第16章

🎯 架构设计方法

掌握系统化的架构设计流程、需求分析、架构建模、评估和决策记录方法

学习目标

掌握完整的架构设计流程和方法论
学会进行有效的需求分析和架构建模
了解架构评估的方法和最佳实践
掌握架构决策记录（ADR）的编写和管理
能够应用设计方法解决实际架构问题

架构设计流程

架构设计是一个系统化的过程，需要遵循科学的方法论。一个完整的架构设计流程包括需求分析、架构建模、架构评估、实施指导和持续演进等阶段。

核心理念

架构设计不是一次性的活动，而是一个迭代的过程。每个阶段都需要与利益相关者充分沟通，确保架构设计符合业务目标和技术约束。

设计流程概览

需求收集与分析

收集功能需求和非功能需求，分析业务场景和约束条件

架构建模

设计系统架构，创建架构视图和模型

架构评估

评估架构设计的质量和风险，验证是否满足需求

实施指导

制定实施计划，指导开发团队实现架构

持续演进

监控架构运行状况，根据反馈持续优化

流程特点

迭代性

架构设计是一个迭代的过程，每个阶段都可能需要回到前面的步骤进行调整。

协作性

需要多个角色的参与，包括业务分析师、架构师、开发人员等。

权衡性

在不同的质量属性和约束条件之间进行权衡和平衡。

需求分析

需求分析是架构设计的基础，需要全面理解业务需求、技术约束和质量属性要求。良好的需求分析能够确保架构设计的正确方向。

需求类型

功能需求

业务功能和用例
数据处理要求
接口和集成需求
用户交互需求

非功能需求

性能要求（响应时间、吞吐量）
可用性和可靠性
安全性要求
可扩展性和可维护性

约束条件

技术栈限制
预算和时间约束
法规和合规要求
现有系统集成

需求分析方法

                    
                    分析技术
                
利益相关者分析：识别所有相关方及其关注点
用例建模：描述系统的功能行为
质量属性场景：具体化非功能需求
约束分析：识别技术和业务约束
风险评估：识别潜在的架构风险

质量属性场景示例

场景：用户登录性能要求
来源：普通用户
刺激：在正常负载下进行登录操作
环境：系统运行在生产环境
制品：用户认证服务
响应：返回登录结果
响应度量：95%的登录请求在2秒内完成

架构建模

架构建模是将需求转化为具体架构设计的过程。通过创建不同的架构视图，可以从多个角度描述和理解系统架构。

架构视图

逻辑视图

描述系统的功能结构，包括主要的抽象和对象类。关注系统的功能需求。

进程视图

描述系统的并发和同步方面，关注系统的非功能需求如性能和可用性。

物理视图

描述软件到硬件的映射，关注系统的分布式特性。

开发视图

描述系统的静态组织，关注软件管理方面。

场景视图

描述架构的动态方面，通过用例或场景来验证架构设计。

建模工具和技术

UML图：用例图、类图、序列图、部署图等
C4模型：上下文图、容器图、组件图、代码图
架构决策记录：记录重要的设计决策
原型和概念验证：验证关键架构决策

                    
                    建模原则
                
简洁性：模型应该简洁明了，突出关键信息
一致性：不同视图之间应该保持一致
可追溯性：模型元素应该能够追溯到需求
可验证性：模型应该能够被验证和测试

架构评估

架构评估是验证架构设计质量的重要环节。通过系统化的评估方法，可以识别架构风险，确保架构能够满足质量属性要求。

评估方法

ATAM方法

架构权衡分析方法，通过场景分析评估架构对质量属性的支持程度。

识别架构方法
分析质量属性场景
识别敏感点和权衡点
评估风险和非风险

SAAM方法

软件架构分析方法，专注于可修改性的评估。

开发场景
描述架构
分类和优先级排序
评估间接场景

检查清单

基于最佳实践的检查清单，快速识别常见问题。

设计原则遵循情况
架构模式应用
技术选型合理性
风险点识别

评估维度

功能适合性

架构是否能够支持所有功能需求

质量属性

性能、可用性、安全性等非功能需求的满足程度

技术风险

技术选型、集成复杂度等技术风险

实施可行性

团队能力、时间成本、资源约束等

架构决策记录（ADR）

架构决策记录（Architecture Decision Record, ADR）是记录重要架构决策的文档。它帮助团队理解决策的背景、原因和后果，为未来的架构演进提供参考。

ADR的价值

历史追溯

记录决策的历史，帮助理解架构演进过程。

知识传承

保存架构知识，减少团队成员变动的影响。

决策透明

让决策过程透明，便于团队理解和执行。

ADR结构

ADR模板示例

# ADR-001: 选择微服务架构

## 状态
已接受

## 背景
我们需要构建一个大型电商平台，预期用户量将快速增长。
现有单体架构难以支持快速迭代和团队扩展的需求。

## 决策
采用微服务架构模式，将系统拆分为多个独立的服务。

## 后果
### 正面影响
- 提高系统可扩展性
- 支持团队独立开发和部署
- 技术栈多样化

### 负面影响
- 增加系统复杂度
- 需要额外的运维工作
- 分布式系统的挑战

ADR管理

                    
                    最佳实践
                
及时记录：在做出决策时立即记录
简洁明了：使用简洁的语言描述决策
版本控制：将ADR纳入版本控制系统
定期回顾：定期回顾和更新ADR状态
团队共识：确保团队对ADR达成共识

ADR状态管理

提议（Proposed）：决策正在讨论中
已接受（Accepted）：决策已被采纳
已弃用（Deprecated）：决策不再推荐使用
已替代（Superseded）：决策被新的决策替代

实践案例：电商平台架构设计

以一个电商平台为例，演示完整的架构设计方法应用过程。

需求分析

功能需求

用户注册和登录
商品浏览和搜索
购物车和订单管理
支付和物流

性能需求

支持10万并发用户
页面响应时间<2秒
99.9%可用性
数据一致性保证

架构决策

关键架构决策

1. 采用微服务架构
   - 原因：支持团队独立开发，提高可扩展性
   - 影响：增加系统复杂度，需要服务治理

2. 使用事件驱动架构
   - 原因：提高系统解耦，支持异步处理
   - 影响：需要消息队列，增加调试难度

3. 选择容器化部署
   - 原因：提高部署效率，支持弹性扩展
   - 影响：需要容器编排，运维复杂度增加

架构评估结果

                    
                    评估总结
                
优势：高可扩展性、技术灵活性、团队自主性
风险：分布式复杂性、数据一致性、运维挑战
缓解措施：服务网格、分布式事务、自动化运维