馮青峰 許穎 楊永艷 王慧

北京中電普華信息技術(shù)有限公司 北京 100192

引言

企業(yè)云平臺作為企業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的數(shù)字化底座，為應(yīng)用提供了所需的最基礎(chǔ)的架構(gòu)支撐和源源不斷的強大算力，推動企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能升級。隨著企業(yè)云平臺的深化建設(shè)，越來越多的大型業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)開始遷移上云。企業(yè)在應(yīng)用上云時，架構(gòu)設(shè)計是應(yīng)用軟件開發(fā)中最為關(guān)鍵的一環(huán)，軟件架構(gòu)中包含了關(guān)于如何構(gòu)建軟件的一些最重要的設(shè)計決策，如基于云平臺的組件設(shè)計和技術(shù)選型、部署架構(gòu)、集成架構(gòu)和安全防護方案設(shè)計等，決定了最終開發(fā)出來的軟件系統(tǒng)能否滿足我們預(yù)期的質(zhì)量屬性，架構(gòu)設(shè)計是否合理將直接影響軟件系統(tǒng)最終能否成功。鑒于大型業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)和企業(yè)云平臺本身的復(fù)雜性，應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計存在很多懸而未決的重大風(fēng)險，現(xiàn)代軟件開發(fā)非常注重盡早降低風(fēng)險，在以架構(gòu)為中心展開大規(guī)模的系統(tǒng)開發(fā)之前，通過開發(fā)演進型原型進行架構(gòu)驗證是有效的風(fēng)險應(yīng)對措施，即將軟件架構(gòu)設(shè)計方案盡快通過原型實現(xiàn)，并通過對該原型的測試和評審，來評估軟件架構(gòu)是否合理以降低項目風(fēng)險，架構(gòu)原型作為演進型原型，代碼要達到產(chǎn)品級質(zhì)量，成為下一步開發(fā)的基礎(chǔ)。

目前，架構(gòu)驗證原型的識別和選擇研究成果較少，無法有效指導(dǎo)項目實踐，本文正是針對上述問題，在進行了各種探索與實踐后，總結(jié)提煉了一套架構(gòu)驗證原型的識別和選擇方法，供準備進行架構(gòu)驗證的個人或企業(yè)參考[1]。

1 架構(gòu)驗證原型選擇方法

1.1 方法概覽

鑒于架構(gòu)驗證原型的用途，架構(gòu)驗證原型實現(xiàn)的功能有限，需要經(jīng)過細心挑選，選擇最影響用戶滿意度（功能性需求/非功能性需求滿足程度）或有較高技術(shù)風(fēng)險的一些功能進行原型開發(fā)，以保證重大的技術(shù)風(fēng)險在架構(gòu)設(shè)計中得到解決和驗證，為下一步啟動大規(guī)模開發(fā)打下基礎(chǔ)。架構(gòu)驗證原型選擇活動主要由需求和架構(gòu)文檔收集、業(yè)務(wù)場景分析、架構(gòu)風(fēng)險識別、制作場景架構(gòu)風(fēng)險矩陣、為已識別架構(gòu)風(fēng)險點選擇驗證場景、通過業(yè)務(wù)場景推演識別架構(gòu)風(fēng)險點、完善場景架構(gòu)風(fēng)險矩陣和確定驗證原型8個任務(wù)組成。

架構(gòu)驗證原型選擇以業(yè)務(wù)設(shè)計需求分析和架構(gòu)設(shè)計成果為輸入，通過業(yè)務(wù)場景分析識別用戶最關(guān)心的關(guān)鍵業(yè)務(wù)場景，通過對業(yè)務(wù)系統(tǒng)組件和技術(shù)選型、部署架構(gòu)、集成架構(gòu)和安全防護架構(gòu)等架構(gòu)元素的分析識別架構(gòu)風(fēng)險。把關(guān)鍵業(yè)務(wù)場景和架構(gòu)風(fēng)險進行匹配，形成包含業(yè)務(wù)場景信息和架構(gòu)風(fēng)險的二維矩陣表。從架構(gòu)風(fēng)險角度對已識別的架構(gòu)風(fēng)險點遍歷關(guān)鍵業(yè)務(wù)場景，選擇適合驗證架構(gòu)風(fēng)險的業(yè)務(wù)場景。從業(yè)務(wù)場景角度，通過場景推演識別和該業(yè)務(wù)場景相關(guān)的技術(shù)架構(gòu)風(fēng)險。通過多次迭代，完善場景架構(gòu)風(fēng)險矩陣表，針對場景架構(gòu)風(fēng)險矩陣表中的風(fēng)險點制定風(fēng)險應(yīng)對措施，確定哪些風(fēng)險點需要開發(fā)原型進行驗證，最終完成架構(gòu)驗證原型的選擇。

1.2 方法詳述

（1）需求和架構(gòu)文檔收集。需求和架構(gòu)文檔收集的目的是為業(yè)務(wù)場景分析和架構(gòu)風(fēng)險識別收集相關(guān)資料，輸入是業(yè)務(wù)設(shè)計、軟件需求分析、架構(gòu)設(shè)計相關(guān)文檔，輸出：業(yè)務(wù)藍圖、業(yè)務(wù)架構(gòu)、業(yè)務(wù)場景（包含業(yè)務(wù)流程和業(yè)務(wù)功能等），軟件需求說明，系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計內(nèi)容（包含系統(tǒng)架構(gòu)、組件和技術(shù)選型、部署架構(gòu)、集成架構(gòu)、安全架構(gòu)等），云平臺提供的云服務(wù)產(chǎn)品規(guī)格等，步驟通過手工方式整理，為確定關(guān)鍵業(yè)務(wù)場景和識別架構(gòu)風(fēng)險點，收集并梳理前期設(shè)計成果。

（2）業(yè)務(wù)場景分析。業(yè)務(wù)場景分析的目的是識別用戶最關(guān)心的關(guān)鍵業(yè)務(wù)場景，輸入是業(yè)務(wù)藍圖，業(yè)務(wù)架構(gòu)，業(yè)務(wù)場景（包含業(yè)務(wù)流程和業(yè)務(wù)功能等），軟件需求說明等，輸出關(guān)鍵業(yè)務(wù)場景清單。步驟依據(jù)業(yè)務(wù)藍圖、業(yè)務(wù)架構(gòu)和業(yè)務(wù)場景等業(yè)務(wù)設(shè)計成果，可采用層次分析法(AHP)等方法，對業(yè)務(wù)場景優(yōu)先級進行排序，識別關(guān)鍵業(yè)務(wù)場景。場景信息包含的關(guān)鍵要素有業(yè)務(wù)場景、場景簡述、關(guān)鍵非功能指標信息。

（3）架構(gòu)風(fēng)險識別。架構(gòu)風(fēng)險識別目的通過對架構(gòu)元素的分析，識別架構(gòu)風(fēng)險點，輸入是系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計內(nèi)容（包含系統(tǒng)架構(gòu)、組件和技術(shù)選型、部署架構(gòu)、集成架構(gòu)、安全架構(gòu)等），云平臺提供的云服務(wù)產(chǎn)品規(guī)格等。輸出架構(gòu)風(fēng)險表，步驟首先確定需要評審的關(guān)鍵架構(gòu)元素，設(shè)計每個架構(gòu)元素的風(fēng)險類別，然后根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計內(nèi)容識別架構(gòu)風(fēng)險點。

例如：系統(tǒng)架構(gòu)中通過云平臺引入的新組件對業(yè)務(wù)需求的滿足度可能存在風(fēng)險；部署架構(gòu)中部署地點的選擇對用戶體驗的影響可能存在不確定性。

（4）場景架構(gòu)風(fēng)險矩陣表制作。場景架構(gòu)風(fēng)險矩陣表制作目的是建立關(guān)鍵業(yè)務(wù)場景和架構(gòu)風(fēng)險點關(guān)聯(lián)關(guān)系，輸入是關(guān)鍵業(yè)務(wù)場景清單，架構(gòu)風(fēng)險表，輸出是場景架構(gòu)風(fēng)險矩陣表，步驟是編制場景架構(gòu)風(fēng)險矩陣表，初步建立關(guān)鍵業(yè)務(wù)場景和架構(gòu)風(fēng)險點關(guān)聯(lián)關(guān)系[2]。

（5）為已識別架構(gòu)風(fēng)險點選擇驗證場景。為已識別架構(gòu)風(fēng)險點選擇驗證場景目的是對于已識別的架構(gòu)風(fēng)險點，在關(guān)鍵業(yè)務(wù)場景清單中匹配包含該架構(gòu)風(fēng)險點的業(yè)務(wù)場景。輸入：場景架構(gòu)風(fēng)險矩陣表，系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計內(nèi)容（包含系統(tǒng)架構(gòu)、組件和技術(shù)選型、部署架構(gòu)、集成架構(gòu)、安全架構(gòu)等），云平臺提供的云服務(wù)產(chǎn)品規(guī)格等。輸出是場景架構(gòu)風(fēng)險矩陣表。步驟是在場景架構(gòu)風(fēng)險矩陣表中，針對每個架構(gòu)風(fēng)險點，遍歷每個業(yè)務(wù)場景，檢查該業(yè)務(wù)場景是否存在該風(fēng)險，如果存在該風(fēng)險，該業(yè)務(wù)場景未來可作為驗證該風(fēng)險的候選場景。

（6）通過業(yè)務(wù)場景推演識別架構(gòu)風(fēng)險點。通過業(yè)務(wù)場景推演識別架構(gòu)風(fēng)險點目的是通過關(guān)鍵業(yè)務(wù)場景技術(shù)實現(xiàn)推演，識別和補充架構(gòu)設(shè)計風(fēng)險點。場景架構(gòu)風(fēng)險矩陣表，軟件需求說明，系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計內(nèi)容（包含系統(tǒng)架構(gòu)、組件和技術(shù)選型、部署架構(gòu)、集成架構(gòu)、安全架構(gòu)等），云平臺提供的云服務(wù)產(chǎn)品規(guī)格等。輸出是場景架構(gòu)風(fēng)險矩陣表。步驟是針對每個業(yè)務(wù)場景，分析支撐該業(yè)務(wù)場景的跨層組件、組件調(diào)用關(guān)系以及部署架構(gòu)、集成架構(gòu)和安全架構(gòu)對業(yè)務(wù)場景非功能指標的影響，識別和補充架構(gòu)風(fēng)險點。

（7）完善場景架構(gòu)風(fēng)險矩陣表。完善場景架構(gòu)風(fēng)險矩陣表目的是對場景架構(gòu)風(fēng)險矩陣表架構(gòu)風(fēng)險點內(nèi)容進行去重整理。輸入是場景架構(gòu)風(fēng)險矩陣表。輸出是場景架構(gòu)風(fēng)險矩陣表。步驟通過前面任務(wù)進行的架構(gòu)風(fēng)險點的識別和補充，可能造成場景架構(gòu)風(fēng)險矩陣表中架構(gòu)風(fēng)險點存在于多個場景中，對相同的架構(gòu)風(fēng)險點選擇一個高優(yōu)先級業(yè)務(wù)場景進行去重處理。

（8）確定驗證原型。確定驗證原型目的是基于場景架構(gòu)風(fēng)險矩陣表，對架構(gòu)風(fēng)險點進行評估，確定哪些風(fēng)險點要通過開發(fā)原型進行驗證。輸入是場景架構(gòu)風(fēng)險矩陣表。輸出是架構(gòu)驗證原型清單。步驟針對場景架構(gòu)風(fēng)險矩陣表中的架構(gòu)風(fēng)險點制定風(fēng)險應(yīng)對措施，確定哪些架構(gòu)風(fēng)險點需要開發(fā)原型進行驗證?；诩軜?gòu)風(fēng)險點對應(yīng)的業(yè)務(wù)場景設(shè)計驗證原型功能范圍，編制架構(gòu)驗證原型清單[3]。

2 應(yīng)用案例

2.1 項目概況

某電力公司營銷服務(wù)系統(tǒng)是對外提供客戶側(cè)用能業(yè)務(wù)服務(wù)，對內(nèi)支撐營銷專業(yè)業(yè)務(wù)管理的信息化管理系統(tǒng)。新建系統(tǒng)以“活前端、大中臺、強后臺”為架構(gòu)模式覆蓋原有的24個業(yè)務(wù)系統(tǒng)并支持新興業(yè)務(wù)。系統(tǒng)基于公司云平臺構(gòu)建，廣泛應(yīng)用“云大物移智”技術(shù)，推進信息技術(shù)融入營銷全業(yè)務(wù)、全流程，全面支撐新型營銷業(yè)態(tài)。

該系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在業(yè)務(wù)和云平臺兩個方面。

業(yè)務(wù)體量大，邏輯復(fù)雜。營銷業(yè)務(wù)能力規(guī)劃包括14個業(yè)務(wù)域、57個業(yè)務(wù)類，全面覆蓋客戶用能設(shè)備管理、產(chǎn)品服務(wù)和運營管理等業(yè)務(wù)能力，體量巨大。支撐業(yè)務(wù)的應(yīng)用類型包括事務(wù)處理類、決策分析類、采集量測類和移動應(yīng)用類，業(yè)務(wù)邏輯復(fù)雜。

公司云平臺體系復(fù)雜。在云平臺架構(gòu)方面，公司云平臺采用了兩家商業(yè)云平臺產(chǎn)品進行構(gòu)建，為多云模式，兩家商業(yè)云平臺產(chǎn)品不兼容，增加了云平臺的整體復(fù)雜度。在云平臺技術(shù)體系方面，為了解決單體架構(gòu)“復(fù)雜度問題”使用了微服務(wù)架構(gòu)，為了解決微服務(wù)間“通訊異常問題”使用了治理框架+監(jiān)控，為了解決微服務(wù)架構(gòu)下大量應(yīng)用“部署問題”使用了容器，為了解決容器的“編排和調(diào)度問題”使用了Kubernetes，為了解決微服務(wù)框架的“侵入性問題”使用了Service Mesh，對這些云原生的技術(shù)體系項目組沒有太多經(jīng)驗，帶來了很多技術(shù)風(fēng)險。

為有效應(yīng)對項目風(fēng)險，為下一步大規(guī)模開發(fā)打好基礎(chǔ)，架構(gòu)組設(shè)計了《典型業(yè)務(wù)場景技術(shù)驗證方案》，開展了架構(gòu)驗證工作。

2.2 關(guān)鍵業(yè)務(wù)場景梳理

基于營銷業(yè)務(wù)能力藍圖設(shè)計，采用業(yè)務(wù)場景分析方法，分析了營銷業(yè)務(wù)的14個業(yè)務(wù)域、57個業(yè)務(wù)類，提取關(guān)鍵業(yè)務(wù)場景[4-7]。

圖1 業(yè)務(wù)藍圖

2.3 架構(gòu)風(fēng)險點識別

營銷服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)包括IaaS層、PaaS層、業(yè)務(wù)服務(wù)層、聚合開放層及前端5層和應(yīng)用構(gòu)建、運維監(jiān)控、安全防護3個跨層。

IaaS層為業(yè)務(wù)服務(wù)提供計算服務(wù)、存儲服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)三大類服務(wù)；PaaS層提供各種平臺服務(wù)，包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)、中間件服務(wù)、人工智能服務(wù)、大數(shù)據(jù)服務(wù)和公共服務(wù)；業(yè)務(wù)服務(wù)層由基于企業(yè)中臺構(gòu)建的各業(yè)務(wù)域微服務(wù)組成，每個微服務(wù)單獨部署；聚合開放層通過服務(wù)連接平臺等集成組件實現(xiàn)外部服務(wù)的接入和內(nèi)部服務(wù)的開放，支撐系統(tǒng)之間的服務(wù)調(diào)用；前端直接面向用戶提供業(yè)務(wù)服務(wù)，由前端頁面、APP界面以及交互邏輯等組成；應(yīng)用構(gòu)建提供研發(fā)過程的協(xié)作支撐，實現(xiàn)研發(fā)過程中各個環(huán)節(jié)的統(tǒng)一管理，保證系統(tǒng)研發(fā)迭代的速度和質(zhì)量；運維監(jiān)控提供自動化監(jiān)控和自動化運維服務(wù)；安全防護根據(jù)等保2.0三級安全技術(shù)要求，從云平臺安全、通信網(wǎng)絡(luò)安全、區(qū)域邊界安全、大數(shù)據(jù)平臺安全、數(shù)據(jù)安全、應(yīng)用安全、安全管理等方面提供安全防護。

采用架構(gòu)風(fēng)險識別方法，通過對系統(tǒng)架構(gòu)、部署架構(gòu)、集成架構(gòu)、安全架構(gòu)等架構(gòu)設(shè)計內(nèi)容的分析，識別了系統(tǒng)存在的風(fēng)險[9]。

2.4 制作場景架構(gòu)風(fēng)險矩陣表

通過對業(yè)務(wù)場景的梳理、架構(gòu)風(fēng)險的識別，制作場景架構(gòu)風(fēng)險矩陣表，并對場景和架構(gòu)的反復(fù)打磨，持續(xù)迭代，完善場景信息和架構(gòu)風(fēng)險點，形成最終的場景架構(gòu)風(fēng)險矩陣表。以下以電費測算場景為例，制作的場景架構(gòu)風(fēng)險矩陣表如下表1：

表1 遠程實時費控場景架構(gòu)風(fēng)險矩陣表

2.5 確定驗證原型清單

通過關(guān)鍵業(yè)務(wù)場景和架構(gòu)風(fēng)險點的匹配，持續(xù)完善場景架構(gòu)風(fēng)險矩陣，明確哪些架構(gòu)風(fēng)險點需要開發(fā)原型進行驗證，最終明確架構(gòu)驗證原型清單[10]。

3 結(jié)束語

很多項目做架構(gòu)設(shè)計的時候往往不做架構(gòu)驗證，導(dǎo)致架構(gòu)設(shè)計一些內(nèi)容變成空中樓閣，無法落地，甚至導(dǎo)致后續(xù)大規(guī)模開發(fā)推倒重來。大型業(yè)務(wù)系統(tǒng)上云，項目風(fēng)險大，通過開發(fā)原型進行架構(gòu)驗證是有效的風(fēng)險應(yīng)對措施。本文介紹了一種架構(gòu)驗證原型選擇方法，并通過某電力公司營銷服務(wù)系統(tǒng)案例介紹了該方法的應(yīng)用，該方法為后續(xù)大規(guī)模開發(fā)工作打下了堅實的基礎(chǔ)，避免了顛覆性推倒重建帶來的巨大損失。