2025年國際計算機認證真題《系統(tǒng)架構(gòu)師》試卷考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述系統(tǒng)架構(gòu)師在項目團隊中通常扮演的角色及其主要職責。二、請比較面向?qū)ο蠹軜?gòu)（OOA/OOD）和面向服務架構(gòu)（SOA）在設(shè)計哲學、核心思想、主要優(yōu)勢及適用場景方面的異同。三、某電商平臺需要支持在高峰時段處理數(shù)百萬并發(fā)用戶訪問，請闡述在設(shè)計其系統(tǒng)架構(gòu)時，應考慮哪些關(guān)鍵性能指標，并說明如何通過架構(gòu)設(shè)計手段來滿足這些指標的要求。四、解釋什么是微服務架構(gòu)，并分析采用微服務架構(gòu)相比傳統(tǒng)的單體架構(gòu)，在系統(tǒng)可擴展性、技術(shù)異構(gòu)性、開發(fā)部署靈活性等方面帶來的優(yōu)勢和可能面臨的挑戰(zhàn)。五、在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計中，什么是“YAGNI”（YouAin'tGonnaNeedIt）原則？請結(jié)合一個具體的架構(gòu)設(shè)計場景，說明遵循該原則的重要性。六、設(shè)計一個簡單的在線音樂播放服務的架構(gòu)。該服務需要支持用戶注冊登錄、音樂庫管理、歌曲搜索、播放控制等功能。請描述該系統(tǒng)的核心組件、組件間的主要交互流程，并簡述你在選擇關(guān)鍵技術(shù)（如數(shù)據(jù)庫、消息隊列、緩存）時考慮的因素。七、什么是架構(gòu)決策記錄（ADR-ArchitectureDecisionRecord）？請說明創(chuàng)建ADR的目的是什么，并列舉一個在架構(gòu)設(shè)計中需要進行記錄的關(guān)鍵決策及其內(nèi)容要素。八、當系統(tǒng)需要處理大量實時數(shù)據(jù)流時（例如，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)、用戶行為日志），架構(gòu)師需要考慮哪些關(guān)鍵問題？請闡述設(shè)計此類系統(tǒng)架構(gòu)時需要關(guān)注的核心組件、數(shù)據(jù)處理流程以及需要解決的技術(shù)挑戰(zhàn)。九、簡述系統(tǒng)架構(gòu)中的“高可用性”和“容錯性”概念，并說明它們之間的關(guān)系。請列舉至少三種常用的架構(gòu)模式或技術(shù)手段，用以提高系統(tǒng)的可用性和容錯性。十、在評估一個潛在的第三方服務或組件（例如，云服務提供商的某個API、開源庫）是否適合納入系統(tǒng)架構(gòu)時，架構(gòu)師應考慮哪些關(guān)鍵因素？十一、請描述在進行架構(gòu)設(shè)計評審時，評審者通常會關(guān)注哪些方面？并說明架構(gòu)師如何有效地準備和呈現(xiàn)架構(gòu)設(shè)計，以獲得有價值的反饋。十二、隨著業(yè)務發(fā)展，原有的系統(tǒng)架構(gòu)可能變得難以維護和擴展。請闡述架構(gòu)師在評估和重構(gòu)一個老舊系統(tǒng)架構(gòu)時，通常需要經(jīng)歷的步驟以及需要重點考慮的問題。試卷答案一、系統(tǒng)架構(gòu)師在項目團隊中通常扮演著核心角色，負責定義系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和組件交互方式，確保系統(tǒng)滿足功能性需求和非功能性需求。其主要職責包括：理解業(yè)務需求和用戶場景，進行需求分析與翻譯；設(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)，選擇合適的技術(shù)棧和架構(gòu)模式；制定架構(gòu)規(guī)范和標準，指導開發(fā)團隊的實施；進行技術(shù)選型與評估，權(quán)衡利弊；管理架構(gòu)風險，識別潛在問題并提出解決方案；促進團隊溝通與協(xié)作，確保架構(gòu)設(shè)計的有效落地；以及負責架構(gòu)的演進與優(yōu)化。架構(gòu)師需要具備技術(shù)深度、業(yè)務理解力、溝通協(xié)調(diào)能力和前瞻性視野。二、面向?qū)ο蠹軜?gòu)（OOA/OOD）和面向服務架構(gòu)（SOA）的主要異同如下：*設(shè)計哲學：OOA/OOD基于對象和封裝，強調(diào)通過對象及其交互來建模問題域；SOA基于服務和接口，強調(diào)通過松耦合的服務及其組合來構(gòu)建系統(tǒng)。*核心思想：OOA/OOD關(guān)注數(shù)據(jù)和操作封裝在對象內(nèi)部，強調(diào)繼承和多態(tài)；SOA關(guān)注業(yè)務能力封裝在服務內(nèi)部，強調(diào)通過標準接口進行交互。*主要優(yōu)勢：OOA/OOD有助于提高代碼復用性、可維護性和可擴展性，更符合自然的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；SOA有助于提高業(yè)務敏捷性、組件重用（跨應用）和獨立部署能力。*適用場景：OOA/OOD適用于內(nèi)部系統(tǒng)、需要緊密耦合和復用業(yè)務邏輯的場景；SOA適用于大型、復雜、跨部門或跨組織的系統(tǒng)，需要高內(nèi)聚、低耦合和獨立演進的場景。*組件粒度：OOA/OOD的組件粒度通常較?。悾?，SOA的組件粒度通常較大（服務）。*交互方式：OOA/OOD內(nèi)部交互通常通過方法調(diào)用（緊耦合）；SOA內(nèi)部交互通常通過標準協(xié)議（如HTTP/REST,SOAP）和消息（松耦合）。三、設(shè)計高并發(fā)系統(tǒng)架構(gòu)時，應考慮的關(guān)鍵性能指標包括：并發(fā)用戶數(shù)（QPS/TPS）、響應時間（Latency）、吞吐量（Throughput）、資源利用率（CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡、磁盤IO）、系統(tǒng)容量和可擴展性。*水平擴展：設(shè)計可水平擴展的架構(gòu)，通過增加服務器實例來應對流量增長。*負載均衡：使用負載均衡器分發(fā)請求到多個后端服務實例。*緩存策略：合理使用緩存（如CDN、分布式緩存）減少對后端服務的請求壓力。*異步處理：采用消息隊列等技術(shù)進行異步通信和任務處理，解耦系統(tǒng)組件，提高吞吐量。*數(shù)據(jù)庫優(yōu)化：設(shè)計高效的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，使用索引、分庫分表、讀寫分離等技術(shù)提升數(shù)據(jù)庫性能。*無狀態(tài)設(shè)計：將服務設(shè)計為無狀態(tài)，便于水平擴展和負載均衡。*資源隔離：利用容器化（如Docker）或虛擬化技術(shù)進行資源隔離，保證服務穩(wěn)定性。四、微服務架構(gòu)是一種將大型應用拆分為一組小型的、獨立部署的服務集合的架構(gòu)風格。每個服務都圍繞特定的業(yè)務能力構(gòu)建，服務之間通過輕量級通信機制（通常是HTTPAPI或消息隊列）進行交互。采用微服務架構(gòu)相比單體架構(gòu)的優(yōu)勢：*可擴展性：可以獨立擴展需要高負載的服務，資源利用率更高。*技術(shù)異構(gòu)性：每個服務可以選擇最適合其業(yè)務需求的技術(shù)棧。*開發(fā)部署靈活性：服務可以獨立開發(fā)、測試、部署和版本迭代，縮短交付周期。*容錯性：一個服務的故障通常不會導致整個系統(tǒng)崩潰（需要適當設(shè)計）。*團隊組織：更容易形成小而全的跨職能團隊，對業(yè)務負責。*獨立運維：每個服務可以獨立監(jiān)控和運維。面臨的挑戰(zhàn)：*分布式系統(tǒng)復雜度：需要處理網(wǎng)絡延遲、服務發(fā)現(xiàn)、分布式事務、數(shù)據(jù)一致性等問題。*運維成本：需要管理大量獨立服務實例，部署、監(jiān)控、日志聚合等更復雜。*測試復雜性：端到端測試更困難，需要模擬依賴服務。*團隊溝通成本：服務間依賴需要團隊間加強溝通協(xié)作。*部署協(xié)調(diào)：多服務聯(lián)合部署可能需要復雜的協(xié)調(diào)機制。五、“YAGNI”（YouAin'tGonnaNeedIt）原則是軟件開發(fā)中的一種經(jīng)驗法則，意思是“你現(xiàn)在不會需要它”。它提倡只實現(xiàn)當前需求所必需的功能，避免過度設(shè)計和添加尚未被證明或目前不需要的功能。遵循YAGNI原則的重要性在于：*減少浪費：避免在尚未明確需求的情況下投入時間和資源進行復雜的設(shè)計和開發(fā)，減少無效工作。*提高專注度：使團隊能夠?qū)Ｗ⒂诋斍白钪匾臉I(yè)務功能。*降低風險：減少不必要代碼引入的潛在bug和技術(shù)債務。*簡化系統(tǒng)：保持系統(tǒng)簡潔，易于理解、測試和維護。*避免過早優(yōu)化：避免為了可能的需求而進行不切實際或難以驗證的優(yōu)化。*適應變化：當未來需求變化時，簡潔的基礎(chǔ)更容易適應調(diào)整。例如，在設(shè)計一個初始功能的用戶注冊模塊時，只需實現(xiàn)核心的郵箱驗證和密碼設(shè)置功能。避免預先設(shè)計復雜的用戶畫像分析系統(tǒng)、推薦引擎接口或第三方社交登錄集成，因為這些功能可能在未來某個階段才需要，過早實現(xiàn)會分散精力并可能做無用功。六、在線音樂播放服務架構(gòu)設(shè)計示例：*核心組件：*API網(wǎng)關(guān)（Gateway）：作為單一入口，處理認證授權(quán)、路由請求、限流熔斷等。*用戶服務（UserService）：負責用戶注冊、登錄、個人信息管理（無狀態(tài)設(shè)計）。*音樂庫服務（MusicLibraryService）：負責音樂信息管理（歌曲、專輯、藝術(shù)家），提供增刪改查接口（可分庫分表）。*歌曲播放服務（PlaybackService）：負責處理播放請求，對接音源，處理播放狀態(tài)、播放列表等（可能需要處理高并發(fā)和狀態(tài)同步）。*緩存服務（CacheService，如Redis）：緩存熱門音樂信息、用戶會話、播放列表等，提高訪問速度。*任務隊列（TaskQueue，如MQ/Kafka）：用于處理耗時任務，如音樂轉(zhuǎn)碼、數(shù)據(jù)同步、通知發(fā)送等。*搜索引擎（SearchService，如Elasticsearch）：提供高效的音樂搜索功能。*消息服務（MessageService，如NATS/Kafka）：服務間異步通信。*數(shù)據(jù)庫（DB）：存儲用戶信息、音樂元數(shù)據(jù)、播放記錄等（如MySQL,PostgreSQL）。*主要交互流程（簡化示例）：1.用戶通過API網(wǎng)關(guān)發(fā)送登錄請求，用戶服務驗證憑證，返回Token。2.用戶通過API網(wǎng)關(guān)搜索音樂，請求被路由到搜索引擎，搜索引擎查詢緩存和音樂庫服務，返回搜索結(jié)果。3.用戶選擇歌曲播放，API網(wǎng)關(guān)將播放請求發(fā)送給歌曲播放服務。4.歌曲播放服務檢查緩存，緩存無則查詢音樂庫服務，獲取音源地址，并發(fā)起播放請求。5.播放請求可能觸發(fā)任務隊列進行轉(zhuǎn)碼（如果需要），播放服務返回播放控制接口。6.用戶播放列表操作（增刪改）請求發(fā)送給用戶服務或播放服務（取決于設(shè)計）。*技術(shù)選型考慮因素：*數(shù)據(jù)庫：音樂庫結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)選MySQL/PostgreSQL；播放記錄等時序數(shù)據(jù)可選時序數(shù)據(jù)庫或分表。*緩存：熱門數(shù)據(jù)、會話選Redis，高可用集群部署。*搜索引擎：對搜索實時性和準確性的要求選Elasticsearch。*消息隊列：處理異步任務，保證系統(tǒng)響應速度和可靠性，選Kafka/NATS。*API網(wǎng)關(guān)：處理路由、認證、限流，選Kong/Ocelot。*服務部署：微服務容器化部署，選Docker+Kubernetes。考慮因素：性能要求（高并發(fā)）、數(shù)據(jù)一致性要求、可用性要求、團隊熟悉度、成本等。七、架構(gòu)決策記錄（ADR-ArchitectureDecisionRecord）是一個結(jié)構(gòu)化的文檔，用于記錄架構(gòu)團隊做出的重要、有爭議或影響深遠的決策。創(chuàng)建ADR的目的在于：*記錄決策過程：記錄決策背景、選項、理由和最終選擇。*提供單一事實來源：為所有相關(guān)方提供關(guān)于特定架構(gòu)決策的權(quán)威信息。*知識傳遞與傳承：幫助新成員快速理解系統(tǒng)架構(gòu)的關(guān)鍵決策及其原因。*溝通與協(xié)作：促進團隊內(nèi)部對決策的理解和共識，也便于與外部利益相關(guān)者溝通。*風險規(guī)避：明確記錄決策的理由，避免未來因遺忘或誤解而引發(fā)爭議或重新決策。*未來參考：為后續(xù)的架構(gòu)演進、問題排查、影響評估提供依據(jù)。一個典型的ADR可能包含：決策ID、決策描述、決策上下文（Why）、選項評估（What）、決策結(jié)果（Who,When,How）、決策后果（Impact）等要素。八、處理實時數(shù)據(jù)流的系統(tǒng)架構(gòu)需要關(guān)注的關(guān)鍵問題：*數(shù)據(jù)采集與接入：如何高效、可靠地從各種來源（傳感器、日志、API等）采集數(shù)據(jù)流。*數(shù)據(jù)傳輸與緩沖：如何在網(wǎng)絡中可靠、低延遲地傳輸數(shù)據(jù)流，使用消息隊列或流處理平臺進行緩沖。*數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)換：如何對數(shù)據(jù)進行實時清洗、轉(zhuǎn)換、聚合、enrich等。*狀態(tài)管理與窗口計算：如何處理無界數(shù)據(jù)流，進行有界窗口內(nèi)的計算，管理實時狀態(tài)。*數(shù)據(jù)存儲：選擇合適的存儲方案（如時序數(shù)據(jù)庫、列式數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)湖）來存儲處理后的結(jié)果或原始數(shù)據(jù)。*低延遲要求：架構(gòu)設(shè)計必須滿足業(yè)務所需的實時性要求。*可擴展性：架構(gòu)需要能夠水平擴展以應對數(shù)據(jù)量的增長。*容錯性與可靠性：系統(tǒng)需要保證數(shù)據(jù)不丟失，能從故障中恢復。*數(shù)據(jù)質(zhì)量：實時監(jiān)控數(shù)據(jù)質(zhì)量，確保處理依據(jù)的數(shù)據(jù)是準確的。核心組件通常包括：數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)接入層（如Kafka,Flume）、流處理引擎（如Flink,SparkStreaming）、狀態(tài)管理/窗口計算組件、數(shù)據(jù)存儲層、數(shù)據(jù)消費層（下游應用）。技術(shù)挑戰(zhàn)包括：高吞吐量處理、精確一次或至少一次處理語義保證、狀態(tài)管理復雜性、數(shù)據(jù)傾斜、實時監(jiān)控與調(diào)試困難、冷啟動問題等。九、系統(tǒng)架構(gòu)中的“高可用性”（HighAvailability,HA）是指系統(tǒng)在部分組件發(fā)生故障或異常時，仍能持續(xù)提供服務或僅短暫中斷、中斷時間在可接受范圍內(nèi)的能力。通常用可用性百分比（如99.9%,99.99%）衡量?！叭蒎e性”（FaultTolerance）是指系統(tǒng)在出現(xiàn)故障（硬件、軟件、環(huán)境等）時，能夠通過內(nèi)部機制（冗余、備份、切換等）繼續(xù)運行或安全地進入穩(wěn)定狀態(tài)（如降級）而不影響核心功能的能力。關(guān)系：容錯性是實現(xiàn)高可用性的重要手段之一。一個具有高容錯性的系統(tǒng)通常也具備高可用性，因為它能在故障發(fā)生時繼續(xù)運行。但高可用性不一定完全依賴于顯式的容錯機制，也可以通過快速恢復、冗余設(shè)計等方式實現(xiàn)?？梢哉f，容錯性是實現(xiàn)高可用性的“保障”，而高可用性是系統(tǒng)對外提供的最終服務效果。常用的架構(gòu)模式或技術(shù)手段：*冗余設(shè)計（Redundancy）：關(guān)鍵組件（服務器、網(wǎng)絡鏈路、電源）部署多份副本，如主備、多活。*負載均衡（LoadBalancing）：將流量分發(fā)到多個后端實例，單個實例故障不影響整體服務。*故障轉(zhuǎn)移（Failover）：當主節(jié)點故障時，自動切換到備用節(jié)點接管服務。*心跳檢測/健康檢查（Heartbeat/HealthCheck）：監(jiān)控組件狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)故障。*數(shù)據(jù)備份與恢復（DataBackup&Recovery）：定期備份數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)不丟失。*集群技術(shù)（Clustering）：多個節(jié)點協(xié)同工作，提供共同的服務。*分布式系統(tǒng)設(shè)計原則：如CAP理論權(quán)衡、最終一致性等。十、評估第三方服務或組件是否適合納入系統(tǒng)架構(gòu)時，架構(gòu)師應考慮的關(guān)鍵因素：*功能滿足度：服務提供的功能是否滿足系統(tǒng)需求，是否需要二次開發(fā)或定制。*性能與可靠性：服務自身的性能表現(xiàn)（響應時間、吞吐量）、可用性指標（SLA）、穩(wěn)定性。*安全性：服務的安全機制（認證授權(quán)、加密、審計）、是否存在已知的安全漏洞、合規(guī)性（如GDPR、等級保護）。*成本效益：使用服務的成本（訂閱費、使用量費）與其帶來的價值、開發(fā)維護成本相比是否合理。*可擴展性與彈性：服務是否支持按需擴展、是否具有彈性伸縮能力。*技術(shù)兼容性：服務提供的技術(shù)接口、協(xié)議、數(shù)據(jù)格式是否與現(xiàn)有系統(tǒng)兼容。*供應商信譽與支持：供應商的市場地位、技術(shù)實力、服務支持能力、社區(qū)活躍度。*文檔與易用性：服務文檔是否完善、易于理解和使用。*依賴與耦合：對該服務的依賴程度，是否會導致系統(tǒng)過度耦合；是否存在單點依賴風險。*合規(guī)性與法律：服務是否符合相關(guān)法律法規(guī)要求，使用協(xié)議條款是否清晰合理。*社區(qū)與生態(tài)：是否有活躍的開發(fā)者社區(qū)，豐富的集成方案或工具。十一、進行架構(gòu)設(shè)計評審時，評審者通常會關(guān)注：*需求滿足度：架構(gòu)設(shè)計是否清晰、完整地滿足了業(yè)務需求和技術(shù)需求。*架構(gòu)原則與模式應用：是否遵循了合適的架構(gòu)原則（如SOLID,DRY,KISS），是否選用了恰當?shù)募軜?gòu)模式。*非功能性需求：架構(gòu)設(shè)計在性能、可伸縮性、安全性、可靠性、可維護性、成本等方面是否考慮到位并滿足要求。*技術(shù)選型合理性：技術(shù)選型是否恰當、成熟、有社區(qū)支持，是否考慮了團隊技能、項目約束和未來演進。*組件設(shè)計：組件職責是否清晰，接口是否定義良好，內(nèi)聚性高、耦合性低。*交互與集成：組件間交互方式是否合理，集成方案是否可行、風險可控。*可擴展性與可維護性：架構(gòu)是否易于擴展、修改和維護。*風險識別與管理：是否識別了架構(gòu)設(shè)計中的主要風險，并提出了緩解措施。*文檔清晰度：架構(gòu)文檔（如架構(gòu)圖、設(shè)計說明）是否清晰、準確、易于理解。*潛在問題與挑戰(zhàn)：是否考慮了潛在的技術(shù)難點、實施風險、團隊資源等。架構(gòu)師有效準備和呈現(xiàn)架構(gòu)設(shè)計的方法：*充分理解需求：確保對業(yè)務和技術(shù)需求有深入理解。*明確評審目標：清晰說明評審的目的和期望。*準備完整文檔：提供清晰的架構(gòu)圖（多種視圖，如高階圖、組件圖、部署圖）、設(shè)計文檔、非功能性需求分析等。*預演與演練：提前進行內(nèi)部評審或向同事演示，收集反饋并改進。*突出重點：清晰闡述設(shè)計的核心思想、關(guān)鍵決策及其理由。*展示演進思路：說明架構(gòu)的演進路線和考慮因素。*準備好回答問題：預測評審者可能提出的問題并準備好答案。*保持開放心態(tài)：認真傾聽評審意見，積極溝通，共同探討解決方案。十二、評估和重構(gòu)老舊系統(tǒng)架構(gòu)通常需要經(jīng)歷的步驟及重點考慮的問題：*階段一：評估與分析（Assessment&Analysis）*步驟：理解現(xiàn)有系統(tǒng)架構(gòu)、業(yè)務流程、數(shù)據(jù)模型；評估系統(tǒng)性能、穩(wěn)定性、可維護性；識別架構(gòu)債務、技術(shù)風險、瓶頸；收集用戶和業(yè)務部門痛點；定義重構(gòu)目標（如提升性能、支持新業(yè)務、降低成本、改善開發(fā)體驗）。*重點考慮：現(xiàn)有架構(gòu)的復雜性、遺留技術(shù)棧的束縛、數(shù)據(jù)遷移的難度、用戶依賴度、歷史技術(shù)決策的合理性。*階段二：制定策略與方案（Strategy&Planning）*步驟：根據(jù)評估結(jié)果，確定重構(gòu)范圍（重構(gòu)