀑布“需求模糊、前期确认不足”的痛点。
但局限性依然存在：如果原型阶段没覆盖所有需求问题，后续开发还是会出现和传统瀑布一样的缺陷。所以随着更优模型出现，它很快就退出了主流。
1980 年关键年：两款核心模型的双生突破
V 模型：瀑布的 “测试强化版”，成为研发基础范式
1980年是软件过程模型发展的“关键年”，这一年诞生了两个影响深远的模型，第一个就是V模型（Verification and Validation Model）。
保罗·洛克（Paul Rook）首次提出V模型的核心概念，到1990年代逐步完善成行业标准。它最典型的应用场景，是军工、航空航天等对质量要求极高的嵌入式软件项目——比如美军机载控制系统、欧洲空客航电软件。
图：空客飞机
V模型的核心创新，是把瀑布模型的“线性阶段”改成了“左侧开发+右侧测试”的对称V型结构，核心逻辑就一句话：测试活动和开发活动同步规划、提前介入。
图：V模型
本质上，V模型就是瀑布模型的“测试强化版”，保留了线性推进的核心框架，重点解决了传统瀑布“测试滞后”的问题。
但它还是没跳出线性的桎梏：
- 需求变更还是要从源头回退，灵活性极差
- 测试虽然提前规划了，但实际执行还是在编码之后，没做到“边开发边测试”
- 阶段间依赖太紧，一个阶段延迟，后续所有测试环节都得拖
不过别小看V模型，它虽然不完善，却成了软件研发流程的“基础范式”——核心思想甚至融入了敏捷、DevOps 等现代研发模式，至今还在被广泛应用。
增量模型：分模块交付，突破线性局限
1980年的第二个关键模型，是巴利·玻姆提出的增量模型。
它的标志性项目包括美国国防部 DARPA 的软件项目（早期人工智能系统、军事指挥系统），后来又广泛用于大型企业级软件、ERP系统（比如SAP早期R/3系统）。
图：DARPA
增量模型的核心逻辑，是把整个软件产品按功能拆成多个“增量模块”，每个模块都走一遍“需求→设计→编码→测试→交付”的迷你瀑布流程。然后按优先级高低，先开发核心模块、先交付，再一步步开发次要模块，最后把所有模块整合起来，形成完整产品。
这个创新直接突破了传统瀑布的线性局限，带来了三个核心优势：
- 用户能提前用核心功能，降低项目整体风险
- 需求可以在后续增量模块中逐步细化，能适配部分需求变更
- 前期模块暴露的问题，能在后续模块中快速修正，减少整体返工成本
当然缺点也很明显：对模块拆分能力要求极高，如果模块间耦合度高，会频繁出现依赖冲突，协调成本飙升；前期必须明确整体架构和功能划分，架构设计错了，所有模块都受影响，后期改起来极难；如果交付节奏没规划好，用户体验会很不连贯。
所以它更适合技术成熟、风险较低的项目。
1986年，螺旋模型：把“风险控制”做到极致的王者
1986年，巴利·玻姆又在《IEEE Computer》发表论文，正式提出螺旋模型（Spiral Model）——这是一个把“风险控制”放在核心位置的模型。这次，巴利·玻姆成为了螺旋模型之父。
巴利·玻姆还有一个有趣的故事。在 TRW 公司时，玻姆团队为规范软件流程，花一年时间制定了 20 项政策和 300 页标准，核心是推广瀑布模型，还设计了类似驾照考试的 40 道 “软件流程测试题”，员工答对 35 题以上才能参与项目开发。
后来面对用户密集型决策支持系统，瀑布模型弊端凸显，团队想改用原型法却遭抵制。
员工直言 “在关键设计评审前写原型代码，既违规又不道德”。
玻姆最终推动公司转向风险驱动的流程体系，兼顾瀑布的严谨与原型的灵活，这个故事也成了软件工程中 “流程僵化与文化变革” 的经典案例。而这个事件也推动了螺旋模型的最终出世。
螺旋模型的典型应用场景，是大型、高风险、高复杂度的软件项目：比如航天飞机控制系统、核电站监控系统、早期大型操作系统 UNIX 的部分模块。
图：航天飞机
螺旋模型堪称“集大成者”，融合了三个核心优势：瀑布模型的结构化流程、增量模型的迭代交付、原型法的风险预判。
它把软件开发过程抽象成“螺旋式上升的循环”，每个循环都包含4个步骤：制定计划→风险分析→工程实现（迷你瀑布/原型开发）→评审。每一圈循环代表一个增量版本，产品越迭代越完善，最后交付完整版本。
图：螺旋模型
它的核心优点全围绕风险展开：提前识别技术、需求、管理等层面的风险，避免后期爆发造成不可控损失；迭代过程中能灵活调整策略，支持需求大幅变更；结合原型法，降低需求模糊和技术实现的不确定性。
但它的门槛也极高：流程逻辑复杂，对项目管理能力要求苛刻，需要专业的风险分析团队和丰富经验，小型项目用它会成本太高、效率太低；而且循环什么时候终止没有明确标准，如果客户评估维度模糊，很容易导致项目范围无限扩大、工期延误。
快速交付为王：RAD模型，至今仍在悄悄被使用
在巴利·玻姆推动模型创新的同时，1980年代末到1990年代初，詹姆斯·马丁（James Martin）正式提出并系统化了快速应用开发模型（RAD）。
RAD 的核心目标就是“快速交付可用产品”，典型项目是需要快速上线的企业级应用、Web 应用——比如早期电商网站、CRM 系统。它能落地，全靠可视化开发工具和组件化技术（比如早 期的 VB、Delphi 开发工具）。
本质上，RAD 是增量模型、原型法和组件化开发的结合体，核心流程是“需求规划→用户设计（原型迭代）→构造系统（组件化编码/测试）→交付部署”，核心强调四点：用户全程参与、快速原型迭代、组件化复用、自动化工具支持。
它的改进特别贴合“效率需求”：
- 大幅减少文档工作量，用可运行原型替代书面文档，沟通效率翻倍；
- 组件化开发+自动化工具（代码生成器、自动化测试工具），大幅提升开发效率，缩短周期；
- 用户全程参与原型迭代，减少需求理解偏差。
缺点也很突出：过度依赖可视化工具和组件化技术，没有成熟组件可复用的话，效率会大幅下降；对团队协作和技术水平要求高，需要跨职能团队紧密配合；不适用于高复杂度、高定制化项目（比如嵌入式软件、核心算法开发），只适合业务逻辑简单的场景；原型迭代太快，容易导致代码质量差、后期维护难。
但这里有个有趣的点：即使到了2026年，RAD模型依然在被广泛使用，哪怕很多开发者自己都不知道。
比如开发企业内部OA、CRM系统，或者用若依这类框架做定制化项目——本质上就是复用现成组件快速搭建，这就是标准的RAD模型。你以为是自己的“小技巧”，其实30多年前就已经被定义好了。
V模型的升级版：W模型，把“并行测试”做到极致
20世纪90年代中后期，V模型广泛应用后，测试环节的局限性又凸显出来——虽然规划提前了，但执行还是滞后。为了解决这个问题，W模型（Double V Model）应运而生。
W模型就是“双V拼接”，是行业对V模型的集体优化，主要用在金融、电信等对质量和进度都有严格要求的项目里——比如银行核心交易系统、电信计费系统。
它的核心改进，是把V模型“开发与测试并行”的理念，从“规划层面”延伸到了“执行层面”，形成“开发V型+测试V型”的对称结构，实现“开发阶段与测试阶段全程并行”。
但它还是没跳出线性框架，需求变更的返工成本依然很高；而且全程并行对团队协作要求极高，沟通不畅的话，很容易出现测试和开发脱节，反而增加成本。
不过W模型的“全程并行测试”思想，后来也被敏捷、DevOps吸收，成了研发质量保障的底层方法。现在它虽然不是普通公司的首选，但在高质量管控场景里依然是“标准流程”——比如银行核心交易系统（毕竟“一分钟几百万上下”，容不得半点差错）、华为的基站管理软件，还有那些甲方明确要求“测试必须并行”的高要求项目。
结尾：60年进化史，本质是“对抗不确定性”的历史
从1950年代的类瀑布实践，到后来的V模型、螺旋模型、RAD模型，这60年的软件研发模型进化史，本质上是一部“对抗不确定性”的历史——对抗需求的不确定、技术的不确定、风险的不确定。
没有完美的模型，只有适合的模型：
● 瀑布模型和V模型适合需求明确的项目
● 螺旋模型适合高风险、大型项目
● 增量模型适合技术成熟、低风险项目
● 原型模型适合需求不明确，客户参与改进的项目
● RAD模型适合快速交付的组件化项目
这些开发模型，如果你要参加软考之类的考试，一定要以他们的特征来进行记忆。
这些模型的核心思想，早已融入现代研发模式里——哪怕你现在用的是敏捷、DevOps，其实也能看到瀑布、V模型、增量模型的影子。
下一篇，我们将继续深入软件架构系列，聊聊那些从这些基础模型演化而来的现代研发模型，看看它们如何解决新时代的研发难题。
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