软考-系统架构设计师系统架构评估详细讲解

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一、核心概念：为什么需要架构评估？

1. 定义

系统架构评估是在系统构建之前 ，通过系统化的方法，分析软件架构是否满足特定质量属性目标 （如性能、安全、可用性），并识别潜在风险、敏感点和权衡点的过程。

2. 目的与价值

降低风险：在投入大量开发和运维成本之前，发现架构设计中的重大缺陷。
验证决策：确认架构决策能够支持关键的非功能需求。
促进沟通：为所有利益相关者（管理者、客户、开发、测试、运维）提供一个讨论架构和达成共识的平台。
指导改进：为架构的改进和优化提供明确的方向。

核心思想 ："早发现，早治疗"。在架构阶段修复一个问题的成本，远低于在编码、测试甚至上线后修复的成本。

二、架构评估方法论

评估不是随意的评审，而是有严格流程和方法的。最著名和常用的方法是 ATAM。

1. ATAM - 架构权衡分析方法 (Architecture Tradeoff Analysis Method)

这是软考中要求掌握的重点方法 。ATAM 的核心是 "权衡"，它承认没有完美的架构，任何决策都是在不同质量属性之间进行取舍。

ATAM 的参与角色：

评估小组：由外部或内部架构专家组成，负责引导评估过程。
项目决策者：包括项目经理、首席架构师、产品经理等，有权做出项目决策。
架构涉众：包括开发、测试、运维、用户代表等，他们的利益与架构密切相关。

ATAM 的九个步骤（四阶段）：

第一阶段：演示与评估

ATAM方法演示：评估小组向项目参与者介绍ATAM的过程和目标。
业务动机演示 ：项目决策者介绍系统的业务目标 、主要功能 和最重要的质量属性目标。
架构演示：首席架构师详细阐述当前的架构设计，包括关键决策和设计思路。

第二阶段：调查与分析

确定架构方法 ：评估小组基于架构师的演示，识别并记录 出架构中使用的主要架构模式、风格和技术 （如微服务、缓存、负载均衡）。
生成质量属性效用树 ：这是ATAM的核心步骤。

效用：代表系统对涉众的整体价值。
效用树 ：一个分层结构，用于细化、排序和量化质量属性目标。
根节点：系统的总体效用。
质量属性节点：第一层子节点（如性能、安全性、可用性）。
细化场景节点：第二层子节点，将质量属性细化为更具体的场景（如"在高并发下保持低延迟"）。
叶子节点 ：每个场景都被赋予一个优先级（高、中、低） 和一个支持该场景的难度/风险估计（高、中、低）。
作用：效用树帮助团队聚焦于高优先级、高风险的场景，这些是评估的重点。

第三阶段：测试

分析架构方法 ：评估小组针对效用树中高优先级的场景，逐一拷问架构设计。

问题示例："为了实现'5秒内完成订单'这个性能场景，架构中采用了哪些具体机制？（如数据库分库分表、异步消息队列）这些机制是否足够？"

头脑风暴并确定场景优先级 ：邀请所有涉众提出更多他们关心的场景（不限于已列出的），然后通过投票方式确定这些新场景的优先级。
再次分析架构方法：对投票产生的高优先级新场景，重复第6步的分析过程。

第四阶段：报告

结果展示：评估小组向项目决策者展示最终的评估结果。核心输出包括：

已文档化的架构方法。
已确定并设置优先级的场景（来自效用树和头脑风暴）。
效用树。
风险决策：指那些可能无法满足某个重要质量属性的架构决策。
非风险决策：指那些经过分析被认为是良好的、能有效支持某个质量属性的决策。
敏感点：指一个或多个组件的属性，它对某个质量属性有显著影响。（例如，缓存大小是性能的敏感点）。
权衡点 ：指影响多个质量属性的架构决策，通常是权衡发生的地方。（例如，引入数据加密提高了安全性，但可能降低了性能；采用强一致性协议提高了一致性，但牺牲了可用性）。

2. SAAM - 软件架构分析方法 (Software Architecture Analysis Method)

特点：比ATAM更早、更简单，是ATAM的前身。
关注点 ：主要评估架构的可修改性（可维护性）。
核心过程 ：
1. 开发场景（描述可能发生的变更）。
2. 对场景进行分类（直接场景 vs. 间接场景）。
3. 执行场景评估（评估变更所需的工作量）。
4. 揭示交互（评估场景之间的耦合程度）。

三、架构评估中的核心概念（必考）

在评估过程中，会提炼出以下几个关键概念，用于描述架构的特性：

场景 (Scenario)：评估的基本单位，用于具体化质量属性需求（如前文所述的质量属性场景）。
敏感点 (Sensitivity Point) ：
- 定义：架构中一个或多个组件的属性 ，当它发生变化时，会对一个质量属性产生显著影响。
- 例子："缓存的大小是系统响应时间的敏感点。" 增大缓存可能显著提高响应速度。
权衡点 (Trade-off Point) ：
- 定义：架构中的一个属性，它与多个质量属性密切相关，并且这些影响是相互冲突的。
- 例子："是否对数据库连接进行加密是一个权衡点 。" 加密提高了安全性 ，但增加了CPU开销，可能降低性能。
风险 (Risk) ：
- 定义：根据当前架构设计，某个重要的质量属性目标可能无法实现的决策。
- 例子："为了追求开发速度，系统没有设计容灾方案，这是一个风险，威胁到系统的可用性。"
非风险 (Non-Risk) ：
- 定义：经过评估，被认为是良好的、能有效支持某个质量属性的架构决策。
- 例子："使用负载均衡器来分发Web请求，这是一个非风险 决策，它很好地支持了系统的可扩展性 和可用性。"

四、软考考点总结与应用

选择题：
- 直接考查架构评估的目的和价值。
- 考查 ATAM 和 SAAM 方法的定义、特点和区别。
- 考查 ATAM 的九个步骤 ，特别是效用树的作用。
- 考查敏感点、权衡点、风险、非风险的定义和区别，并能根据小案例进行判断。
- 考查评估中的参与角色及其职责。
案例分析题：
- 题目描述一个架构设计，并给出一些质量属性要求。
- 问题：请使用ATAM方法，对该架构进行评估，并说明评估的重点和可能输出的结果。
- 答题套路 ：
  1. 阐述ATAM流程：简述将按照演示、调查、测试、报告四个阶段进行。
  2. 构建效用树：根据案例中的质量要求，虚拟一个简单的效用树（例如，性能-高并发场景-高优先级/高风险）。
  3. 识别关键概念 ：
    - 敏感点：指出案例中影响某个质量属性的关键参数（如数据库连接池大小）。
    - 权衡点：指出案例中存在的架构决策冲突（如为了数据一致性采用分布式事务，牺牲了性能与可用性）。
    - 风险：指出案例中可能无法满足需求的决策（如单点数据库设计对可用性构成风险）。
  4. 提出建议：基于评估结果，提出架构改进方向。
论文题：
- 可能围绕"论软件架构评估在某项目中的应用 "、"ATAM方法与软件质量保证 "、"架构设计中的权衡策略"等主题。
- 写作时，必须：
  - 清晰描述项目背景和关键的架构决策。
  - 详细论述你如何组织或参与一次ATAM评估（角色、步骤）。
  - 重点分析评估中发现的权衡点 和风险，以及你是如何决策和解决这些问题的。
  - 总结架构评估为项目带来的实际价值（如避免了哪些潜在问题）。

总结

对于软考架构师，掌握系统架构评估的关键在于：

树立评估意识：将架构评估视为与架构设计同等重要的必备环节。
精通核心方法 ：深刻理解并能阐述 ATAM 的全过程，特别是效用树的分析。
清晰辨析概念 ：能准确区分敏感点、权衡点、风险和非风险，这是分析问题的语言。
具备实践能力：能将理论方法应用于实际案例，进行分析、诊断和提出改进建议。

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