架构思维：软件建模与架构设计的关键要点

1. 软件建模的核心概念

软件建模是对软件系统的抽象表示，帮助理解系统结构、行为和交互。

• 目的：通过模型（如UML图）清晰表达系统设计，确保开发团队、客户和其他相关方对系统有一致的理解。
• 两类建模对象：
  • 领域问题（如业务流程）→ 用例图、活动图。
  • 软件系统（如组件、部署）→ 部署图、组件图。

一方面我们要对领域问题和要设计的软件系统进行分析、设计、抽象，另一方面，我们根据抽象出来的模型进行开发，最终实现出一个软件系统，这就是软件开发的主要过程。而对领域问题和软件系统进行分析、设计和抽象的这个过程，就是软件建模设计。

2. 七种常用UML图及其应用场景

类图

类图是最常见的 UML 图形，用来描述类的特性和类之间的静态关系。

一个类包含三个部分：类的名字、类的属性列表和类的方法列表。类之间有 6 种静态关系：关联、依赖、组合、聚合、继承、泛化。把相关的一组类及其关系用一张图画出来，就是类图。

时序图

类图之外，另一种常用的图是时序图，类图描述类之间的静态关系，时序图则用来描述参与者之间的动态调用关系

组件图

组件是比类粒度更大的设计元素，一个组件中通常包含很多个类。组件图有的时候和包图的用途比较接近，组件图通常用来描述物理上的组件，比如一个 JAR、一个 DLL 等等。在实践中，我们进行模块设计的时候，用得更多的就是组件图。

部署图

部署图描述软件系统的最终部署情况，比如需要部署多少服务器，关键组件都部署在哪些服务器上。

用例图

用例图通过反映用户和软件系统的交互，描述系统的功能需求

状态图

状态图用来展示单个对象生命周期的状态变迁

活动图

活动图主要用来描述过程逻辑和业务流程。UML 中没有流程图，很多时候，人们用活动图代替流程图

3. 软件设计文档的三阶段结构

1. 需求分析阶段：

   • 输出：用例图（功能）、活动图（流程）、领域模型（类图）。
   • 目标：明确用户需求和核心业务流程。
   • 示例：电商系统需支持用户注册、商品搜索、下单支付（用例图）。

2. 概要设计阶段：

   • 输出：部署图（服务器布局）、组件图（模块划分）、组件时序图。
   • 目标：确定系统整体架构和技术选型。
   • 示例：初期部署2台Web服务器+1台数据库，后期扩展至分布式集群。

3. 详细设计阶段：

   • 输出：类图（详细类结构）、时序图（方法调用）、活动图（复杂逻辑）。
   • 目标：指导具体编码实现。
   • 示例：订单服务的类图定义Order、Payment类及其方法。

4. 架构设计的关键实践

以微博早期架构为例

1. 用例图：核心功能模块

• 用户管理：注册、登录、个人资料编辑。
• 内容发布：用户发布文字/图片/视频微博。
• 社交互动：关注/取消关注、点赞、评论、转发。
• 消息推送：实时通知（新粉丝、被@、评论提醒）。
• 热点聚合：热搜榜、话题标签聚合页。
• 数据流：

  +-------------+       +---------------+       +----------------+
  |   用户      | ----> | 发布微博      | ----> | 消息推送       |
  +-------------+       +---------------+       +----------------+
        |                   |                          |
        v                   v                          v
  +-------------+       +---------------+       +----------------+
  | 关注/取关   | <---- | 动态流        | <---- | 热搜榜         |
  +-------------+       +---------------+       +----------------+
  

2. 部署图：架构演进阶段

3. 技术挑战与解决方案

4. 关键架构图示例

部署图（高并发期）

                          +-------------------+
                          |    CDN节点        |
                          | (图片/视频加速)   |
                          +-------------------+
                                   ↑
                                   | 静态资源请求
                                   ↓
+---------------+       +-------------------+       +-------------------+
|  客户端       | ----> | Nginx反向代理      | ----> | Web集群           |
| (App/Web)     |       | (负载均衡)         |       | (Spring Boot)    |
+---------------+       +-------------------+       +-------------------+
                                   ↓                           ↓
                          +-------------------+       +-------------------+
                          | Redis集群         | <---- | Kafka消息队列     |
                          | (热点数据缓存)    |       | (异步任务处理)     |
                          +-------------------+       +-------------------+
                                   ↓                           ↓
                          +-------------------+       +-------------------+
                          | MySQL分库分表     |       | Elasticsearch集群 |
                          | (用户/微博分片)   |       | (全文检索)        |
                          +-------------------+       +-------------------+

5. 架构演进启示

1. 垂直拆分优先：先按业务拆分为用户服务、内容服务、推送服务，而非直接微服务化。
2. 异步解耦：消息队列（Kafka）解耦核心操作（如发微博后异步更新粉丝Feed流）。
3. 分层缓存策略：
   • 客户端缓存：App本地缓存历史Feed流。
   • CDN缓存：静态资源就近分发。
   • Redis缓存：热点元数据（如转发数）。
   • 本地缓存：Guava Cache缓存少量高频数据（如用户基础信息）。
4. 柔性可用性：在极端流量下，允许降级（如关闭图片预览）保核心功能（文字发布）。

通过微博案例可见，高并发架构需结合业务特性（强社交、实时性）逐步迭代，初期快速验证，后期通过分布式、异步化、缓存分层等策略应对亿级流量。

5.文档编写技巧

1. 分层递进：结构化表达设计意图

核心原则：从宏观到微观，逐层细化，避免信息过载。

分层示例

应用技巧：

• 自上而下拆解：先画部署图定义服务器布局，再细化组件图明确服务划分。
• 模块化文档：将文档拆分为《架构设计书》《数据库设计书》《接口规范》，通过超链接关联。
• 版本对比：用Git管理文档版本，标注架构演进关键节点（如从单体到微服务）。

2. 读者视角：精准匹配角色需求

核心原则：不同角色关注点不同，需定制化内容呈现。

角色定制化内容

应用技巧：

• 摘要页签：在文档开头增加“不同角色速查指南”，标注各角色必读章节。
• 多视图输出：同一模型生成不同视图，如给开发的详细类图 vs 给产品的简化流程图。
• 交互式文档：使用Confluence插件实现文档内模型交互（点击组件跳转代码仓）。

3. 工具推荐：高效建模与协作

根据团队规模与需求选择工具，平衡功能与成本。

工具对比与选型

选型决策树：

1. 是否需要与代码同步？
   • 是 → PlantUML（类图生成Java代码）
   • 否 → 进入下一步
2. 团队是否分布式协作？
   • 是 → Miro（实时协作白板）
   • 否 → 进入下一步
3. 项目复杂度如何？
   • 高 → Enterprise Architect（需求跟踪→测试用例）
   • 低 → Draw.io（快速出图）

6. 常见问题与解决策略

• 问题：如何避免设计文档过于冗长？

  • 策略：按需裁剪，核心模型配以简明文字；使用版本控制管理文档迭代。

• 问题：UML图与实际代码脱节？

  • 策略：结合代码生成工具（如PlantUML），保持模型与代码同步。

• 问题：团队协作中的模型理解不一致？

  • 策略：定期架构评审会议，用交互式工具（如Miro）协作绘图。

7. 总结

软件建模与设计文档是架构师的核心工具，通过UML图系统化表达设计意图，确保多方协作一致性。关键步骤包括：

1. 明确需求：用用例图、活动图梳理功能。
2. 规划架构：通过部署图、组件图定义技术方案。
3. 细化实现：类图、时序图指导开发。
4. 持续迭代：结合反馈优化模型与文档。