设计一个系统的过程，就是建造一座大厦的过程，架构设计的质量直接决定了大厦的质量。

我们进行系统的架构设计时，总是会遇到一系列的问题，比如一个大型系统的架构应该如何起步，从哪里开始设计？系统是否应该划分成多个模块，应该怎么划分模块才更加的合理？亦或是觉得产品提出的需求非常不合理，完全影响我们正常的架构设计！对于非功能性的需求，我们是否可以得过且过，不去重视？

这些问题，让我们在刚开始架构设计时手足无措，但是随着我们完成一个又一个的系统架构设计以后，发现架构设计是有章法可循的，只要我们学习这些章法和套路，并且在工作过程中不断的积累与沉淀，就会形成一个完整的架构设计方法论，面对新的大型系统架构设计，也会一步一步有节奏进行，最终完成整体的架构设计。

一、架构设计的原则

架构设计需要遵循一些原则：
1、架构设计需要方法体系 架构设计并不是一个”单一的方法“，直接拿来进行架构设计，而是多个各具特色的方法，组成的“方法体系”，并且这个体系随着新技术的发展还会不断进化。 2、架构设计是质疑驱动 架构设计是质疑驱动的过程，在”需求驱动“的基础上，我们需要不断的质疑我们架构设计的中间成果，进一步通过“质疑”，引入更多的“质量属性”及更多“功能场景”。 3、多阶段下的多视图 架构设计，是多阶段还是多视图？架构设计首先是“多阶段的”，我们将架构设计划分成多个阶段，在每个阶段中才会考虑”视图“这个维度。

架构设计的三个阶段

阶段一、 预备阶段 预备阶段的目标：全面理解需求，把握需求特点，确定架构设计驱动力。 在预备阶段，我们需要全面地梳理与理解需求，不放过任何一个需求细节。同时分析需求产生的各项质量属性与系统约束，同时兼顾这些约束进行架构设计，才能不遗漏重大的架构属性。 阶段二、 概念架构 概念架构，必须考虑包括功能、质量、约束在内的所有方面的需求。 阶段三、 细化架构 在细化架构阶段，我们从五个不同的角度出发，设计五个视图，完成整个系统全方位的设计。

架构设计的一个贯穿环节

对非功能需求的考虑 ：非功能需求无法一蹴而就，因为在设计的过程当中，会有新的需求不断的被发现，即使设计完成，在开发阶段，都会有影响非功能需求的约束出现，所以在整个阶段，都应该注意非功能需求。

二、预备架构阶段分析

预备架构的最重要的目标，是建立需求大局观，把握需求特点，确定架构设计驱动力。 通过对需求的详细分析，有一个宏观的需求感知，同时还要兼顾系统的质量要求和约束对系统设计造成的制约条件。

需求结构化

需求是有结构的，而不是零散的需求点，只有将分析后的需求结构化，才能宏观的感知整个需求。可以借助ADMEMS二维矩阵，将架构影响因素，梳理脉络。 例如以下矩阵分析，将需求划分为多个维度，横向上从”广义功能“，”质量“，”约束“三个方面分析，广义功能是指需求需要满足的基本功能，及产品或业务人员的直接要求。质量维度则是系统设计时需要考虑的高并发，高可用，可拓展等技术设计维护，保证系统在满足基本需求的同时，同时对后续系统进化发展以及极端场景（例如：用户量激增，秒杀）等的满足。约束则是系统设计时的一些制约，例如上线日期，上线环境，开发人员技能水平等。纵向上划分为”业务级需求“，”用户级需求“，”开发级需求“三个维护，”业务级需求“是指产品或业务人员提出的基本要求，”用户级需求“则是从系统的使用用户角度出发，发现的例如用户电脑操作水平，用户使用习惯等潜在需求，而”开发级需求“，则是从研发人员角度出发，发现的例如可拓展，可测试，技术环境等不同维度的需求。 通过将需求结构化，我们可以全面地分析整体的需求，对需求进行整体的理解，同时也可以从不同的角度发现系统制约条件，在系统设计的最开始阶段就着手设计，防止遗漏重大约束导致架构设计失败。 分析约束影响 约束分析的几个方面： 1、来自产品或运营人员的约束性需求

• 系统的非功能需求，例如：上线时间，预算，工期要求等
• 业务领域 相关的限制，例如业务规则或业务限制，相关法律，专利等。

2、来自用户的约束性需求

• 系统的用户，同样会产生约束性需求，比如用户的计算机水平，年龄段，使用偏好，国家等。
• 例如用户计算机水平整体较弱的话，在开发交互方式时就不应太过复杂，同时要兼顾系统的鲁棒性，防止系统被用户搞挂。
• 用户使 用产品时的外部环境同样可能产生约束条件，比如访问环境是内网或是外网，则决定了系统提供访问链接不同的网络权限。访问环境信号强度弱，则系统的性能要求则更高。

3、来自开发或运维人员的约束性需求 开发团队的技术水平，磨合程度，同样制约着系统的开发，如果开发人员均是高级研发人员且对当前技术栈有深入的了解，则开发进度就会更快，如果是新团队，且需要对技术栈进行学习才可以介入开发，则在工期或系统风险层面需要额外考虑。 4、业界当前技术环境 当前技术环境中间件的成熟程度，编程语言及流行度，优缺点等，都会对架构设计产生约束条件。 约束的分类： 1、直接约束 例如：系统运行于linux平台。 2、转换为功能需求的约束 对于这种约束，可以直接转换为功能需求 例如：供应商拥有自己的一套城市信息表  -> 引出的功能需求：需要进行城市转换 例如：供应商服务器性能差，tps最大10  ->  引出的功能需求：需要进行限流请求 3、转换为质量属性需求的约束 例如：系统使用者计算机水平不高 转换为质量属性：易用性（否则不会用），鲁棒性（系统被搞瘫）

确定关键质量

系统的关键质量是需要进行取舍的，需要确认业务人员更注重哪方面或在满足需求的基础上，确定哪些是必须的，哪些是可以适当忽略的。 我们需要首先确定架构重点支持哪些质量属性，然后对于相互矛盾的质量属性，进行权衡折中。例如当满足性能这个质量属性时，同时就会因为引入新的方案或组件，导致可维护性，可测试性降低；提高可拓展性时，就会对系统的性能和安全性产生影响等等，我们需要做的，就是在各个关键质量中进行取舍。 确定关键功能 确定关键功能的4个方面 1、核心功能 2、必做功能 3、高风险功能 4、独特功能         其他常见系统不存在的功能 注意衍生需求： 从需求转入设计时，因方案制定过程的复杂，会产生大量的衍生需求，衍生需求是原始需求的数倍。 举例： 原始需求：定时拉取供应商数据。 衍生需求： 1、由于供应商数量较多，需要引入分布式定时任务，集群并发拉取 2、由于供应商数据量大，需要分库分表设计 3、需要快速搜索，引入存储引擎组件等等  这些衍生需求我们必须要考虑，虽然业务需求没有体现，但却是架构设计的关键影响因素。 架构驱动力对比： 业务需求驱动架构：  重大需求驱动架构： 由此可以看出，通过重大需求驱动的架构，更能考虑到更关键的部分，设计的架构更能满足需求的要求，架构设计成功的概率会更高。

三、概念架构阶段分析

概念架构阶段，对系统进行适当的分解，而不陷入细节
概念架构的过程是，先根据关键功能进行初步设计，然后对设计的系统进行高层分割，接下来考虑非功能性需求（关键质量和约束），然后修改自己的初步设计，循环往复，在不断的质疑和优化过程中，完善架构设计。 初步设计 初步设计的目标是发现职责，无需展开细节设计。基于关键功能，进行初步设计，基于主流程，关键流程，黄金流程等进行流转图设计，从而发现职责。

高层分割

切分复杂系统，为多个二级系统。或者直接切分为具体子系统。 高层分割的两种方式： 1、系统切分 切分的考虑点，包括系统功能、部署环境、语言、系统规模等 例如一个大型系统，切分为订单，商品，供应链等系统。 2、系统内切分 根据系统的职责、调用关系、通用性等，进行系统内部切分。 最常见的就是分层，例如一个系统，切分为网关层，服务层，搜索模块，man端等。 分层的角度 1、逻辑分层 逻辑分层重视职责的划分，职责直接常常是上层使用下层的关系，上层和下层，可以是分布在不同的机器，也可以分布在同一台机器。 2、物理分层 分布在不同机器上的软件单元。 3、通用性分层 通用性不同的，划分为不同的层，一般通用性越大，所处的层次越靠下。

考虑非功能需求

具体方法是：采用目标-场景-决策表，见下图： 架构设计是质疑驱动的，例如，质疑系统的可用性，考虑系统可能宕机，则引入集群部署设计，考虑下游接口可能超时或出现异常，则引入接口降级的设计等。 考虑场景的5个要素 1、影响来源，来自系统内部还是系统外部 2、如何影响的 3、受影响的对象 4、有什么问题或有什么价值 5、所处的环境为何 对场景的权衡因素： 价值，代价，开发难度，出现几率。对于某些场景，经过全面的权衡和思考，可以不支持，并不是所有的场景都要支持，否则可能存在过度设计。

四、细化架构阶段分析

逻辑视图

逻辑视图是对系统的不同部分职责的划分，根据职责不同，可以将系统进行细粒度的拆分，划分为多个子系统。 分层的细化 根据系统设计的需要，可以将系统的分层进行细化，例如展示层 -> 业务层 -> 数据层 可以细化为：展示层 -> 控制层 -> 接口层 -> 接口实现层 -> 数据层。  分区的引入 分区的概念是业务流程相关的，分区的依据是：职责，比如结算流程可以作为一个分区，下单流程可以作为一个分区。将系统划分为多个分区，一方面可以支持并行开发，另一方面也将系统划分为多个子域，有利于业务概念和业务流程的收敛。 机制的提取 机制是指系统可以抽象的公共部分，例如公共工具，公共组件，公共流程等，提取这些公共部分，对于架构设计是至关重要的。 划分子系统的原则： 1、职责不同的单元，划分为不同的子系统 2、通用性不同的单元，划分为不同的子系统 3、需要不同开发技能的单元，划分为不同的子系统兼顾工作量，进一步切分太大的系统

开发视图

开发架构视图的任务，是将“逻辑职责”映射为“程序单元”，例如：要自主编写的“源程序”，可重用的库，框架等；同时进行开发技术选型，例如：开发语言，开发工具等，然后也需要确立程序单元间的关系，project划分，目录结构，编译依赖关系等。 运行视图 运行架构设计的工作内容，是确定引入哪些控制流：进程，线程等；确定每条控制流的任务，同时还要处理相关问题，例如控制流的创建，销毁，通信机制等，控制流之间的同步关系，是否有资源争用，是否需要加锁等也需要考虑。 物理视图 物理架构设计的3项任务 1、硬件的选择与物理拓扑 2、软件到硬件的映射关系 3、方案的优化 思维要点：“开销”和“争用”是核心，应避免争用，降低开销。

数据视图

数据视图是系统的数据存储设计，根据对系统的分析，确定一种或多种数据策略，常见的数据分布策略如下6种： 1、独立的Schema 不同系统应用，使用不同的数据schema，数据完全独立，一般界限清晰的不同系统可以采用这种方式。 2、集中 不同的系统应用，使用同一个数据库，一般具有关联属性的应用可以采用这种方式，比如一个系统分为服务端和管理端，但都属于一个系统，则可以使用同一个数据库。 3、分区 水平分区 水平分区即我们常见的分表方案，当一个schema无法满足我们的数据量要求时，可以划分为多个分区，每个分区存储一部分数据。  垂直分区 垂直分区是分区策略的另外一个维度，当我们单库无法承载巨大的数据量时，也可以根据数据的类别，进行垂直分区。 4、复制 多个数据库保存相同的数据，根据制定的更新策略保证不同库之间的数据同步，我们常用的读写库分离，即为此方案，主库提供写能力，从库提供读能力，其中从库的数据是根据主库数据同步而来。 5、子集 根据一些特殊的场景要求，需要保存原数据的部分数据，例如application1保存全量订单，application2只需要部分出票成功的订单，进行后续分析操作，则可以使用子集的策略进行数据视图设计。 6、重组 通过多个不同的application作为数据来源，异构至其他application，用于数据的分析或后续流程使用。

五、总结

架构设计的三个阶段 ： 预备架构阶段； 概念架构阶段； 细化架构阶段 架构设计的四个要素 ：需求结构化；分析约束的影响；确定关键质量；确定关键功能 概念架构的三个步骤 ：基于关键功能初步设计；系统高层分割；分析非功能需求 细化架构的五个视图 ：逻辑视图；开发视图；运行视图；物理视图；数据视图 一个贯穿环节 ：非功能需求的考虑

参考资料

[1] 《一线架构设计指南》

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