設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)的過(guò)程，就是建造一座大廈的過(guò)程，架構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量直接決定了大廈的質(zhì)量。

在我們進(jìn)行系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，總是會(huì)遇到一系列的問(wèn)題，比如一個(gè)大型系統(tǒng)的架構(gòu)應(yīng)該如何起步，從哪里開(kāi)始設(shè)計(jì)？系統(tǒng)是否應(yīng)該劃分成多個(gè)模塊，應(yīng)該怎么劃分模塊才更加的合理？亦或是覺(jué)得產(chǎn)品提出的需求非常不合理，完全影響我們正常的架構(gòu)設(shè)計(jì)！對(duì)于非功能性的需求，我們是否可以得過(guò)且過(guò)，不去重視？

這些問(wèn)題，讓我們?cè)趧傞_(kāi)始架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)手足無(wú)措，但是隨著我們完成一個(gè)又一個(gè)的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)以后，發(fā)現(xiàn)架構(gòu)設(shè)計(jì)是有章法可循的，只要我們學(xué)習(xí)這些章法和套路，并且在工作過(guò)程中不斷的積累與沉淀，就會(huì)行成一個(gè)完整的架構(gòu)設(shè)計(jì)方法論，面對(duì)新的大型系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，也會(huì)一步一步有節(jié)奏進(jìn)行，最終完成整體的架構(gòu)設(shè)計(jì)。

架構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

架構(gòu)設(shè)計(jì)需要遵循一些原則：

1、架構(gòu)設(shè)計(jì)需要方法體系

架構(gòu)設(shè)計(jì)并不是一個(gè)” 單一的方法 “，直接拿來(lái)進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)，而是多個(gè)各具特色的方法，組成的 “方法體系”，并且這個(gè)體系隨著新技術(shù)的發(fā)展還會(huì)不斷進(jìn)化。

2、架構(gòu)設(shè)計(jì)是質(zhì)疑驅(qū)動(dòng)

架構(gòu)設(shè)計(jì)是質(zhì)疑驅(qū)動(dòng)的過(guò)程，在” 需求驅(qū)動(dòng) “的基礎(chǔ)上，我們需要不斷的質(zhì)疑我們架構(gòu)設(shè)計(jì)的中間成果，進(jìn)一步通過(guò) “質(zhì)疑”，引入更多的 “質(zhì)量屬性” 及更多 “功能場(chǎng)景”。

3、多階段下的多視圖

架構(gòu)設(shè)計(jì)，是多階段還是多視圖？架構(gòu)設(shè)計(jì)首先是 “多階段的”，我們將架構(gòu)設(shè)計(jì)劃分成多個(gè)階段，在每個(gè)階段中才會(huì)考慮” 視圖 “這個(gè)維度。

架構(gòu)設(shè)計(jì)的三個(gè)階段

階段一、 預(yù)備階段

預(yù)備階段的目標(biāo)：全面理解需求，把握需求特點(diǎn)，確定架構(gòu)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)力。

在預(yù)備階段，我們需要全面的梳理與理解需求，不放過(guò)任何一個(gè)需求細(xì)節(jié)。同時(shí)分析需求產(chǎn)生的各項(xiàng)質(zhì)量屬性與系統(tǒng)約束，同時(shí)兼顧這些約束進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)，才能不遺漏重大的架構(gòu)屬性。

階段二、 概念架構(gòu)

概念架構(gòu)，必須考慮包括功能，質(zhì)量，約束在內(nèi)的所有方面的需求。

階段三、 細(xì)化架構(gòu)

在細(xì)化架構(gòu)階段，我們從五個(gè)不同的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)五個(gè)視圖，完成整個(gè)系統(tǒng)全方位的設(shè)計(jì)。

架構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)貫穿環(huán)節(jié)

對(duì)非功能需求的考慮：非功能需求無(wú)法一蹴而就，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，會(huì)有新的需求不斷的被發(fā)現(xiàn)，即使設(shè)計(jì)完成，在開(kāi)發(fā)階段，都會(huì)有影響非功能需求的約束出現(xiàn)，所以在整個(gè)階段，都應(yīng)該注意非功能需求。

預(yù)備架構(gòu)階段分析

預(yù)備架構(gòu)的最重要的目標(biāo)，是建立需求大局觀，把握需求特點(diǎn)，確定架構(gòu)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)力。通過(guò)對(duì)需求的詳細(xì)分析，有一個(gè)宏觀的需求感知，同時(shí)還要兼顧系統(tǒng)的質(zhì)量要求和約束對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)造成的制約條件。

需求結(jié)構(gòu)化

需求是有結(jié)構(gòu)的，而不是零散的需求點(diǎn)，只有將分析后的需求結(jié)構(gòu)化，才能宏觀的感知整個(gè)需求。可以借助 ADMEMS 二維矩陣，將架構(gòu)影響因素，梳理脈絡(luò)。

例如以下矩陣分析，將需求劃分為多個(gè)維度，橫向上從” 廣義功能 “，” 質(zhì)量 “，” 約束 “三個(gè)方面分析，廣義功能是指需求需要滿足的基本功能，及產(chǎn)品或業(yè)務(wù)人員的直接要求。質(zhì)量維度則是系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的高并發(fā)，高可用，可拓展等技術(shù)設(shè)計(jì)維護(hù)，保證系統(tǒng)在滿足基本需求的同時(shí)，同時(shí)對(duì)后續(xù)系統(tǒng)進(jìn)化發(fā)展以及極端場(chǎng)景（例如：用戶量激增，秒殺）等的滿足。約束則是系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的一些制約，例如上線日期，上線環(huán)境，開(kāi)發(fā)人員技能水平等。縱向上劃分為” 業(yè)務(wù)級(jí)需求 “，” 用戶級(jí)需求 “，” 開(kāi)發(fā)級(jí)需求 “三個(gè)維護(hù)，” 業(yè)務(wù)級(jí)需求 “是指產(chǎn)品或業(yè)務(wù)人員提出的基本要求，” 用戶級(jí)需求 “則是從系統(tǒng)的使用用戶角度出發(fā)，發(fā)現(xiàn)的例如用戶電腦操作水平，用戶使用習(xí)慣等潛在需求，而” 開(kāi)發(fā)級(jí)需求 “，則是從研發(fā)人員角度出發(fā)，發(fā)現(xiàn)的例如可拓展，可測(cè)試，技術(shù)環(huán)境等不同維度的需求。

通過(guò)將需求結(jié)構(gòu)化，我們可以全面的分析整體的需求，對(duì)需求進(jìn)行整體的理解，同時(shí)也可以從不同的角度發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)制約條件，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最開(kāi)始階段就著手設(shè)計(jì)，防止遺漏重大約束導(dǎo)致架構(gòu)設(shè)計(jì)失敗。

分析約束影響

約束分析的幾個(gè)方面：

1、 來(lái)自產(chǎn)品或運(yùn)營(yíng)人員的約束性需求

系統(tǒng)的非功能需求，例如：上線時(shí)間，預(yù)算，工期要求等

業(yè)務(wù)領(lǐng)域相關(guān)的限制，例如業(yè)務(wù)規(guī)則或業(yè)務(wù)限制，相關(guān)法律，專利等。

2、 來(lái)自用戶的約束性需求

系統(tǒng)的用戶，同樣會(huì)產(chǎn)生約束性需求，比如用戶的計(jì)算機(jī)水平，年齡段，使用偏好，國(guó)家等。

例如用戶計(jì)算機(jī)水平整體較弱的話，在開(kāi)發(fā)交互方式時(shí)就不應(yīng)太過(guò)復(fù)雜，同時(shí)要兼顧系統(tǒng)的魯棒性，防止系統(tǒng)被用戶搞掛。

用戶使用產(chǎn)品時(shí)的外部環(huán)境同樣可能產(chǎn)生約束條件，比如訪問(wèn)環(huán)境是內(nèi)網(wǎng)或是外網(wǎng)，則決定了系統(tǒng)提供訪問(wèn)鏈接不同的網(wǎng)絡(luò)權(quán)限。訪問(wèn)環(huán)境信號(hào)強(qiáng)度若，則系統(tǒng)的性能要求則更高。

3、 來(lái)自開(kāi)發(fā)或運(yùn)維人員的約束性需求

開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)的技術(shù)水平，磨合程度，同樣制約著系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，如果開(kāi)發(fā)人員均是高級(jí)研發(fā)人員且對(duì)當(dāng)前技術(shù)棧有深入的了解，則開(kāi)發(fā)進(jìn)度就會(huì)更快，如果是新團(tuán)隊(duì)，且需要對(duì)技術(shù)棧進(jìn)行學(xué)習(xí)才可以介入開(kāi)發(fā)，則在工期或系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)層面需要額外考慮。

4、 業(yè)界當(dāng)前技術(shù)環(huán)境

當(dāng)前技術(shù)環(huán)境中間件的成熟程度，編程語(yǔ)言及流行度，優(yōu)缺點(diǎn)等，都會(huì)對(duì)架構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生約束條件。

約束的分類：

1、 直接約束

例如：系統(tǒng)運(yùn)行于 linux 平臺(tái)。

2、 轉(zhuǎn)換為功能需求的約束

對(duì)于這種約束，可以直接轉(zhuǎn)換為功能需求

例如：供應(yīng)商擁有自己的一套城市信息表 -> 引出的功能需求：需要進(jìn)行城市轉(zhuǎn)換

例如：供應(yīng)商服務(wù)器性能差，tps 最大 10 -> 引出的功能需求：需要進(jìn)行限流請(qǐng)求

3、 轉(zhuǎn)換為質(zhì)量屬性需求的約束

例如：系統(tǒng)使用者計(jì)算機(jī)水平不高

轉(zhuǎn)換為質(zhì)量屬性：易用性（否則不會(huì)用），魯棒性（系統(tǒng)被搞癱）

確定關(guān)鍵質(zhì)量

系統(tǒng)的關(guān)鍵質(zhì)量是需要進(jìn)行取舍的，需要確認(rèn)業(yè)務(wù)人員更注重那方面或在滿足需求的基礎(chǔ)上，確定哪些是必須的，哪些是可以適當(dāng)忽略的。

我們需要首先確定架構(gòu)重點(diǎn)支持哪些質(zhì)量屬性，然后對(duì)于相互矛盾的質(zhì)量屬性，進(jìn)行權(quán)衡折中。例如當(dāng)滿足性能這個(gè)質(zhì)量屬性時(shí)，同時(shí)就會(huì)因?yàn)橐胄碌姆桨富蚪M件，導(dǎo)致可維護(hù)性，可測(cè)試性降低；提高可拓展性時(shí)，就會(huì)對(duì)系統(tǒng)的性能和安全性產(chǎn)生影響等等，我們需要做的，就是在各個(gè)關(guān)鍵質(zhì)量中進(jìn)行取舍。

確定關(guān)鍵功能

確定關(guān)鍵功能的 4 個(gè)方面

1、 核心功能

2、 必做功能

3、 高風(fēng)險(xiǎn)功能

4、 獨(dú)特功能

其他常見(jiàn)系統(tǒng)不存在的功能

注意衍生需求：

從需求轉(zhuǎn)入設(shè)計(jì)時(shí)，因方案制定過(guò)程的復(fù)雜，會(huì)產(chǎn)生大量的衍生需求，衍生需求是原始需求的數(shù)倍。

舉例：

原始需求：定時(shí)拉取供應(yīng)商數(shù)據(jù)。

衍生需求：

1、 由于供應(yīng)商數(shù)量較多，需要引入分布式定時(shí)任務(wù)，集群并發(fā)拉取

2、 由于供應(yīng)商數(shù)據(jù)量大，需要分庫(kù)分表設(shè)計(jì)

3、需要快速搜索，引入存儲(chǔ)引擎組件等等

??這些衍生需求我們必須要考慮，雖然業(yè)務(wù)需求沒(méi)有體現(xiàn)，但缺失架構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵影響因素。

架構(gòu)驅(qū)動(dòng)力對(duì)比：

業(yè)務(wù)需求驅(qū)動(dòng)架構(gòu)：

??重大需求驅(qū)動(dòng)架構(gòu)：

??由此可以看出，通過(guò)重大需求驅(qū)動(dòng)的架構(gòu)，更能考慮到更關(guān)鍵的部分，設(shè)計(jì)的架構(gòu)更能滿足需求的要求，架構(gòu)設(shè)計(jì)成功的概率會(huì)更高。

概念架構(gòu)階段分析

概念架構(gòu)階段，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆纸猓幌萑爰?xì)節(jié)

概念架構(gòu)的過(guò)程是，先根據(jù)關(guān)鍵功能進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，然后對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行高層分割，接下來(lái)考慮非功能性需求（關(guān)鍵質(zhì)量和約束），然后修改自己的初步設(shè)計(jì)，循環(huán)往復(fù)，在不斷的質(zhì)疑和優(yōu)化過(guò)程中，完善架構(gòu)設(shè)計(jì)。

初步設(shè)計(jì)

初步設(shè)計(jì)的目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)職責(zé)，無(wú)需展開(kāi)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。基于關(guān)鍵功能，進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，基于主流程，關(guān)鍵流程，黃金流程等進(jìn)行流轉(zhuǎn)圖設(shè)計(jì)，從而發(fā)現(xiàn)職責(zé)。

高層分割

切分復(fù)雜系統(tǒng)，為多個(gè)二級(jí)系統(tǒng)。或者直接切分為具體子系統(tǒng)。

高層分割的兩種方式：

1、 系統(tǒng)切分

切分的考慮點(diǎn)，包括系統(tǒng)功能、部署環(huán)境、語(yǔ)言、系統(tǒng)規(guī)模等

例如一個(gè)大型系統(tǒng)，切分為訂單，商品，供應(yīng)鏈等系統(tǒng)。

2、 系統(tǒng)內(nèi)切分

根據(jù)系統(tǒng)的職責(zé)、調(diào)用關(guān)系、通用性等，進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)部切分。

最常見(jiàn)的就是分層，例如一個(gè)系統(tǒng)，切分為網(wǎng)關(guān)層，服務(wù)層，搜索模塊，man 端等。

分層的角度

1、 邏輯分層

邏輯分層重視職責(zé)的劃分，職責(zé)直接常常是上層使用下層的關(guān)系，上層和下層，可以是分布在不同的機(jī)器，也可以分布在同一臺(tái)機(jī)器。

2、 物理分層

分布在不同機(jī)器上的軟件單元。

3、 通用性分層

通用性不同的，劃分為不同的層，一般通用性越大，所處的層次越靠下。

考慮非功能需求

具體方法是：采用目標(biāo) - 場(chǎng)景 - 決策表，見(jiàn)下圖：

架構(gòu)設(shè)計(jì)是質(zhì)疑驅(qū)動(dòng)的，例如，質(zhì)疑系統(tǒng)的可用性，考慮系統(tǒng)可能宕機(jī)，則引入集群部署設(shè)計(jì)，考慮下游接口可能超時(shí)或出現(xiàn)異常，則引入接口降級(jí)的設(shè)計(jì)等。

??考慮場(chǎng)景的 5 個(gè)要素

1、 影響來(lái)源，來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部還是系統(tǒng)外部

2、 如何影響的

3、 受影響的對(duì)象

4、 有什么問(wèn)題或有什么價(jià)值

5、 所處的環(huán)境為何

對(duì)場(chǎng)景的權(quán)衡因素：

價(jià)值，代價(jià)，開(kāi)發(fā)難度，出現(xiàn)幾率。對(duì)于某些場(chǎng)景，經(jīng)過(guò)全面的權(quán)衡和思考，可以不支持，并不是所有的場(chǎng)景都要支持，否則可能存在過(guò)度設(shè)計(jì)。

細(xì)化架構(gòu)階段分析

邏輯視圖

邏輯視圖是對(duì)系統(tǒng)的不同部分職責(zé)的劃分，根據(jù)職責(zé)不同，可以將系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)粒度的拆分，劃分為多個(gè)子系統(tǒng)。

分層的細(xì)化

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要，可以將系統(tǒng)的分層進(jìn)行細(xì)化，例如展示層 -> 業(yè)務(wù)層 -> 數(shù)據(jù)層 可以細(xì)化為：展示層 -> 控制層 -> 接口層 -> 接口實(shí)現(xiàn)層 -> 數(shù)據(jù)層。

分區(qū)的引入

分區(qū)的概念是業(yè)務(wù)流程相關(guān)的，分區(qū)的依據(jù)是：職責(zé)，比如結(jié)算流程可以作為一個(gè)分區(qū)，下單流程可以作為一個(gè)分區(qū)。將系統(tǒng)劃分為多個(gè)分區(qū)，一方面可以支持并行開(kāi)發(fā)，另一方面也將系統(tǒng)劃分為多個(gè)子域，有利于業(yè)務(wù)概念和業(yè)務(wù)流程的收斂。

??機(jī)制的提取

機(jī)制是指系統(tǒng)可以抽象的公共部分，例如公共工具，公共組件，公共流程等，提取這些公共部分，對(duì)于架構(gòu)設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。

劃分子系統(tǒng)的原則：

1、 職責(zé)不同的單元，劃分為不同的子系統(tǒng)

2、 通用性不同的單元，劃分為不同的子系統(tǒng)

3、 需要不同開(kāi)發(fā)技能的單元，劃分為不同的子系統(tǒng)兼顧工作量，進(jìn)一步切分太大的系統(tǒng)

開(kāi)發(fā)視圖

開(kāi)發(fā)架構(gòu)視圖的任務(wù)，是將 “邏輯職責(zé)” 映射為 “程序單元”，例如：要自主編寫(xiě)的 “源程序”，可重用的庫(kù)，框架等；同時(shí)進(jìn)行開(kāi)發(fā)技術(shù)選型，例如：開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)工具等，然后也需要確立程序單元間的關(guān)系，project 劃分，目錄結(jié)構(gòu)，編譯依賴關(guān)系等。

運(yùn)行視圖

運(yùn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)的工作內(nèi)容，是確定引入哪些控制流：進(jìn)程，線程等；確定每條控制流的任務(wù)，同時(shí)還要處理相關(guān)問(wèn)題，例如控制流的創(chuàng)建，銷毀，通信機(jī)制等，控制流之間的同步關(guān)系，是否有資源爭(zhēng)用，是否需要加鎖等也需要考慮。

物理視圖

物理架構(gòu)設(shè)計(jì)的 3 項(xiàng)任務(wù)

1. 硬件的選擇與物理拓?fù)?/p>

2. 軟件到硬件的映射關(guān)系

3. 方案的優(yōu)化

思維要點(diǎn)：“開(kāi)銷” 和 “爭(zhēng)用” 是核心，應(yīng)避免爭(zhēng)用，降低開(kāi)銷。

數(shù)據(jù)視圖

數(shù)據(jù)視圖是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)，根據(jù)對(duì)系統(tǒng)的分析，確定一種或多種數(shù)據(jù)策略，常見(jiàn)的數(shù)據(jù)分布策略如下 6 種：

1、獨(dú)立的 Schema

不同系統(tǒng)應(yīng)用，使用不同的數(shù)據(jù) schema，數(shù)據(jù)完全獨(dú)立，一般界限清晰的不同系統(tǒng)可以采用這種方式。

??2、集中

不同的系統(tǒng)應(yīng)用，使用同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，一般具有關(guān)聯(lián)屬性的應(yīng)用可以采用這種方式，比如一個(gè)系統(tǒng)分為服務(wù)端和管理端，但都屬于一個(gè)系統(tǒng)，則可以使用同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。

??3、分區(qū)

水平分區(qū)

水平分區(qū)即我們常見(jiàn)的分表方案，當(dāng)一個(gè) schema 無(wú)法滿足我們的數(shù)據(jù)量要求時(shí)，可以劃分為多個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)存儲(chǔ)一部分?jǐn)?shù)據(jù)。

??垂直分區(qū)

垂直分區(qū)是分區(qū)策略的另外一個(gè)維度，當(dāng)我們單庫(kù)無(wú)法承載巨大的數(shù)據(jù)量時(shí)，也可以根據(jù)數(shù)據(jù)的類別，進(jìn)行垂直分區(qū)。

4、復(fù)制

多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)保存相同的數(shù)據(jù)，根據(jù)制定的更新策略保證不同庫(kù)之間的數(shù)據(jù)同步，我們常用的讀寫(xiě)庫(kù)分離，即為此方案，主庫(kù)提供寫(xiě)能力，從庫(kù)提供讀能力，其中從庫(kù)的數(shù)據(jù)是根據(jù)主庫(kù)數(shù)據(jù)同步而來(lái)。

??5、子集

根據(jù)一些特殊的場(chǎng)景要求，需要保存原數(shù)據(jù)的部分?jǐn)?shù)據(jù)，例如 Application1 保存全量訂單，application2 只需要部分出票成功的訂單，進(jìn)行后續(xù)分析操作，則可以使用子集的策略進(jìn)行數(shù)據(jù)視圖設(shè)計(jì)。

??6、重組

通過(guò)多個(gè)不同的 application 作為數(shù)據(jù)來(lái)源，異構(gòu)至其他 application，用于數(shù)據(jù)的分析或后續(xù)流程使用。

總結(jié)

架構(gòu)設(shè)計(jì)的三個(gè)階段：預(yù)備架構(gòu)階段；概念架構(gòu)階段；細(xì)化架構(gòu)階段

架構(gòu)設(shè)計(jì)的四個(gè)要素：需求結(jié)構(gòu)化；分析約束的影響；確定關(guān)鍵質(zhì)量；確定關(guān)鍵功能

概念架構(gòu)的三個(gè)步驟：基于關(guān)鍵功能初步設(shè)計(jì)；系統(tǒng)高層分割；分析非功能需求

細(xì)化架構(gòu)的五個(gè)視圖：邏輯視圖；開(kāi)發(fā)視圖；運(yùn)行視圖；物理視圖；數(shù)據(jù)視圖

一個(gè)貫穿環(huán)節(jié)：非功能需求的考慮

參考資料

1.《一線架構(gòu)設(shè)計(jì)指南》

 

作者：京東零售 馮曉濤

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