系统架构设计规范

1. 简介

1.1 目的

本规范旨在统一系统架构设计标准，确保系统架构的合理性、可扩展性、可维护性和高性能，为开发团队提供架构设计的指导原则和最佳实践。

1.2 适用范围

适用于所有系统架构设计、技术选型、系统集成等架构相关工作。

1.3 术语定义

2. 架构设计原则

2.1 基本原则

2.1.1 单一职责原则

• 每个模块、服务或组件应该只负责一个明确的功能
• 避免功能耦合，提高代码可维护性
• 模块边界清晰，职责明确

2.1.2 开闭原则

• 对扩展开放，对修改关闭
• 通过接口和抽象类实现扩展性
• 避免直接修改现有代码，通过扩展实现新功能

2.1.3 依赖倒置原则

• 高层模块不应该依赖低层模块，两者都应该依赖抽象
• 抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象
• 使用接口和依赖注入实现解耦

2.1.4 接口隔离原则

• 客户端不应该依赖它不需要的接口
• 接口应该小而专一，避免臃肿的接口
• 按需实现接口，避免实现不必要的方法

2.1.5 最小知识原则

• 一个对象应该对其他对象有最少的了解
• 减少模块间的直接依赖
• 通过中间层或接口进行通信

2.2 架构设计目标

2.2.1 可扩展性

• 水平扩展：支持通过增加服务器实例提升系统处理能力
• 垂直扩展：支持通过提升单机性能提升系统处理能力
• 功能扩展：支持新功能的快速接入，不影响现有功能

2.2.2 可维护性

• 代码清晰：代码结构清晰，易于理解和修改
• 文档完善：架构文档、接口文档、代码注释完整
• 模块化设计：功能模块化，便于独立维护和升级

2.2.3 高性能

• 响应时间：API接口响应时间 ≤1 秒，页面响应时间 ≤2 秒
• 吞吐量：支持高并发请求处理
• 资源利用：合理利用系统资源，避免资源浪费

2.2.4 高可用

• 系统可用性：系统可用性 ≥99.5%
• 故障恢复：支持快速故障检测和自动恢复
• 容灾能力：支持异地容灾，保证业务连续性

2.2.5 安全性

• 数据安全：数据传输和存储加密
• 访问控制：基于角色的访问控制（RBAC）
• 安全审计：完整的操作日志和审计功能

3. 架构模式选择

3.1 单体架构

3.1.1 适用场景

• 项目初期，团队规模较小（5-10人）
• 业务逻辑相对简单，功能模块耦合度高
• 用户量较小，并发量不高（<1000）
• 开发周期短，需要快速上线

3.1.2 架构特点

• 优势：

  • 开发简单，所有功能集中在一个应用中
  • 部署简单，只需部署一个应用
  • 性能优良，避免服务间网络调用开销
  • 数据一致性容易保证
  • 成本较低，资源利用率高

• 劣势：

  • 扩展性受限，难以按需扩展单个功能
  • 技术栈统一，难以使用不同技术
  • 代码耦合度高，维护成本随规模增长

3.1.3 技术选型

• 后端框架：Spring Boot
• 数据库：MySQL / PostgreSQL
• 缓存：Redis
• 消息队列：RabbitMQ（可选）
• 文件存储：OSS / 本地存储

3.2 微服务架构

3.2.1 适用场景

• 项目规模较大，团队规模较大（>20人）
• 业务复杂，功能模块相对独立
• 用户量大，并发量高（>10000）
• 需要支持多技术栈，快速迭代

3.2.2 架构特点

• 优势：

  • 服务独立部署，按需扩展
  • 技术栈灵活，不同服务可使用不同技术
  • 故障隔离，单个服务故障不影响整体
  • 团队独立，支持并行开发

• 劣势：

  • 系统复杂度高，需要服务治理
  • 网络调用开销，性能相对较低
  • 数据一致性难保证，需要分布式事务
  • 运维成本高，需要完善的监控和日志

3.2.3 技术选型

• 服务框架：Spring Cloud / Dubbo
• 服务注册：Nacos / Eureka / Consul
• 配置中心：Nacos / Apollo
• API网关：Spring Cloud Gateway / Zuul
• 负载均衡：Ribbon / Nginx
• 熔断降级：Sentinel / Hystrix
• 分布式追踪：Sleuth + Zipkin / SkyWalking

3.3 架构选择决策流程

4. 分层架构规范

4.1 标准分层架构

4.1.1 整体分层

4.1.2 各层职责

表现层（Presentation Layer）

• 接收用户请求，参数校验
• 调用应用层服务
• 返回响应结果
• 异常处理和统一响应格式

应用层（Application Layer）

• 业务流程编排
• 事务管理
• 调用领域层服务
• 数据转换（DTO ↔ Entity）

领域层（Domain Layer）

• 业务逻辑核心实现
• 领域模型定义
• 业务规则验证
• 领域服务实现

基础设施层（Infrastructure Layer）

• 数据持久化实现
• 外部服务调用
• 消息队列实现
• 缓存实现

4.2 包结构规范

4.2.1 标准包结构

com.company.project
├── controller          # 表现层：控制器
│   ├── request         # 请求对象
│   └── response        # 响应对象
├── service             # 应用层：业务服务
│   ├── impl           # 服务实现
│   └── dto            # 数据传输对象
├── domain             # 领域层：领域模型
│   ├── entity         # 实体类
│   ├── repository     # 仓储接口
│   └── service        # 领域服务
├── infrastructure     # 基础设施层
│   ├── persistence    # 持久化实现
│   ├── cache          # 缓存实现
│   └── external       # 外部服务调用
├── config             # 配置类
├── common             # 公共组件
│   ├── exception      # 异常定义
│   ├── constant       # 常量定义
│   └── util           # 工具类
└── Application.java    # 启动类

4.3 层间交互规范

4.3.1 依赖方向

• 严格单向依赖：上层可以依赖下层，下层不能依赖上层
• 接口隔离：通过接口定义层间交互，避免直接依赖实现
• 依赖注入：使用依赖注入框架（如Spring）管理依赖关系

4.3.2 数据传递

• DTO（Data Transfer Object）：表现层和应用层之间传递
• Entity（实体对象）：领域层内部使用
• VO（View Object）：表现层返回给前端的数据对象

5. 技术选型规范

5.1 后端技术选型

5.1.1 开发框架

5.1.2 数据库选型

5.1.3 中间件选型

5.2 前端技术选型

5.2.1 Web前端

5.2.2 移动端

5.3 基础设施选型

5.3.1 容器化

5.3.2 监控运维

6. 接口设计规范

6.1 RESTful API设计

6.1.1 URL设计规范

• 使用名词：使用名词表示资源，避免使用动词
• 使用复数：资源名称使用复数形式
• 层级关系：使用路径表示资源层级关系
• 版本控制：在URL中包含版本号（如 /api/v1/users）

示例：

GET    /api/v1/users           # 获取用户列表
GET    /api/v1/users/{id}       # 获取指定用户
POST   /api/v1/users            # 创建用户
PUT    /api/v1/users/{id}       # 更新用户
DELETE /api/v1/users/{id}       # 删除用户

6.1.2 HTTP方法规范

6.1.3 状态码规范

6.2 请求响应规范

6.2.1 统一响应格式

{
  "code": 200,
  "message": "success",
  "data": {
    // 业务数据
  },
  "timestamp": 1640995200000
}

6.2.2 分页响应格式

{
  "code": 200,
  "message": "success",
  "data": {
    "list": [],
    "total": 100,
    "pageNum": 1,
    "pageSize": 10,
    "pages": 10
  }
}

6.2.3 错误响应格式

{
  "code": 400,
  "message": "参数校验失败",
  "data": null,
  "errors": [
    {
      "field": "username",
      "message": "用户名不能为空"
    }
  ]
}

6.3 接口文档规范

6.3.1 文档内容要求

• 接口描述：清晰描述接口功能和用途
• 请求参数：详细说明请求参数类型、是否必填、默认值、示例
• 响应参数：详细说明响应字段含义和类型
• 请求示例：提供完整的请求示例
• 响应示例：提供成功和失败的响应示例
• 错误码说明：列出可能的错误码和含义

6.3.2 文档工具

• Swagger：自动生成API文档
• Postman：接口测试和文档
• Markdown：手动编写接口文档

7. 安全架构规范

7.1 认证授权

7.1.1 认证方式

• JWT Token：无状态认证，适合分布式系统
• Session：有状态认证，适合单体应用
• OAuth 2.0：第三方授权认证
• SSO：单点登录

7.1.2 授权方式

• RBAC：基于角色的访问控制
• ABAC：基于属性的访问控制
• 权限控制：接口级权限、数据级权限

7.2 数据安全

7.2.1 传输安全

• HTTPS：所有API接口使用HTTPS协议
• TLS 1.2+：使用TLS 1.2或更高版本
• 证书管理：定期更新SSL证书

7.2.2 存储安全

• 数据加密：敏感数据加密存储
• 密码加密：使用BCrypt等安全算法加密密码
• 脱敏处理：日志和响应中敏感信息脱敏

7.3 接口安全

7.3.1 防攻击措施

• 参数校验：严格校验所有输入参数
• SQL注入防护：使用参数化查询，避免SQL注入
• XSS防护：对用户输入进行转义处理
• CSRF防护：使用CSRF Token防护
• 限流控制：接口限流，防止恶意请求

7.3.2 安全审计

• 操作日志：记录所有敏感操作
• 访问日志：记录API访问日志
• 异常监控：监控异常访问行为

8. 性能架构规范

8.1 缓存策略

8.1.1 缓存层级

• 浏览器缓存：静态资源缓存
• CDN缓存：静态资源CDN加速
• 应用缓存：Redis缓存热点数据
• 数据库缓存：数据库查询缓存

8.1.2 缓存设计

• 缓存键设计：使用有意义的键名，包含业务标识
• 过期策略：设置合理的过期时间
• 缓存更新：数据更新时同步更新缓存
• 缓存穿透：防止缓存穿透和缓存击穿

8.2 数据库优化

8.2.1 索引优化

• 主键索引：所有表必须有主键
• 唯一索引：唯一字段建立唯一索引
• 复合索引：多字段查询建立复合索引
• 索引维护：定期分析索引使用情况

8.2.2 查询优化

• 避免全表扫描：使用索引查询
• 分页查询：大数据量使用分页查询
• **避免SELECT ***：只查询需要的字段
• JOIN优化：合理使用JOIN，避免多表JOIN

8.3 异步处理

8.3.1 异步场景

• 耗时操作：文件上传、邮件发送等
• 批量处理：批量数据处理
• 消息通知：短信、邮件通知

8.3.2 实现方式

• 消息队列：使用RabbitMQ、Kafka等
• 线程池：使用线程池处理异步任务
• 定时任务：使用定时任务处理批量操作

9. 部署架构规范

9.1 部署环境

9.1.1 环境划分

• 开发环境：开发人员本地开发
• 测试环境：功能测试、集成测试
• 预发布环境：生产环境镜像，用于最终验证
• 生产环境：正式运行环境

9.1.2 环境隔离

• 网络隔离：不同环境网络隔离
• 数据隔离：不同环境使用独立数据库
• 配置隔离：不同环境使用不同配置文件

9.2 部署方式

9.2.1 部署架构

9.2.2 高可用部署

• 多实例部署：应用多实例部署，负载均衡
• 数据库主从：数据库主从复制，读写分离
• Redis集群：Redis集群模式，高可用
• 容灾备份：定期备份，支持快速恢复

9.3 监控告警

9.3.1 监控指标

• 应用监控：CPU、内存、线程、GC
• 接口监控：响应时间、吞吐量、错误率
• 数据库监控：连接数、慢查询、锁等待
• 系统监控：磁盘、网络、负载

9.3.2 告警规则

• 错误率告警：错误率超过阈值告警
• 响应时间告警：响应时间超过阈值告警
• 资源告警：CPU、内存使用率超过阈值告警
• 业务告警：业务指标异常告警

10. 架构文档规范

10.1 文档类型

10.1.1 架构设计文档

• 系统架构图：整体架构图、功能架构图
• 技术选型说明：技术选型理由和对比
• 模块设计：各模块职责和接口设计
• 数据库设计：数据库表结构和关系

10.1.2 接口文档

• API接口文档：接口URL、参数、响应
• 接口变更记录：接口版本变更记录
• 接口测试用例：接口测试用例和结果

10.1.3 部署文档

• 环境要求：硬件、软件环境要求
• 部署步骤：详细的部署步骤
• 配置说明：配置文件说明
• 常见问题：部署常见问题和解决方案

10.2 文档维护

10.2.1 文档更新

• 及时更新：架构变更时及时更新文档
• 版本管理：文档版本管理，记录变更历史
• 评审机制：重要文档需要评审

10.2.2 文档规范

• 格式统一：使用统一的文档格式
• 图表清晰：架构图、流程图清晰易懂
• 示例完整：提供完整的代码示例和配置示例

11. 架构评审规范

11.1 评审流程

11.1.1 评审时机

• 项目启动：项目启动时进行架构评审
• 重大变更：架构重大变更时进行评审
• 技术选型：新技术选型时进行评审

11.1.2 评审内容

• 架构合理性：架构设计是否合理
• 技术选型：技术选型是否合适
• 可扩展性：是否满足扩展需求
• 性能要求：是否满足性能要求
• 安全要求：是否满足安全要求

11.2 评审标准

11.2.1 评审检查清单

• [ ] 架构设计符合业务需求
• [ ] 技术选型合理，有充分理由
• [ ] 分层清晰，职责明确
• [ ] 接口设计符合RESTful规范
• [ ] 安全措施完善
• [ ] 性能优化方案合理
• [ ] 部署方案可行
• [ ] 文档完整清晰

12. 附录

12.1 参考资源

• Spring Boot官方文档
• Spring Cloud官方文档
• RESTful API设计指南
• 微服务架构设计模式

12.2 工具推荐

• 架构设计工具：Draw.io、PlantUML、Lucidchart
• API文档工具：Swagger、Postman、Apifox
• 监控工具：Prometheus、Grafana、SkyWalking

备注：本规范为通用架构设计规范，具体项目可根据实际情况进行调整和补充。