首页 系统架构 一文搞懂架构设计的衡量标准:功能性、可用性、性能、可扩展性、安全性、协作效率、复杂度、成本效益

一文搞懂架构设计的衡量标准:功能性、可用性、性能、可扩展性、安全性、协作效率、复杂度、成本效益

大家好,我是汤师爷~

架构设计的首要目标是服务于业务需求。因此,我们不应该盲目追求所谓的"最厉害的"架构,而应该致力于寻找最适合当前业务环境和未来发展需求的架构方案。

衡量架构的合理性是一个复杂的过程,需要从多个角度进行全面评估。主要可以从以下视角进行分析:

  • 功能需求视角:评估架构是否有效支撑当前业务需求,并具有充分的灵活性以适应未来业务发展。
  • 非功能需求视角:评估系统的可用性、性能、可扩展性和安全性等关键技术指标。
  • 团队协作视角:评估架构能否有效促进团队协作和提升开发效率,包括复杂度管理和团队协作效率。
  • 成本效益视角:评估架构方案在技术投入和业务价值间的平衡,包括开发、运维、硬件和技术债等成本。

功能性

1、解决现有业务问题

架构设计必须能有效解决现有业务痛点,同时兼顾日常运营的各类场景。

以订单管理业务为例,系统需要处理订单创建、取消和退款退货等多种操作。当架构设计能为这些操作提供完整的功能支持,并在接口和模块层面实现清晰的职责划分时,就表明它具备良好的业务覆盖能力。

此外,如果架构能够平稳应对限时促销、活动闪购等非常规需求,则进一步证明了其设计的成熟度。

2、高效完成业务需求

优秀的架构应当让功能开发和迭代变得高效,而不是依靠打"补丁"来实现。

在理想情况下,当业务方提出新需求时,技术团队能够快速定位相关模块并进行扩展,无需对现有代码进行大规模修改。如果微服务或插件化架构规划合理,新功能只需在特定服务或插件中实现,无需影响整个系统,既节省了时间,又降低了风险。

3、前瞻性设计

业务需求总是在不断变化和升级。如果每次功能扩展都需要重构架构,不仅会浪费资源,还会增加运行风险。因此,评估架构设计的优劣,关键在于观察其应对未来变化的弹性。

好的架构在初期就应考虑版本迭代和模块替换的流程设计,确保业务逻辑和模块能够独立升级,避免出现"牵一发而动全身"的情况。当架构能够随业务演进而稳健成长时,就说明它在功能层面具备了前瞻性。

可用性

可用性是指系统能够长时间、连续不间断地正常运行的能力。

可用性通常用"几个9"来衡量,例如,"4个9"(99.99%)的可用性意味着系统在一年内的不可用时间不超过53.6分钟。在分布式系统中,高可用性通常通过以下几个方面来实现:

  • 冗余:通过增加机器、分担压力来降低风险。例如,同一服务部署在多台服务器上,或同一数据存储在多台服务器上互相备份。
  • 自恢复:系统在出现问题时能够快速恢复,不影响业务的可用性。这包括超时处理、重试机制、回滚和数据恢复等策略。
  • 限流:通过控制系统的访问量和流速,防止系统被过多的请求压垮。
  • 降级:在系统压力过大时,暂时关闭部分非核心功能,以保证核心功能的正常运行。

性能

性能主要包括响应时间、吞吐量和资源利用率等关键指标。系统需要在业务高峰期保持稳定响应,并且在数据量和请求量增加时避免出现明显卡顿。

提升性能有多种方法,包括使用缓存、异步通信和高效的负载均衡策略等。但需要注意的是,性能优化往往会增加成本。过度追求性能可能导致硬件和维护费用攀升,因此需要在性能和成本之间找到平衡点。

评价系统性能,主要关注以下指标:

  • 平均响应时间(ART):从发起请求到收到响应的平均耗时。
  • 吞吐量(TPS 或 QPS):每秒能够处理的请求量。
  • 资源利用率:CPU、内存、磁盘 I/O、网络带宽等的使用情况。
  • 95/99 分位响应时间:衡量大部分请求的耗时分布,用于发现长尾延迟问题。

可扩展性

可扩展性是指系统能够轻松适应未来的需求增长和业务扩张,而无需对系统架构进行重大改变。

具体来说,提升可扩展性包括以下几个方面:

  • 架构设计方面:采用合适的设计模式和架构设计(如DDD分层、微服务等),让系统能灵活地添加和扩展功能。
  • 性能方面:系统能通过增加硬件资源来应对业务增长,无需大幅修改代码。
  • 数据处理方面:能通过分库分表等技术处理快速增长的数据量。

安全性

安全性是系统中不可或缺的关键指标。它包含数据的保密性、完整性和可用性,需要防范外部攻击、内部误用和数据泄露。

安全体系涵盖了从网络层防御、应用层鉴权和加密,到数据层审计与备份的各个环节。常见的安全措施包括:

  • 权限管理:为不同角色设置恰当权限,防止越权访问。
  • 数据加密:在传输和存储两个层面实施加密策略。
  • 防火墙与安全组:限制端口开放范围,减少系统暴露面。
  • 漏洞扫描和渗透测试:主动发现系统安全隐患。

评估系统安全性时,除了合规性审计,还需要重点关注系统的防御能力和恢复能力。关键检查项包括:

  • 是否能有效防御 SQL 注入、XSS 等常见攻击。
  • 是否及时更新安全补丁。
  • 是否建立完善的日志审计和报警机制。

团队协作效率

架构设计最终需要在团队中落地。一个复杂的架构如果缺乏相应的团队支持,就难以维持。反之,一个没有架构约束的团队可能各自为政,导致系统割裂、技术栈混乱。

因此,团队协作和责任分担是衡量架构的重要维度。当架构将不同业务领域清晰地划分给对应的小组时,各小组只需关注自身的业务上下文,协作就会更加顺畅。但如果模块之间界限模糊,团队成员随意修改他人代码,就会增加沟通成本和冲突风险。

  • 需求到上线的平均周期:是否因跨团队协调而被严重拖延。
  • 跨部门沟通成本:是否有大量的重复开会、需求翻译或接口对接问题。
  • 故障归责与处理机制:发生故障后,能否迅速找到责任团队并进行修复。

优秀的架构设计必须结合团队的规模、组织文化和目标定位。大公司可能适合"按业务线分模块"的方式,小团队可能更适合"全栈式开发"的方式。没有放之四海而皆准的最佳实践,最适合团队的架构就是最好的架构。

复杂度

随着业务不断扩张,系统架构的复杂度会急剧上升。若不加以控制,系统将变得难以理解和维护,最终降低开发效率与创新能力。复杂度管理的核心就是在系统持续演进过程中,保持其可理解性和可维护性。

最常见的复杂度来源包括:

  • 功能的堆叠:持续添加新功能,但未及时梳理和优化现有功能与公共逻辑。
  • 模块过度拆分或不合理拆分:微服务或模块划分过细导致通信复杂,或模块过大难以维护。
  • 技术栈的混乱:各团队在不同时期引入多样化的语言、框架和工具,缺乏统一标准。

衡量复杂度管理,可以观察:

  • 模块依赖图的清晰度:服务之间的调用关系是否清晰可见。
  • 文档与现状的吻合度:文档过时未更新会加剧系统复杂度。
  • 团队对业务和架构的理解一致性:是否存在只有少数人了解的"黑盒模块"。

减轻复杂度,可以从以下方面着手:

  • 宏观层面:划分清晰的业务域、子域,使团队各自维护稳定的业务边界。
  • 中观层面:统一技术栈和框架选型,避免重复造轮子。
  • 微观层面:定期重构老旧模块,抽取公共组件,清理废弃代码。

成本效益

成本效益是指在满足核心指标和业务需求的前提下,系统的投入与产出是否达到平衡。

它涉及硬件资源、云服务开销、人力运维成本,以及技术债务带来的潜在支出。

如果过分追求高可用和高性能,而预算或团队资源有限,可能会得不偿失。

一些团队过早地建立了"高可用、高性能"的复杂系统,但业务规模并不匹配,导致投入产出比失衡。

另一些团队则在业务快速扩张后才意识到架构性能不足,不得不仓促应对,最终引发频繁的线上事故和大量加班。对架构师而言,准确把握系统规模和演进时机是一项重要考验。

本文来自博客园,作者:架构师汤师爷,转载请注明原文链接:https://www.cnblogs.com/tangshiye/p/18671260

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