系统架构设计师考试背记精要

1、架构的本质: (1)软件架构为软件系统提供了一个结构、行为和属性的高级抽象。(2)软件架构风格是特定应用领域的惯用模式,架构定义一个词汇表和一组约束。

2、数据流风格:适合于分阶段做数据处理,交互性差,包括:批处理序列、管理过滤器。

3、调用/返回风格:一般系统都要用到,包括:主程序/子程序,面向对象,层次结构(分层越多,性能越差)。

4、独立构件风格:构件是独立的过程,连接件是消息传递。包括:进程通信,事件驱动系统(隐式调用)。应用场景,通过事件触发操作。

5、虚拟机风格:包括解释器与基于规则的系统,有自定义场景时使用该风格。

6、仓库风格(以数据为中心的风格):以共享数据源为中心,其它构件围绕中心进行处理。包括:数据库系统、黑板系统(语言处理,信号处理),超文本系统。

7、闭环控制架构(过程控制):定速巡航,空调温控。

8、MVC:视图(JSP),控制器(Servlet),模型(EJB)。

9、SOA:粗粒度,松耦合,标准化。Webservice与ESB SOA的实现技术。

10、ESB:位置透明性、消息路由、服务注册命名、消息转换、多传输协议、日志与监控。

11、REST的5大原则:所有事物抽象为资源、资源唯一标识、通过接口操作资源、操作不改变资源标识、操作无状态。

12、微服务特点:小, 且专注于做⼀件事情;轻量级的通信机制;松耦合、独立部署。

13、微服务优势:技术异构性、弹性、扩展、简化部署、与结构相匹配、可组合性、对可替代性的优化。

14、微服务与SOA对比:

|------------------|-------------------------|
| 微服务 | SOA |
| 能拆分的就拆分 | 是整体的,服务能放一起的都放一起 |
| 纵向业务划分 | 是水平分多层 |
| 由单一组织负责 | 按层级划分不同部门的组织负责 |
| 细粒度 | 粗粒度 |
| 两句话可以解释明白 | 几百字只相当于SOA的目录 |
| 独立的子公司 | 类似大公司里面划分了一些业务单元(BU) |
| 组件小 | 存在较复杂的组件 |
| 业务逻辑存在于每一个服务中 | 业务逻辑横跨多个业务领域 |
| 使用轻量级的通信方式,如HTTP | 企业服务总线(ESB)充当了服务之间通信的角色 |

`15、MDA的3种核心模型:平台独立模型(PIM),平台相关模型(PSM),代码Code:。

16、ADL的三个基本元素:构件,连接件,架构配置。

17、DSSA基本活动:领域分析(建立领域模型),领域设计(获得DSSA),领域实现(开发和组织可复用信息)。

18、DSSA角色:领域专家(有经验的用户、分析、设计、实现人员,"给建议"),领域分析人员(有经验的分析师,完成领域模型),领域设计人员(有经验的设计师,完成DSSA),领域实现人员(有经验的程序员完成代码编写)。

19、DSSA三层次模型:领域架构师对应领域开发环境,应用工程师对应领域特定的应用开发环境,操作员对应应用执行环境。

20、ABSD方法是架构驱动,即强调由业务、质量和功能需求的组合驱动架构设计。

21、ABSD方法有三个基础:功能的分解,通过选择架构风格来实现质量和业务需求,软件模板的使用。

22、ABSD开发过程:

(1)架构需求(需求获取、生成类图、对类进行分组、打包成构件、需求评审)

(2)架构设计(提出架构模型、映射构件、分析构件相互作用,产生架构,设计评审)

(3)架构文档化:从使用者角度编写,分发给所有相关开发人员,保证开发者手中版本最新。

(4)架构复审:标识潜在的风险,及早发现架构设计中的缺陷和错误。

(5)架构实现(复审后的文档化架构,分析与设计,构件实现,构件组装,系统测试)

(6)架构演化(需求变化归类,架构演化计划,构件变动,更新构件相互作用,构件组装与测试,技术评审,演化后的架构)

23、架构评审四大质量属性:

(1)性能:代表参数(响应时间、吞吐量),设计策略(优先级队列、资源调度)。

(2)可用性:尽可能少的出错与尽快的恢复。代表参数(故障间隔时间,故障修复时间),设计策略(冗余、心跳线)。

(3)安全性:破坏机密性、完整性、不可否认性及可控性等特性。设计策略(追踪审计)

(4)可修改性:新增功能多少人月能完成,设计策略(信息隐藏,低耦合)

24、风险点:系统架构风险是指架构设计中潜在的、存在问题的架构决策所带来的隐患。

非风险点:一般以某种做法,"是可以实现的"、"是可以接受的"方式进行描述。

敏感点:指为了实现某种特定的质量属性,一个或多个构件所具有的特性。

权衡点:影响多个质量属性的特性,是多个质量属性的敏感点。

25、基本场景的评估方法:ATAM,SAAM,CBAM。

  1. SAAM:最初用于分析架构可修改性,后扩展到其他质量属性。

SAAM五个步骤:即场景开发、体系结构描述、单个场景评估、场景交互和总体评估。

27、ATAM四大阶段:场景和需求收集、结构视图场景实现、属性模型构造和分析、折中。

ATAM:在SAAM的基础上发展起来的,主要针对性能、实用性、安全性和可修改性,在系统开发之前,对这些质量属性

进行评价和折中。

28、产品线技术应用场景:有多年行业开发经验,做过多个同类产品。

建立产品线的四种方式:基于现有产品演化式(风险最低),基于现有产品革命式,全新产品线演化式,全新产品线革命式(风险最高)。

|--------|----------------------------------|--------------------------------|
| | 演化方式 | 革命方式 |
| 基于现有产品 | 基于现有产品架构设计产品线的架构,经演化现有构件,开发产品线构件 | 核心资源的开发基于现有产品集的需求和可预测的、将来需求的超集 |
| 全新产品线 | 产品线核心资源随产品新成员的需求而演化 | 开发满足所有预期产品线成员的需求的核心资源 |

29、软件产品线组织结构类型:设立独立的核心资源小组,不设立独立的核心资源小组,动态的组织结构。

30、产品线实施成功的决定因素:对该领域具备长期和深厚的经验;一个用于构建产品的好的核心资源库;好的产品线架构;好的管理(软件资源、人员组织、过程)支持。

31、构件、对象、模块的对比:

32、中间件:中间件是一种独立的系统软件或服务程序,可以帮助分布式应用软件在不同的技术之间共享资源。

33、中间件功能:客户机与服务器之间的连接和通信,客户机与应用层之间的高效率通信;应用层不同服务之间的互操作,应用层与数据库之间的连接和控制;多层架构的应用开发和运行的平台,应用开发框架,模块化的应用开发;屏蔽硬件、操作系统、网络和数据库的差异;应用的负载均衡和高可用性、安全机制与管理功能,交易管理机制,保证交易的一致性、一组通用的服务去执行不同的功能,避免重复的工作和使应用之间可以协作。

34、采用中间件技术的优点:面向需求;业务的分隔和包容性;设计与实现隔离;隔离复杂的系统资源;符合标准的交互模型;软件复用;提供对应用构件的管理。

35、主要的中间件:远程过程调用;对象请求代理;远程方法调用;面向消息的中间件;事务处理监控器。

36、中间件技术-Corba(公共对象请求代理体系结构)(代理模式):

伺服对象(Servant):CORBA对象的真正实现,负责完成客户端请求。

对象适配器(Object Adapter):用于屏蔽ORB内核的实现细节,为服务器对象的实现者提供抽象接口,以便他们使用ORB内部的某些功能。

对象请求代理(Object Request Broker):解释调用并负责查找实现该请求的对象,将参数传给找到的对象,并调用方法返回结果。客户方不需要了解服务对象的位置、通信方式、实现、激活或存储机制。

37、Bean 的分类:

(1)会话Bean:描述了与客户端的一个短暂的会话。

(2)实体Bean:持久化数据,O/R映射。

(3)消息驱动Bean:会话Bean+JMS,客户把消息发送给JMS目的地,然后,JMS提供者和EJB容器协作,把消息发送给消息驱动Bean。支持异步消息。

38、WEB设计维度:

(1)从架构来看:MVC,MVP,MVVM,REST,Webservice,微服务。

(2)从缓存来看:MemCache,Redis,Squid。

(3)从并发分流来看:集群(负载均衡)、CDN。

(4)从数据库来看:主从库(主从复制),内存数据库,反规范化技术,NoSQL,分区(分表)技术,视图与物化视图。

(5)从持久化来看:Hibernate,Mybatis。

(6)从分布存储来看:Hadoop,FastDFS,区块链。

(7)从数据编码看: XML,JSON。

(8)从Web应用服务器来看: Apache,WebSphere,WebLogic,Tomcat,JBOSS,IIS。

(9)其它:静态化,有状态与无状态,响应式Web设计。

39、集群:(1)应用服务器集群;(2)主从集群。

40、负载均衡技术:(1)应用层负载均衡:http重定向、反向代理服务器;(2)传输层负载均衡:DNS域名解析负载均衡、基于NAT的负载均衡;(3)硬件负载均衡:F5;(6)软件负载均衡:LVS、Nginx、HAproxy。

41、有状态和无状态:

(1)无状态服务(stateless service)对单次请求的处理,不依赖其他请求,也就是说,处理一次请求所需的全部信息,要么都包含在这个请求里,要么可以从外部获取到(比如说数据库),服务器本身不存储任何信息。

(2)有状态服务(stateful service)则相反,它会在自身保存一些数据,先后的请求是有关联的。

42、Redis 与 Memcache 能力比较

|-------|---------------|---------------------------|
| 工作 | MemCache | Redis |
| 数据类型 | 简单key/value结构 | 丰富的数据结构 |
| 持久性 | 不支持 | 支持 |
| 分布式存储 | 客户端哈希分片/一致性哈希 | 多种方式,主从、Sentinel、Cluster等 |
| 多线程支持 | 支持 | 不支持(Redis6.0开始支持) |
| 内存管理 | 私有内存池/内存池 | 无 |
| 事务支持 | 不支持 | 有限支持 |
| 数据容灾 | 不支持,不能做数据恢复 | 支持,可以在灾难发生时,恢复数据 |

43、Redis集群切片的常见方式

|------------|------------------------------------------------------------------|
| 集群切片方式 | 核心特点 |
| 客户端分片 | 在客户端通过key的hash值对应到不同的服务器。 |
| 中间件实现分片 | 在应用软件和Redis中间,例如:Twemproxy、Codis等,由中间件实现服务到后台Redis节点的路由分派。 |
| 客户端服务端协作分片 | RedisCluster模式,客户端可采用一致性哈希,服务端提供错误节点的重定向服务slot上。不同的slot对应到不同服务器。 |

44、Redis分布式存储方案

|--------------------|-----------------------------------|
| 分布式存储方案 | 核心特点 |
| 主从(Master/Slave)模式 | 一主多从,故障时手动切换。 |
| 哨兵(Sentinel)模式 | 有哨兵的一主多从,主节点故障自动选择新的主节点。 |
| 集群(Cluster)模式 | 分节点对等集群,分slots,不同slots的信息存储到不同节点。 |

45、Redis数据分片方案

|---------|------------------|-------------------------------------------------|
| 分片方案 | 分片方式 | 说明 |
| 范围分片 | 按数据范围值来做分片 | 例:按用户编号分片,0-999999映射到实例A;1000000-1999999映射到实例B。 |
| 哈希分片 | 通过对key进行hash运算分片 | 可以把数据分配到不同实例,这类似于取余操作,余数相同的,放在一个实例上。 |
| 一致性哈希分片 | 哈希分片的改进 | 可以有效解决重新分配节点带来的无法命中问题。 |

46、缓存与数据库的协作

数据读取:根据key从缓存读取;若缓存中没有,则根据key在数据库中查找;读取到"值"之后,更新缓存。

数据写入:根据key值写数据库;根据key更新缓存。

47、REST概念:REST(Representational State Transfer,表述性状态转移)是一种只使用HTTP和XML进行基于Web通信的技术,可以降低开发的复杂性,提高系统的可伸缩性。

REST的五个原则:网络上的所有事物都被抽象为资源;每个资源对应一个唯一的资源标识;通过通用的连接件接口对资源进行操作;对资源的各种操作不会改变资源标识;所有的操作都是无状态的。

48、响应式Web设计:响应式WEB设计是一种网络页面设计布局,其理念是:集中创建页面的图片排版大小,可以智能地根据用户行为以及使用的设备环境进行相对应的布局。方法:采用流式布局和弹性化设计、响应式图片。

49、主从数据库结构特点:

一般:一主多从,也可以多主多从。

从库做写操作,从库做读操作。

主从复制步骤:

主库(Master)更新数据完成前,将操作写binlog日志文件。

从库(Salve)打开I/O线程与主库连接,做binlog dump process,并将事件写入中继日志。

从库执行中继日志事件,保持与主库一致。

50、反规范化的技术手段以及优缺点

|----------|-------------------------------|
| 技术手段 | 说明 |
| 增加派生性冗余列 | 已有单价和数量列,增加"总价"列 |
| 增加冗余列 | 已有学号列,增加"姓名"列 |
| 重新组表 | 把拆分的表重新组表 |
| 分割表 | 把用户表做水平分割,长沙的用户存在长沙,上海的用户存在上海 |

反规范化的优点:连接操作少,检索快、统计快;需要查的表减少,检索容易。

|----------------------|-----------------------------|
| 反规范化的缺点 | 解决方案 |
| 数据冗余,需要更大存储空间 | 无解 |
| 插入、更新、删除操作开销更大 | 无解 |
| 数据不一致 可能产生添加、修改、删除异常 | 1、触发器数据同步 2、应用程序数据同步 3、物化视图 |
| 更新和插入代码更难写 | 无解 |

51、视图的优点:(1)视图能简化用户的操作(2)视图机制可以使用户以不同的方式查询同一数据(3)视图对数据库重构提供了一定程度的逻辑独立性(4)视图可以对机密的数据提供安全保护其中物化视图:将视图的内容物理存储起来,其数据随原始表变化,同步更新。52、分表和分区

|----|----------|-----------|
| | 分区 | 分表 |
| 共性 | 1、都针对数据表 2、都使用了分布式存储 3、都提升了查询效率 4、都低数据库的频繁I/O压力值 ||
| 差异 | 逻辑上还是一张表 | 逻辑上已是多张表。 |

53、分区的优点:(1)相对于单个文件系统或是硬盘,分区可以存储更多的数据。(2)数据管理比较方便,比如要清理或废弃某年的数据,就可以直接删除该日期的分区数据即可。(3)精准定位分区查询数据,不需要全表扫描查询,大大提高数据检索效率。(4)可跨多个分区磁盘查询,来提高查询的吞吐量。(5)在涉及聚合函数查询时,可以很容易进行数据的合并。54、关系型数据库和NoSQL对比

|------|------------|--------|
| 对比维度 | 关系数据库 | NoSQL |
| 应用领域 | 面向通用领域 | 特定应用领域 |
| 数据容量 | 有限数据 | 海量数据 |
| 数据类型 | 结构化数据【二维表】 | 非结构化数据 |
| 并发支持 | 支持并发、但性能低 | 高并发 |
| 事务支持 | 高事务性 | 弱事务性 |
| 扩展方式 | 向上扩展 | 向外扩展 |

55、嵌入式微处理器分类

(1)嵌入式微控制器(MCU:Micro Controller Unit):又称为单片机,片上外设资源一般比较丰富,适合于控制。

(2)嵌入式微处理器(EMPU:Embedded Micro Processing Unit): 又称为单板机, 由通用计算机中的CPU发展而来,仅保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件。

(3)嵌入式DSP处理器(DSP:Digital Signal Processor):专门用于信号处理方面的处理器。

(4)嵌入式片上系统(SOC):追求产品系统最大包容的集成器件。

成功实现了软硬件的无缝结合,直接在微处理器片内嵌入操作系统的代码模块。

减小了系统的体积和功耗、提高了可靠性和设计生产效率。

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