系统架构设计师之系统设计模块笔记

一、系统设计概述

1. 定义与目标
   系统设计是根据系统分析结果，制定系统构建蓝图的过程，核心目标是合理分配功能需求、优化资源使用、确保系统高内聚低耦合，并满足性能、安全、可扩展等非功能需求。
2. 主要内容
   • 概要设计：将功能需求分配给软件模块，确定模块调用关系，形成模块结构图（系统结构图）。
   • 详细设计：包括模块内算法、数据结构、数据库物理设计、用户界面设计等，并编写详细设计说明书。

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二、系统设计原则

1. 结构化设计原则
   • 模块独立性：高内聚（功能单一）、低耦合（模块间依赖少）。
   • 模块规模：大小适中，避免过深调用层次（一般不超过7层）。
   • 扇入与扇出：多扇入（被调用次数多，复用度高）、少扇出（减少依赖）。
   • 接口与作用域：单入口单出口，作用域在模块内部，避免全局变量。
2. 面向对象设计原则（SOLID原则）
   • 单一职责：类职责单一。
   • 开闭原则：对扩展开放，对修改封闭。
   • 里氏替换：子类可替换父类。
   • 依赖倒置：依赖抽象而非具体实现。
   • 接口隔离：使用多个专门接口而非单一总接口。
3. 质量属性设计
   • 性能：优化算法、缓存机制、负载均衡。
   • 安全性：数据加密、权限管理、入侵防护。
   • 可扩展性：插件化设计、微服务架构、横向扩展能力。

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三、设计模式

1. 分类
   • 创建型：单例、工厂方法、原型模式（解决对象创建问题）。
   • 结构型：适配器、桥接、装饰器模式（处理对象组合）。
   • 行为型：观察者、策略、责任链模式（优化对象交互）。
2. 高频考点
   • 单例模式：确保全局唯一实例（如配置管理）。
   • 工厂模式：封装对象创建逻辑（如数据库连接池）。
   • 观察者模式：实现事件驱动（如消息订阅）。

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四、模块结构设计

1. 模块定义
   • 要素：输入/输出、处理功能、内部数据、程序块。
   • 模块结构图：展示模块调用关系，包含模块、调用箭头、数据流、控制信息及转接符号。
2. 分层架构
   • 典型分层：表现层（用户交互）、业务层（核心逻辑）、数据层（持久化存储）。
   • 优点：职责分离、复用性高、易于维护。

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五、数据库与数据设计

1. 设计要点
   • 类型选择：关系型数据库（Oracle、MySQL）适合强一致性场景；非关系型（MongoDB、Redis）适合高并发与灵活数据结构。
   • 性能优化：索引设计、分区存储、连接池管理。
   • 安全性：数据加密、备份恢复策略、权限隔离。
2. 分布式数据库
   • 垂直分割：按字段分表（如用户信息与订单分离）。
   • 水平分割：按数据行分片（如按用户ID分库）。

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六、系统架构风格

1. 常见架构模式
   • C/S架构：客户端-服务器，适用于高交互场景。
   • 微服务架构：服务拆分、独立部署（如Spring Cloud）。
   • 事件驱动架构：通过事件总线解耦组件（如Kafka）。
2. 设计考量
   • 可扩展性：通过负载均衡与弹性伸缩应对流量波动。
   • 容错性：冗余设计、故障恢复机制（如主从复制）。

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七、考试高频考点总结

1. 模块结构图与设计原则：扇入/扇出、高内聚低耦合。
2. 设计模式分类与应用场景：创建型、结构型、行为型模式举例。
3. 分层架构与微服务对比：职责分离与独立部署的优缺点。
4. 数据库设计优化：索引、分区、连接池配置。

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