系统架构论文日常练习合集
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Hyplus目录
1 历年论文题目
| 时间 | 题目 |
|---|---|
| 2009 | 1. 论基于DSSA的软件架构设计与应用 2. 论信息系统建模方法 3. 论基于REST服务的Web应用系统设计 4. 论软件可靠性设计与应用 |
| 2010 | 1. 论软件的静态演化和动态演化及其应用 2. 论数据挖掘技术的应用 3. 论大规模分布式系统缓存设计策略 4. 论软件可靠性评价 |
| 2011 | 1. 论模型驱动架构在系统开发中的应用 2. 论企业集成平台的架构设计 3. 论企业架构管理与应用 4. 论软件需求获取技术及应用 |
| 2012 | 1. 论基于架构的软件设计方法及应用 2. 论企业应用系统的数据持久层架构设计 3. 论决策支持系统的开发与应用 4. 论企业信息化规划的实施与应用 |
| 2013 | 1. 论软件架构建模技术与应用 2. 论企业应用系统的分层架构风格 3. 论软件可靠性设计技术的应用 4. 论分布式存储系统架构设计 |
| 2014 | 1. 论软件需求管理 2. 论非功能性需求对企业应用架构设计的影响 3. 论软件的可靠性设计 4. 论网络安全体系设计 |
| 2015 | 1. 论应用服务器基础软件 2. 论软件系统架构风格 3. 论面向服务的架构及其应用 4. 企业集成平台的技术与应用 |
| 2016 | 1. 论体系系统架构评估其应用 2. 论软件设计模式及其应用 3. 论数据访问层设计技术及其应用 4. 论微服务架构及其应用 |
| 2017 | 1. 论软件系统建模方法及其应用 2. 论软件架构风格 3. 论无服务器架构及其应用 4. 论软件质量保证及其应用 |
| 2018 | 1. 论软件开发过程RUP及其应用 2. 论软件体系结构的演化 3. 论面向服务架构设计及其应用 4. 论NoSQL数据库技术及其应用 |
| 2019 | 1. 论软件设计方法及其应用 2. 论软件系统架构评估及其应用 3. 论数据湖技术及其应用 4. 论负载均衡技术在Web系统中的应用 |
| 2020 | 1. 论数据分片技术及其应用 2. 论云原生架构及其应用 3. 论软件测试中缺陷管理及其应用 4. 论企业集成架构设计及其应用 |
| 2021 | 1. 论面向方面的编程技术及其应用（AOP） 2. 论系统安全架构设计及其应用 3. 论企业集成平台的理解与应用 4. 论微服务架构及其应用 |
| 2022 | 1. 论基于构件的软件开发方法及其应用 2. 论软件维护方法及其应用 3. 论区块链技术及其应用 4. 论湖仓一体架构及其应用 |
| 2023 | 1. 论面向对象设计的应用与实现 2. 论多数据源集成的应用与实现 3. 论软件可靠性模型的设计与实现 4. 论边缘计算技术的设计与实现 |
| 2024上半年 | 1. 论大数据Lambda架构 2. 论模型驱动架构设计方法及其应用 3. 论单元测试方法及应用 4. 论云上自动化运维及其应用 |
| 2024下半年 | 1. 论面向服务的架构设计 2. 论软件维护及其应用 3. 论多源异构数据集成方法 4. 论分布式事务及其解决方案 |
2 范文：软件架构风格/质量属性评估/微服务架构
适用主题：软件架构风格、质量属性评估、性能设计、可靠性设计、可扩展性设计、微服务架构
【标题】软件架构风格与质量属性驱动的电商系统架构升级实践
【摘要】本论文围绕公司电商业务系统架构升级项目，针对原有Spring Boot单体架构性能瓶颈、可靠性不足、扩展性差等问题，以软件架构风格和质量属性评估为核心，采用微服务架构进行重构。设计中，通过服务拆分与数据库优化提升性能，借助Sentinel、Hystrix及监控平台增强可靠性，利用容器化、自动化部署技术实现高扩展性。经近两个月实施，新系统上线后QPS从500提升至8000，故障恢复时间缩至15分钟，部署频率提高至每日5次，稳定支撑业务发展，为同类项目提供实践参考。
2.1 引言
在数字化浪潮的推动下，电商行业竞争日趋激烈，高并发与快速迭代已成为电商系统的核心需求。随着公司电商业务的不断拓展，特别是限时抢购等营销活动的频繁开展，现有系统架构逐渐暴露出性能瓶颈、可靠性不足等诸多问题。
2023年5月，作为系统架构师，我主导了公司电商业务系统的架构升级项目。基于对软件架构风格与质量属性的深入分析，决定采用微服务架构进行系统重构，旨在通过合理选择架构风格，满足性能、可靠性、可扩展性等关键质量属性要求，从而保障系统稳定高效运行，以应对日益复杂的业务挑战。
2.2 软件架构风格与质量属性概述
软件架构风格是对系统结构、组件交互和组织方式的高层抽象。常见的架构风格包括分层架构、微服务架构、事件驱动架构等。分层架构通过将系统划分为前端、应用、数据等层次，实现各层功能解耦；微服务架构将系统拆解为细粒度、独立运行的服务，每个服务专注于特定业务功能，通过轻量级通信协议交互；事件驱动架构则基于消息队列，以事件触发的方式实现组件间异步解耦。
软件质量属性是架构设计的核心约束，直接影响系统的可用性和用户体验。性能方面，要求系统具备高吞吐量和低响应时间，以应对高并发访问；可靠性强调系统在故障情况下的稳定性，包括容错、自动恢复等能力；可扩展性则关乎系统能否灵活应对业务增长带来的负载变化。这些质量属性相互关联又存在权衡，如追求强一致性可能牺牲系统性能，架构设计需在它们之间寻求平衡。
【微服务架构优势概述】
微服务架构通过细粒度服务拆分带来显著优势：（复杂应用解耦）通过复杂应用解耦，微服务架构将单一模块应用分解为多个微服务，同时保持总体功能不变——小服务（且专注于做一件事情）、化整为零，有益于更好的团队协作；（独立）微服务在系统软件生命周期中是独立开发、测试及部署的，有益于快速迭代与部署；（技术选型灵活）基于HTTP/2等轻量通用协议实现跨语言、跨平台互操作，打破技术栈壁垒；（容错，故障隔离）由于各个微服务相互独立，故障被隔离在单个服务中，并且系统其他微服务可通过重试、平稳退化等机制实现应用层容错，从而提高系统应用的容错性；（具有高可伸缩性）结合持续集成/持续部署（CI/CD）实现基础设施自动化，从构建到部署全流程高效协同，形成松耦合、易扩展且能快速响应变化的架构体系。
【微服务架构面临的挑战】
微服务架构目前也面临着一系列问题与挑战：（分布式特性）分布式系统的编程难度更大，因为远程调用慢，而且总存在失败的风险；（最终一致性）分布式系统的强一致性很难，开发人员需要处理最终一致性的问题；（运维的复杂性）需要成熟的运维团队，管理很多需要重新部署的服务。
2.3 项目背景与问题分析
【项目背景】
公司电商系统承载商品售卖、限时抢购、满减优惠等业务，其中月末限时抢购订单量极为火爆。随着公司计划开展更多创新营销活动，现有系统架构难以满足业务发展需求。
【系统现状】
系统基于Spring Boot搭建，包含订单处理、商品展示等单体应用子系统，通过HTTP/2接口交互。数据库采用两台MySQL服务器主从复制，前端由一台Nginx进行反向代理。在业务高峰期，系统出现响应缓慢、服务崩溃等问题。
【问题分析】
从质量属性视角审视，系统主要存在三大问题：性能方面，单体架构致使服务资源竞争激烈，数据库写入能力不足，订单创建延迟超2秒，难以支撑高并发业务；可靠性层面，服务间未做有效隔离，故障极易扩散，曾因库存服务超时引发交易链路中断30分钟的服务雪崩事故；可扩展性上，单体应用横向扩展需整体扩容，资源利用效率低下，难以适配业务快速增长带来的动态负载变化。
2.4 基于质量属性的架构设计方案与实施
为有效解决系统现存问题，满足性能、可靠性、可扩展性等关键质量属性要求，我们以微服务架构为基础，从多个维度制定了全面且针对性强的架构设计方案，并逐步推进实施。
【性能设计】
在性能优化层面，针对系统在高并发下响应迟缓、资源利用率低的问题，我们通过精细化的服务拆分与深度数据库优化策略，提升系统整体吞吐量与响应速度。具体实施中，我们将Spring Boot框架迁移至Spring Cloud Alibaba，以Nacos实现服务注册与发现，采用HTTP/2、Dubbo及RocketMQ提升服务间的通信效率。
【可靠性设计】
在可靠性保障方面，鉴于原有架构中服务雪崩风险高、故障恢复慢的弊端，我们构建了包含容错机制与全方位监控报警体系的可靠性保障方案，增强系统抵御故障的能力，确保核心业务流程稳定运行。为此，我们引入Sentinel和Hystrix保障流量控制与降级策略，并在商品展示等子系统中内置降级机制，以降低潜在风险。
【可扩展性设计】
在可扩展性提升上，为适配业务快速增长带来的动态负载变化，我们依托容器化技术与自动化部署流程，设计了一套具备弹性伸缩能力和灵活部署特性的方案，实现系统资源的智能调配与高效扩展。具体实施中，我们基于Kubernetes搭建容器环境，通过HPA实现弹性伸缩，并使用Jenkins构建自动化流水线，集成单元测试、代码扫描与持续部署。此外，针对秒杀业务，我们独立拆分订单处理子系统，采用Redis削峰与Debezium进行数据同步。
在经过测试环境验证后，我们通过灰度发布的方式将新架构上线至生产环境，确保平稳过渡并降低风险。
2.5 效果验证与经验总结
新系统得到了领导与客户的广泛好评，上线运行后表现十分稳定，核心质量属性实现大幅跃升：性能上，QPS从500跃升至8000，订单创建延迟显著下降，从容应对高并发场景；可靠性方面，故障恢复时间由2小时锐减至15分钟，系统可用性从99.5%提升至99.95%，彻底杜绝服务雪崩隐患；可扩展性得到质的突破，服务部署频率从每周1次提升至每日5次，可敏捷响应业务需求，灵活应对流量起伏。
在本次电商系统架构升级项目中，深刻体会到以软件质量属性为驱动进行架构设计的重要性。架构师需要充分理解业务需求，精准把握性能、可靠性、可扩展性等质量属性之间的权衡关系，选择合适的架构风格和技术方案。同时，项目实施过程中团队协作、技术培训以及持续的监控优化也至关重要。未来，随着技术不断发展，将持续关注新技术，进一步提升系统架构的合理性和先进性，为公司业务发展提供更强有力的支撑。
3 论文素材
我担任……该项目2024年5月完成系统上线，2024年6月通过最终验收，得到了用户的一致肯定，顺利达成了项目既定目标。尤其在系统整体技术架构方面，效果尤为突出，一是保持了较好的灵活性，提供了较多的基础组件，使得应用功能便于横向扩充，满足了项目业务灵活性；二是系统性能整达到各个层次的整合设计，数据库层（分片、读写分离）、应用开发层（缓存技术、查询条件的严格限制），服务部署层（采用集群部署、F5分发），使得业务日处理能力5500万单以上，预留了80%性能，满足了公司未来3\~5年的业务增量。
以该项目为例，就系统架构设计的XXX方面进行讨论，具体从规划XXX、管理XX和控制XX及XXXX管理这几个过程来进行论述。
（论文主干，出哪个方面就写哪个方面（每一列为一个方面），里面每个点至少写1\~2段，凑够1500\~1800+字，重点突出“我”作为项目架构师的思考和实践。）
3.1 性能设计
- 性能设计是一个整体，必须有整体的一致性，避免“大河接了小水管”的片面设计。如何做到整体：
- 充分理解需求
- 梳理运行环境
- 全流程分析
- 分层模型
- 性能设计要抓住关键部分——风险点
- 哪些地方是风险点
- 哪些地方是敏感点
- 哪些地方是权衡点
- 要敢于突破
- 特定环境要敢于突破
- 例如必须用接口
- 例如不准用存储过程
- 要有效地验证
- 评估推算
- 模拟验证
3.2 软件架构（质量）评估
- 质量的要点
- 性能
- 可靠性：出错情况下的容错能力
- 可用性：正常/异常时间比；两次异常间隔时间
- 安全性
- 可修改性
- 功能性
- 可变性
- 互操作性
- 采用的评估方法+实施过程+实际效果。（2选1）
- SAAM
- ATAM
3.3 数据库访问层设计
- 五种访问模式
- 在线访问：业务之间访问数据，无数据库访问层
- DAO：将底层数据库与高层业务逻辑分开，访问特定数据源
- DTO：一组对象组成的数据容器。跨进程或者跨网络传输数据
- 离线数据模型：从数据源获得数据后，按照预定结构存放在系统中的数据。往往与XML集成使用
- ORM：可以是一种工具或者平台，将程序中的数据映射成关系数据库中的记录，或者反之。使得开发面向对象，简化数据库开发相关工作。
- 实际使用效果。
- 哪些场景实际用了什么设计方法，为什么、如何设计的，取得的效果如何。
- 在业务逻辑部分，采用ORM模式。
- 在特定的高性能数据提取要求情况下，采取了之间读取数据库（极个别）
- 在系统数据内部自运算环境，采用了个别存储过程。以保持效率。
3.4 微服务架构
- 微服务的好处
- 实现组件化：单个服务实现简单，能够聚焦一个指定的业务功能或业务需求。
- 功能明确，易于理解。小团队能够更关注自己的工作成果。
- 围绕业务功能构建开发团队。更符合企业的分工与组织结构。
- 支持多种语言和平台（采用HTTP等通用、轻量协议交互）进行互操作。支持不同平台。
- 离散化数据管理。无法创建或维护统一的数据模型，需要进行数据模型的离散化管理？
- 基础设施自动化。 通过持续集成工具实现基础设施自动化。
- 实际使用情况。
- 使用已经有的微服务基础设施：
- 用户登录认证服务
- 用户权限控制服务
- 主数据集合服务
- 接口发现服务
- ……
- 主要遇到的问题：
- 微服务不是越多越好，需要充分理解用户需求、实际业务场景的前提下，做出合理划分归集
- 基础设施的要求更高
- 信息安全挑战加大
- 使用已经有的微服务基础设施：
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