软考系统架构师 学习

本笔记基于考纲核心知识点整理，配合代码示例和记忆口诀，适合冲刺复习。

一、法律法规与标准化

1.1 著作权

著作权归属规则：

• 谁开发归谁
• 员工利用公司资源开发 → 归公司
• 职务作品无合同 → 归企业法人
• 改编作品 → 著作权归改编人

⚠️ 处理过程（算法逻辑）不属于软件著作权保护对象，只保护代码表达形式。

受时间限制的权利（50年）： 发表权、发行权、展览权、复制权
永久保护的权利： 署名权、修改权、保护作品完整权

1.2 其他知识产权

• 商标权：注册完成后才享有；保护对象为软件注册商标
• 专利权：专利注册完成后才享有

二、软件工程

2.1 软件开发模型对比

瀑布模型阶段：
需求分析 → 系统设计 → 详细设计 → 编码 → 测试 → 维护
（每个阶段完成后才进入下一阶段）

螺旋模型四象限：
① 制定计划  ② 风险分析
③ 实施工程  ④ 客户评估

2.2 敏捷开发方法对比

SCRUM 三大会议： 每日站会、迭代计划会、复盘回顾会

2.3 基于 RUP 的软件过程

RUP = Rational Unified Process（统一软件开发过程）

四个阶段：
┌──────────┬──────────┬──────────┬──────────┐
│  初始阶段  │  细化阶段  │  构建阶段  │  移交阶段  │
│ 项目范围   │ 完善架构   │  开发实现  │ 测试交付   │
│ 业务模型   │          │          │ 确认       │
└──────────┴──────────┴──────────┴──────────┘

九个核心工作流：

• 6个过程工作流：业务建模、需求、分析与设计、实现、测试、部署
• 3个支持工作流：配置与变更管理、项目管理、环境

开发方式： 以用例驱动 + 以体系结构为中心 + 迭代增量

2.4 软件维护类型

📊 工作量占比：完善性 > 适应性 > 改正性 > 预防性

2.5 能力成熟度模型（CMMI）

Level 1 初始级   → 全靠人，无流程，英雄救场
Level 2 可重复级 → 有基本流程，旧经验可复用
Level 3 已定义级 → 全组织统一标准化流程
Level 4 已管理级 → 量化管理，数据驱动决策
Level 5 优化级   → 持续改进，主动迭代升级

记忆口诀：初重定管优

2.6 逆向工程

信息抽象层次（从高到低）：

• 重构：在同一抽象层级转化描述形式
• 设计恢复：从已有程序抽象出设计信息
• 再工程：基于逆向成果产生新版本
• 使用搜索和变换可导出：实现级 和 结构级

2.7 面向服务架构（SOA）

SOA 四大核心技术：

WSDL  → 服务描述（这个服务能干什么，接口文档）
         Web Service Description Language

SOAP  → 服务通信（怎么打包发请求，XML信封）
         Simple Object Access Protocol

UDDI  → 服务注册与发现（去哪找这个服务）
         Universal Description, Discovery and Integration

BPEL  → 服务编排（把多个服务串成一个业务流程）
         Business Process Execution Language

类比记忆：

先去UDDI黄页找服务 → 看WSDL说明书了解接口 → 用SOAP信封发请求 → BPEL编排整套业务流程

ESB（企业服务总线）： 由中间件技术实现、支撑SOA的基础架构，负责服务路由、协议转换、消息转换。

2.8 软件测试与开发阶段对应关系

需求分析  ←→  验收测试（用户验收）
概要设计  ←→  系统测试（系统集成）
详细设计  ←→  集成测试（模块集成）
编码阶段  ←→  单元测试（依据：详细设计）

2.9 净室软件工程

目标：零缺陷，基于函数理论和抽样理论

核心要素：形式化规约 → 盒结构设计 → 正确性验证 → 增量统计控制 → 统计测试可靠性

防错不改错，适合高可靠系统（航天、医疗）

2.10 构件（Component）

构件特性（重点区别于类/对象）：

• 不是实例单元，没有唯一标识
• 没有外部可见状态（可利用容器管理）
• 一个构件可包含多个类元素
• 同一环境中只能有一个拷贝

构件分类方法：

• 关键字分类法：树状层次结构
• 刻面分类法：多维度描述（facet），最灵活
• 超文本组织法：浏览器式搜索

构件三大性质： 独立可部署性、共享性、可组装性

架构失配：

构件失配   → 各种设施、模型不匹配
连接子失配  → 交互协议、数据格式、中间传输不匹配

三、系统分析与设计

3.1 UML 图谱

五大模型与对应图

UML 关系速查

关联关系  ─────►  普通认识关系（直线箭头）
依赖关系  - - -►  临时使用关系（虚线箭头）
泛化关系  ───▷   继承关系（空心三角）
聚合关系  ◇────  整体包含部分，部分可独立（空菱形）
组合关系  ◆────  生死绑定，部分不能独立（实菱形）

用例图关系

⚠️ 用例参与者之间的关系**只有继承（泛化）**一种，没有聚合。

3.2 设计模式

创建型模式

// 建造者模式示例（Lombok @Builder）
@Builder
public class UserQuery {
    private String name;
    private Integer age;
    private String city;
}

// 使用
UserQuery query = UserQuery.builder()
    .name("张三")
    .age(25)
    .city("上海")
    .build();

// 单例模式（双重检查锁）
public class RedisClient {
    private volatile static RedisClient instance;

    private RedisClient() {}

    public static RedisClient getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (RedisClient.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new RedisClient();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

结构型模式

// 代理模式（Spring AOP 本质）
@Aspect
@Component
public class LogAspect {
    @Around("@annotation(Log)")
    public Object around(ProceedingJoinPoint pjp) throws Throwable {
        long start = System.currentTimeMillis();
        Object result = pjp.proceed();
        log.info("耗时: {}ms", System.currentTimeMillis() - start);
        return result;
    }
}

// 装饰器模式示例
InputStream is = new FileInputStream("data.txt");
InputStream bis = new BufferedInputStream(is);     // 添加缓冲功能
InputStream gis = new GZIPInputStream(bis);        // 添加解压功能

行为型模式

// 策略模式示例（支付方式）
public interface PayStrategy {
    void pay(BigDecimal amount);
}

@Component("alipay")
public class AliPayStrategy implements PayStrategy {
    public void pay(BigDecimal amount) { /* 支付宝支付逻辑 */ }
}

@Component("wechat")
public class WechatPayStrategy implements PayStrategy {
    public void pay(BigDecimal amount) { /* 微信支付逻辑 */ }
}

// 责任链模式（Spring Security 过滤链）
public class AuthFilter extends OncePerRequestFilter {
    @Override
    protected void doFilterInternal(HttpServletRequest req,
            HttpServletResponse res, FilterChain chain)
            throws ServletException, IOException {
        // 前置处理
        verifyToken(req);
        // 传递给下一个过滤器
        chain.doFilter(req, res);
    }
}

3.3 面向对象设计七大原则

3.4 耦合与内聚（从低到高排序）

耦合（低→高）：

非直接耦合 → 数据耦合 → 标记耦合 → 控制耦合 →
外部耦合 → 公共耦合 → 内容耦合

口诀：飞（非）鼠（数）标（标）恐（控）外（外）公（公）内（内）

内聚（低→高）：

偶然内聚 → 逻辑内聚 → 时间内聚 → 过程内聚 →
通信内聚 → 顺序内聚 → 功能内聚

口诀：欧（偶）罗（逻）驶（时）过（过）通（通）顺（顺）宫（功）

设计目标：高内聚、低耦合

3.5 软件架构 4+1 视图

        场景视图（用例视图）
              ↑
    ┌─────────────────────┐
    │  逻辑视图  │  开发视图 │
    │ (功能/类图) │(代码分包) │
    ├────────────┼─────────┤
    │  处理视图  │  物理视图 │
    │(运行时进程) │(部署架构) │
    └─────────────────────┘

四、系统架构设计

4.1 架构风格总览（22种）

数据流风格

# 管道-过滤器 Unix 典型示例
cat access.log | grep "ERROR" | awk '{print $4}' | sort | uniq -c
#   数据源       过滤器1        过滤器2          过滤器3    过滤器4

调用返回风格

独立构件风格（事件/消息）

虚拟机风格

仓库风格（以数据为中心）

闭环控制风格

过程控制风格：传感器采集→控制器计算→执行器响应，注意闭环特征。

传感器(Sensor) → 控制器(Controller) → 执行器(Actuator)
      ↑__________________反馈______________________|

4.2 质量属性与架构评估

六大质量属性

运行期质量属性：

MTTR  = Mean Time To Repair（平均修复时间）→ 越小越好
MTTF  = Mean Time To Failure（平均失效前时间）→ 越大越好
MTBF  = Mean Time Between Failure（平均无故障时间）→ 越大越好
MTBF  = MTTF + MTTR

开发期质量属性： 可维护性、可扩展性、可测试性、可重用性、可移植性、可修改性、互操作性

可用性战术

故障检测：心跳（Heartbeat）、Ping-Echo、异常监控
故障恢复：主动冗余（热备）、被动冗余（冷备）、选举（Raft/Paxos）
故障预防：事务、进程监控、预测模型

可修改性战术

• 中间件解耦
• 接口与实现分离
• 抽象
• 信息隐藏

⚠️ 可变性不是可修改性考虑的内容

4.3 架构评估方法

ATAM 关注四大质量属性：性能、安全性、可用性、可修改性

质量属性六要素（场景描述模板）：

刺激源（谁触发）→ 刺激（发生什么）→ 环境（什么状态下）
→ 制品（影响哪部分）→ 响应（系统怎么做）→ 响应度量（达标标准）

架构评估三个概念：

• 架构风险：潜在问题的架构决策所带来的隐患
• 敏感点：为实现某质量属性，构件所具有的特性
• 权衡点：影响多个质量属性的特性（多个属性的敏感点）

4.4 ABSD（基于架构的软件开发）

驱动因素： 商业需求 + 质量属性 + 功能需求

开发过程： 需求 → 设计 → 文档化 → 复审 → 实现 → 演化

顶层概念架构分解为概念子系统，最终产生软件构件和类

4.5 DSSA（特定领域软件架构）

三类角色：

• 领域分析者 → 产生领域模型
• 领域设计者 → 开发DSSA，获得架构
• 领域实现者 → DSSA到具体实现

三个参考： 参考模型 + 参考需求 + 参考架构

4.6 大数据架构：Lambda vs Kappa

Lambda 架构：
原始数据 → ┬─ 批处理层(Spark/MapReduce) → 批次视图  ─┐
           │                                          ├→ 查询层(Hive/Impala)
           └─ 速度层(Flink/Spark Streaming) → 实时视图 ┘

Kappa 架构：
原始数据 → Kafka(消息队列) → Flink(流计算) → ClickHouse/Doris(查询)

4.7 微服务架构 vs 单体架构

Spring Cloud 微服务技术栈：

注册中心：Nacos / Eureka
配置中心：Nacos / Apollo
网关：    Spring Cloud Gateway
服务调用：OpenFeign
熔断限流：Sentinel / Resilience4j
消息队列：Kafka / RabbitMQ
分布式事务：Seata

4.8 云计算服务模型

SaaS（Software as a Service）    → 最上层，直接用软件
PaaS（Platform as a Service）    → 中间层，提供开发平台
IaaS（Infrastructure as a Service）→ 最底层，提供硬件资源

五、数据库系统

5.1 范式

部分函数依赖示例（违反2NF）：
主键：(学号, 课程号)
问题：学生姓名 只依赖 学号（部分依赖）
解决：拆表 → 学生表(学号,姓名) + 选课表(学号,课程号,成绩)

传递依赖示例（违反3NF）：
学号 → 系名 → 系主任（传递依赖）
解决：拆表 → 学生表(学号,系名) + 系表(系名,系主任)

5.2 关系代数

5.3 Armstrong 公理系统

三大基本公理：

• 自反律：若 Y⊆X，则 X→Y
• 增广律：若 X→Y，则 XZ→YZ
• 传递律：若 X→Y，Y→Z，则 X→Z

三大常用推论：

• 合并规则：X→Y, X→Z ⟹ X→YZ
• 分解规则：X→YZ ⟹ X→Y, X→Z
• 伪传递规则：X→Y, WY→Z ⟹ WX→Z

5.4 分布式数据库

四种透明性（从高到低）：

分片透明   → 不知道数据如何分片（最高层透明）
复制透明   → 不知道数据被复制到哪些节点
位置透明   → 不知道数据在哪个节点
逻辑透明   → 不知道底层数据模型（最低层透明）

两阶段提交（2PC）：

Phase 1（准备/表决阶段）：
  协调者 → 所有参与者："准备好了吗？"
  参与者 → 协调者："Yes/No"

Phase 2（执行/提交阶段）：
  全Yes → 协调者 → 所有参与者："COMMIT"
  有No  → 协调者 → 所有参与者："ROLLBACK"

分布式数据库概念模式层次：

全局外模式（顾客视角）
    ↓
全局概念模式（总部总账）
    ↓
分片模式（拆账规则）
    ↓
分布模式（分片存放位置）

5.5 数据库三级模式结构

外模式（用户视图/View）    ← 用户看到的数据视图
模式（概念模式/表结构）    ← 全局逻辑结构
内模式（物理存储/索引）    ← 数据的存储方式

5.6 数据仓库特点

与普通数据库的区别：

• 面向主题（而非面向事务）
• 集成性（多源数据整合）
• 非易失性（只增不改，历史数据）
• 时变性（记录时间快照）

六、操作系统

6.1 进程管理

进程三态模型：

就绪态 ──(调度/分配CPU)──→ 运行态
  ↑                          │
  └──(时间片到/高优先级抢占)──┘
       ↑                ↓
       └──(I/O完成)── 阻塞/等待态 ──(I/O请求)──┘

PCB（进程控制块）组织方式：

• 顺序方式（线性表）
• 链接方式（链表）
• 索引方式（索引表）
• 哈希方式

进程 vs 线程：

• 进程：资源分配和管理的最小单位
• 线程：进程的基本执行单元（CPU调度的最小单位）

6.2 死锁

四个必要条件（必须同时满足才死锁）：

银行家算法： 预判分配后系统是否还处于安全状态，如果不安全则拒绝分配。

6.3 磁盘调度

物理寻址三要素：
磁头号（盘面）→ 柱面号（磁道）→ 扇区号（位置）

访问时间 = 寻道时间 + 旋转延迟 + 数据传输时间

常见磁盘调度算法：
FCFS（先来先服务）   → 公平但效率低
SSTF（最短寻道时间） → 可能饿死外圈磁道
SCAN（扫描/电梯）   → 来回扫描，更均匀
C-SCAN（循环扫描）  → 单向扫描，更公平

6.4 嵌入式系统

实时操作系统（RTOS）特点：

• 任务调度器：抢占式调度
• 强实时调度算法：Rate Monotonic Scheduling（RMS）
  • 任务周期越短 → 优先级越高

低功耗设计策略：

• 编译优化技术
• 软硬协同设计
• 算法优化（减少计算量）

七、信息安全

7.1 加密算法

对称加密

非对称加密

RSA 原理：
公钥加密 → 私钥解密（实现数据加密传输）
私钥签名 → 公钥验证（实现数字签名）

完整的数字签名流程：
发送方：原文 → Hash → 消息摘要 → 用私钥加密 → 数字签名
接收方：收到(原文+数字签名) → 用公钥解密签名得摘要1
                             → 对原文Hash得摘要2
                             → 摘要1==摘要2 则验证通过

消息摘要的作用：防止篡改
对摘要加密的作用：防止抵赖（数字签名）

7.2 第三方认证

Kerberos 防重放攻击的机制：时间戳

7.3 常见网络攻击

7.4 信息安全五个等级

Level 1  用户自主保护级
Level 2  系统审计保护级
Level 3  安全标记保护级
Level 4  结构化保护级
Level 5  访问验证保护级（最高）

7.5 灾难恢复最高级别

• 零数据丢失（RPO=0）
• 自动系统故障切换（RTO≈0）

八、项目管理

8.1 项目时间管理

PERT 期望时间公式：

甘特图 vs PERT图：

• 甘特图：展示任务时间安排和进度，直观但不显示依赖关系
• PERT图：展示任务依赖和关键路径，可计算最早/最晚完成时间

8.2 WBS（工作分解结构）

项目
├── 阶段1
│   ├── 工作包1.1
│   └── 工作包1.2
├── 阶段2
│   ├── 工作包2.1
│   └── 工作包2.2
└── 阶段3

活动定义使用工具：WBS

8.3 配置管理

配置项的三种状态：

草稿 → 正式发布 → 正在修改

配置管理四大活动：

• 版本控制
• 变更管理
• 配置状态管理
• 访问控制与安全控制

8.4 需求管理

变更控制委员会：CCB（Change Control Board）

需求变更管理流程：

1. 问题分析和变更描述
2. 变更分析和成本计算
3. 变更实现

需求管理三大基本活动：

1. 变更控制
2. 版本控制
3. 需求跟踪

附录：高频考点速记

核心口诀汇总

CMMI 五级：初重定管优（初始、可重复、已定义、已管理、优化）

耦合低→高：飞鼠标恐外公内
  （非直接、数据、标记、控制、外部、公共、内容）

内聚低→高：欧罗驶过通顺宫
  （偶然、逻辑、时间、过程、通信、顺序、功能）

范式口诀：
  1NF=原子，2NF=完全依赖，3NF=无传递，4NF=无多值

架构风格选择指南

Java 后端关联考点