2016 年软件系统设计考题解答¶

来源：综合自 exams/软件系统设计-复习-EagleBear.pdf 中标记为【2016A】【2016B】的考题注：2016 年存在 A/B 两套试卷，本题集将两套试卷合并整理。题目具体编排可能与真实考卷有差异。

Part A (2016A)¶

1. Architecture, Structure 和 Design 的区别？¶

Design 包含 Architecture，Architecture 包含 Structure
体系结构是关于软件设计的——所有体系结构都是设计，但不是所有的设计都是体系结构，体系结构是软件设计的一个部分
结构（Structure）是静态的、逻辑的，是关于系统如何构成的
架构（Architecture）除包含结构，还会包含组件之间的相关关系结构，并定义一些动态的行为
程序或计算系统的软件架构是系统的一个或多个结构，包括软件元素、这些元素的外部可见属性以及它们之间的关系

参考课件：slides/2026SUG_SysArch1_introduction.pdf

2. 简要描述软件架构过程中的一般活动，以及每个活动的主要输入和输出¶

活动	输入	输出
识别 ASR	需求文档、业务目标	ASR 列表
架构设计	ASR、约束	架构设计方案
架构文档化	设计决策	多视图文档包
架构评估	架构文档、ASR	评估报告（风险、敏感点、权衡点）
实现与维护	最终设计	可运行系统

参考课件：slides/Lecture 01 - Attributes Driven Design.pdf

3. 哪些主要需求类型被认为会影响架构设计决策？¶

影响架构设计决策的需求类型： 1. 功能需求（Functional Requirements）：说明系统必须做什么，并说明系统如何为利益相关者提供价值 2. 质量需求（Quality Requirements）：系统应该提供的整个系统的理想特征（性能、可用性、安全性等） 3. 约束条件（Constraints）：预先指定的设计决策，包括行业规则、法律法规、技术限制等

这些需求通常通过以下方式指定：需求文档、质量属性场景（Stimulus-Response 格式）、效用树（Utility Tree）。

参考课件：slides/2026SUG_SysArch2_quality attributes.pdf

4. 解释分层架构风格的上下文、优点和局限性¶

上下文（Context）：分层模式定义层（提供一组内聚服务的模块分组）和层之间的单向允许使用关系。

优点： - 可以将一个复杂的问题分成几个部分（关注点分离） - 具有很高的可扩展性和复用性 - 每层可以独立开发和测试 - 支持增量式开发

局限性： - 层间调用可能带来性能开销 - 层的粒度划分需要经验 - 不是所有系统都适合分层 - 可能导致层间耦合过紧

参考课件：slides/软件架构模式_update_2.pdf（分层模式）

5. 简要描述 SOA 的基本原则，并讨论 SOA 对互操作性、可伸缩性和安全性的影响¶

SOA 六大原则：服务契约、服务封装、服务重用、服务组合、服务自治、服务无状态。

对质量属性的影响：

质量属性	影响
互操作性	正向：符合开放标准，更好重用服务；支持自动识别、发现、注册和调用
可伸缩性	正向：服务高内聚、松耦合。但会增加系统复杂度
安全性	负面影响：ESB 等中间件可能成为性能瓶颈和攻击目标

参考课件：slides/软件架构模式_update_2.pdf（SOA）

6. 描述架构设计中架构模式和决策（战术）之间的关系。给出四种决策的名称及目的¶

关系： 1. 决策比模式更简单，仅有单一的结构或机制来应对单一的架构驱动 2. 决策是构成架构模式的重要组成部分 3. 架构模式通常将许多个决策组合在一起 4. 决策和架构模式共同构成了软件设计时的工具

四种决策（战术）：

决策名称	目的
心跳（Heartbeat）	可用性：定期检测组件故障
冗余（Redundancy）	可用性：多实例部署，故障切换
负载均衡（Load Balancing）	性能：分发请求到多节点
加密（Encryption）	安全性：保护数据机密性

参考课件：slides/Lecture 01 - Attributes Driven Design.pdf，slides/2026SUG_SysArch2_quality attributes.pdf

7. 为什么软件系统架构需要使用不同视图来文档化？给出4种示例视图¶

原因：

不同视图支持不同的目标和用户（different goals and stakeholders），突出不同的系统元素和关系
不同视图将不同质量属性暴露到不同程度（expose different quality attributes to different degrees）

架构视图按"回答的根本问题"分为三大风格类别（Views & Styles 体系），从中任取 4 种示例视图作答：

风格类别	回答的问题	示例视图
模块风格 Module Styles（结构视图）	系统如何被组织为一组实现单元？	分解视图（Decomposition）、使用视图（Uses）、泛化视图（Generalization）、分层视图（Layered）、领域视图（Domain）、数据模型视图（Data Model）
组件-连接器风格 C&C Styles	系统如何被组织为一组具有运行时行为和交互的元素？	管道-过滤器（Pipe-Filter）、客户端-服务器（Client-Server）、点对点（Peer-to-Peer）、面向服务（SOA）、发布-订阅（Publish-Subscribe）
分配风格 Allocation Styles	系统如何与其环境中的非软件结构相关联？	部署视图（Deployment）、安装视图（Installation）、工作分配视图（Work Assignment）

此外还有 质量视图 Quality Views（安全视图、性能视图、可靠性视图、通信视图、异常/错误处理视图）和 组合视图，也可作为示例。

⚠️ 易错提示：本题的"4 种示例视图"属于 Views & Styles（Module/C&C/Allocation） 体系，不是 Kruchten 的 4+1 视图。后者（逻辑/过程/开发/物理 + 用例）是另一道独立考题，参见第 2 题。两者分类维度不同（前者按"回答什么问题/风格"，后者按"面向哪类涉众"），数量也对不上（4+1 是 5 种）。

参考课件：slides/2026SUG_SysArch1_introduction.pdf（Module View & Styles、Architecture Documentation 章节，p20–p33）；exams/软件系统设计-复习-EagleBear.pdf §1.5

8. Map each question to the architectural style/view that solves it (连线题)¶

问题	解决该问题的架构风格/视图
系统需要支持不同平台的部署	分配视图（Allocation View）→ 物理视图
系统需要模块化以便独立开发	模块风格（Module Style）→ 分解视图
系统需要高性能的流式数据处理	C&C 风格 → 管道-过滤器（Pipe-Filter）
系统需要处理运行时组件的动态交互	C&C 风格 → 客户端-服务器或发布-订阅

参考课件：slides/2026SUG_SysArch1_introduction.pdf

9. 描述在 ATAM 的每一个过程中有哪些 Stakeholder 和他们的职责¶

阶段	Stakeholder	职责
阶段-0	评估团队领导、关键项目决策者	生成评估计划（人员、时间、地点、报告呈递对象）
阶段-1	评估团队、项目决策者、首席架构师	介绍 ATAM 方法 → 介绍业务驱动因素 → 介绍体系结构 → 确定架构方法 → 生成效用树 → 分析架构方法
阶段-2	评估团队、项目决策者、项目涉众	涉众头脑风暴确定场景优先级 → 分析架构方法 → 展示评估结果
阶段-3	评估团队、主要涉众	制作最终评估报告，审核后呈递给委托评估者

参考课件：slides/Lecture 01 - Attributes Driven Design.pdf

10. Distributed Cache Updates 设计题¶

参见 2022 年考卷设计题第 3 题（相同题目）。

参考：src/2022.md 设计题第 3 题

11. Design a simple architecture for an Automated Teller Machine (ATM)¶

ATM 系统架构设计：

使用分层架构 + 组件-连接器风格：

┌────────────────────────────────────┐
│          Presentation Layer         │
│  ┌──────────┐    ┌──────────────┐  │
│  │ ATM GUI  │    │ Printer/     │  │
│  │ (Screen) │    │ Card Reader  │  │
│  └────┬─────┘    └──────┬───────┘  │
├───────┼─────────────────┼──────────┤
│       │   Business Logic Layer      │
│  ┌────┴─────────────────┴───────┐  │
│  │    Transaction Processor     │  │
│  │  (withdraw/deposit/transfer) │  │
│  └────────────┬─────────────────┘  │
├───────────────┼────────────────────┤
│       │   Data Access Layer    │    │
│  ┌────┴─────────────────┐     │    │
│  │   Account Service    │     │    │
│  │   (Balance/History)  │     │    │
│  └──────────┬───────────┘     │    │
├─────────────┼──────────────────────┤
│             │   Database Layer     │
│  ┌──────────┴───────────┐         │
│  │   Bank Database      │         │
│  │   (Accounts/Logs)    │         │
│  └──────────────────────┘         │
└────────────────────────────────────┘

关键设计决策： - 用策略模式处理不同的交易类型（取款、存款、转账） - 用状态模式管理 ATM 会话状态（空闲、卡已插入、PIN已验证、交易中） - 用单例模式确保 ATM 硬件的唯一访问

参考课件：slides/软件架构模式_update_2.pdf（分层模式），slides/02策略模式.pdf

Part B (2016B)¶

1. 软件架构来自哪里？列举五种可能的来源¶

NFRs（非功能需求）：约束和质量属性
ASRs（架构攸关需求）：对架构有重大影响的需求
质量需求（Quality Requirements）
涉众和组织（Stakeholders & Organisations）
技术环境（Technical Environments）
商业与技术决策组合

参考课件：slides/2026SUG_SysArch1_introduction.pdf

2. 描述 4+1 视图¶

五种视图：逻辑视图（功能需求）、过程视图（并发交互）、开发视图（代码组织）、物理视图（硬件部署）、+1 场景/用例视图（架构验证）。

参考课件：slides/2026SUG_SysArch1_introduction.pdf

3. 什么区分了软件产品线架构和单个软件产品架构？¶

产品线架构有明确允许的变体点（variation points），通过核心资产（core assets）和变体机制支持一族产品，目的为实现高可重用性和经济性。

参考课件：slides/2026SUG_SysArch1_introduction.pdf

4. 解释 Broker 架构模式的上下文、好处和局限性¶

上下文：多个同步或异步交互的远程对象组成的系统。

好处：提高交互性、可伸缩性和可扩展性；解决单体性能瓶颈。

局限性：增加复杂度、可能成为通信屏障和攻击目标、难以测试、单点性能下降。

参考课件：slides/软件架构模式_update_2.pdf（Broker 模式）

5. C&C 样式（组件-连接器）的本质是什么？¶

C&C 风格关注运行时行为——组件是计算主体，连接器是交互机制。描述的是动态的、行为的视图。

参考课件：slides/2026SUG_SysArch1_introduction.pdf（C&C 风格）

6. 软件需求、质量属性、ASR 的区别和联系¶

软件需求 ⊃ 非功能需求 ⊃ 质量属性 → 重要的QA → ASR

质量属性由业务目标决定，困难的/重要的 QA 最可能成为 ASR。

参考课件：slides/2026SUG_SysArch2_quality attributes.pdf

7. 典型的软件架构文档包中应该包含哪些内容？¶

Beyond 部分：文档路线图、视图组织方式、系统概述、视图间映射、系统原理、目录/索引/词汇表。

View 部分：体系结构风格和视图（Styles and Views）、结构视图（Structural Views）。

参考课件：slides/2026SUG_SysArch1_introduction.pdf

8. 描述 ATAM 各阶段的输出¶

阶段	输出
阶段-0	评估计划
阶段-1	架构介绍、业务目标、优先级列表、效用树、风险/非风险、敏感点/权衡点
阶段-2	涉众优先级场景列表、风险主题
阶段-3	最终评估报告

参考课件：slides/Lecture 01 - Attributes Driven Design.pdf

9. 描述 SOA、Web 服务和 ESB 的用途，并讨论它们的区别和联系¶

概念	用途	关系
SOA	设计原则：让应用程序调用其他应用程序提供的功能，创建业务流程	SOA 是设计思想
Web Service	实现技术：一组集成技术标准（SOAP、WSDL、UDDI），满足 SOA 需求	Web Service 是 SOA 的实现技术之一
ESB	中间件基础设施：通过事件驱动和基于标准的消息传递引擎为复杂架构提供基础服务	ESB 是实现 SOA 的中间件平台，利用 Web Service 提供服务

关键区别：SOA 是设计原则，Web Service 是实现技术，ESB 是中间件基础设施。

参考课件：slides/软件架构模式_update_2.pdf（SOA），slides/Microservices Patterns.pdf

10. 软件产品线架构如何实现可变性？描述可变性机制的工作方式¶

SPL 可变性：核心资产通过变体点（Variation Points）支持可变功能，PLA（产品线架构）使用变体机制实现。

绑定时间：创建编码工作区时 → 构建目标代码时 → 创建应用程序时 → 应用程序启动时 → 应用程序运行时。

参考课件：slides/2026SUG_SysArch1_introduction.pdf

11. Design a simple architecture for an ATM¶

参见 Part A 第 11 题（相同题目）。

综合参考：exams/软件系统设计-复习-EagleBear.pdf（综合复习资料）