系统设计的一般原理

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出版者:清华大学出版社
作者:杰拉尔德・温伯格
出品人:
页数:378
译者:张剀
出版时间:2004-1
价格:29.80元
装帧:平装(无盘)
isbn号码:9787302075677
丛书系列:软件与系统思想家温伯格精粹译丛
图书标签:
  • 系统设计
  • 温伯格
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  • 架构设计
  • 系统工程
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  • 可靠性
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具体描述

本书是一位计算机专家与一位人类学家思想碰撞的结晶,针对那些无法通过传统方法解决的系统问题,为我们介绍了分析与理解这类问题的新观点和新方法。 这是一本有关一般系统的思想与如何有效思考的著作,对各个学科领域,都有广泛的适用性,不仅仅是关于计算机的系统,还包括各种系统--人类、自然、科技。它提供了许多关于设计信息管理系统、培训程序、商业组织或都市人日常工作的应用实例。行文旁征博引,例子丰富,语言幽默风趣,涵盖了各类型系统(人类、自然以及技术系统)的设计问题。

本书曾以"关于稳定系统的设计"为题首次出版,历经数年后再次修订出版。作者利用他们在技术和社会科学上的优势,给出许多非常有启发性的见解,并把这些见解用任何人都能理解的语言表述出来。无论专业人员、普通人还是学生,都可以从本书中获得求解问题的实用方法,因此是一本可读性极强的佳作。也可以作为人文、社会、自然和工程科学等专业本科生的教材。

《软件架构的艺术:从理论到实践的深度探索》 图书简介 本书旨在为软件工程师、架构师以及技术决策者提供一套全面、深入且极具操作性的软件架构设计方法论。我们不探讨任何关于“系统设计的一般原理”的泛泛而谈,而是聚焦于在真实、复杂的工程环境中,如何有效地应用、权衡和演进系统结构。 第一部分:理解架构的本质与约束 在软件系统构建的初期,架构是定义未来形态和限制可能路径的基石。本部分将抛弃教科书式的定义,转而深入探讨架构决策是如何产生的,以及它们如何与非功能性需求(NFRs)紧密交织。 1.1 架构的边界与上下文:超越蓝图 我们首先要明确,软件架构并非一张静止的图纸,而是系统在特定业务、技术和组织约束下的动态平衡点。我们将剖析“业务驱动的架构”这一概念,探讨如何将模糊的商业目标(例如,市场占有率、合规性要求)转化为可量化的技术指标(如,延迟容忍度、可扩展性指标)。深入分析利益相关者分析(Stakeholder Analysis)在架构定义中的关键作用,特别是当不同群体(如运维团队、产品经理、安全专家)对架构有冲突的需求时,架构师如何进行有效的权衡和沟通。 1.2 非功能性需求的量化与权衡(NFRs Deep Dive) 性能、可用性、可维护性、安全性和成本,这些看似抽象的概念,必须被量化才能指导设计。本章详细介绍将这些NFRs转化为具体设计约束的技术。例如,如何根据平均故障间隔时间(MTBF)和预期恢复时间目标(RTO/RPO)来选择数据复制策略;如何利用负载测试模型(如,Little's Law的应用)来预测并发用户对基础设施容量的影响。我们将探讨关键的权衡矩阵,例如,高一致性(Consistency)与高可用性(Availability)之间的CAP定理实际工程选择,以及在特定业务场景下,我们倾向于牺牲哪一方的工程实践。 1.3 技术债务的架构视角 技术债务并非都是坏事,但在架构层面累积的债务则可能导致系统性的风险。本章侧重于如何识别、衡量和管理架构级别的技术债务,特别是那些由于早期设计妥协或技术栈过时导致的结构性缺陷。我们将介绍“架构度量”体系,例如,耦合度(Coupling)、内聚性(Cohesion)在微服务或模块化设计中的实际表现,以及如何建立定期的“架构健康检查”流程,确保系统演进不会偏离其核心设计意图。 第二部分:核心架构模式的深度工程应用 本部分摒弃对传统模式的简单罗列,聚焦于在现代分布式环境中,特定架构模式的选择、实现细节和潜在陷阱。 2.1 分布式系统的基本挑战与选型 分布式系统设计的核心在于如何优雅地处理失败、延迟和状态管理。我们将详细分析几种主流的通信范式:同步调用(RPC/REST)、异步消息传递(Message Queues, Event Streams)和面向服务的架构(SOA/Microservices)的适用场景。重点讨论如何选择合适的数据一致性模型(最终一致性、因果一致性)以及在不同网络拓扑下如何设计健壮的超时和重试机制,避免级联失败。 2.2 数据持久化与事务管理 现代应用的数据层已高度异构化。本章深入探讨关系型数据库(RDBMS)的扩展性限制,以及NoSQL数据库(键值存储、文档数据库、图数据库)在特定数据模型和访问模式下的优势。核心在于“围绕数据访问模式设计数据存储”,而不是“将数据强行放入单一存储中”。此外,我们将详细解析分布式事务的解决方案,如Saga模式、两阶段提交(2PC)的现代变体,及其在保证业务流程完整性方面的工程复杂性。 2.3 响应式系统与弹性设计 响应式系统(Reactive Systems)强调的是系统的响应性、韧性、可伸缩性和消息驱动。本章着重于事件驱动架构(EDA)的实践,包括事件溯源(Event Sourcing)和命令查询职责分离(CQRS)的设计模式。我们将探讨如何利用Actor模型或类似机制来构建高并发、无锁状态的服务,以及如何使用隔离、限流(Rate Limiting)和熔断器(Circuit Breakers)等机制来构建具备自愈能力的系统。 第三部分:架构的演进、治理与团队结构 架构设计不是一次性的任务,而是一个持续的过程。本部分关注如何管理架构的生命周期,确保它能适应不断变化的需求,并与组织结构保持一致。 3.1 架构治理与决策管理 一个成功的架构需要有效的治理结构。本章介绍如何建立一个可持续的架构评审流程,确保关键设计决策被记录、传达并定期回顾。重点讨论“架构决策记录”(ADR)的最佳实践,以及如何平衡自下而上的创新与自上而下的标准强制执行。我们将探讨“架构师的职责”如何从设计者转变为赋能者,通过提供工具、标准和清晰的指导,而非微观管理。 3.2 组织结构与Conway定律的实践 Conway定律指出,系统的结构将反映产生该系统的组织的沟通结构。本部分将分析如何设计组织结构以支持所需的系统架构(例如,如何通过团队自治来支持微服务的独立部署)。讨论跨职能团队(Cross-functional Teams)的建立,以及DevOps文化如何在自动化、基础设施即代码(IaC)和持续交付(CD)的实践中固化良好的架构设计。 3.3 演化式架构:从单体到分布式 大多数系统并非从一开始就是完美的分布式系统。本章专注于“演化式架构”的方法论,即如何通过渐进式、低风险的步骤重构和迁移现有系统。我们将介绍Strangler Fig Pattern(绞杀者模式)、Anti-Corruption Layer(反腐蚀层)在遗留系统改造中的具体应用,以及如何通过清晰的边界划分和契约管理,实现从紧耦合系统向松耦合、高内聚模块的平滑过渡。 总结 本书不提供一套放之四海而皆准的“通用解决方案”,而是提供一套批判性思维框架和一系列经过实战检验的工程工具箱。读者将学会如何深入分析特定场景下的约束,选择最合适的模式,并以工程化的方法管理架构的生命周期,从而构建出真正满足业务需求、具备高韧性和可维护性的复杂软件系统。

作者简介

作者简介:

杰拉尔德·温伯格(gerald m. weinberg),软件领域最著名的专家之一,美国计算机名人堂代表人物,weinberg & weinberg顾问公司(位于美国内布拉斯加州首府林肯市)的负责人。温伯格精力旺盛,思想活跃,从20世纪70年代开始,他总共撰写了30多本书籍和数以百计的论文。在西方国家乃至全球,温伯格拥有大量忠实的读者群,这些"追星族"阅读了温伯格的每本重要著作,他们甚至建有专门的组织和网络,讨论和交流大师的重要思想。可以说,温伯格近年来的每本新书都是在万众瞩目中推出的。

丹妮拉·温伯格(daniela weinberg), forward杂志的内部作者,1998年和1999年maxwell奖获得者。具有丰富的有关组织文化的咨询、出版和演讲经验,主要研究了组织文化的作用和变化。利用在应用人类学的专长,她还建立了人-动物关系研究工作室。

译者简介:

张铠,清华大学工学博士,从事控制系统设计方面的研究。

王佳,北京第二外国语大学学士,有多年翻译和编辑工作的经验。

目录信息

第1章 关于持续性的问题
第2章 集合
第3章 无出生集合
第4章 集合论证
第5章 建立分化集合模型
第6章 分化集合模型的程序
第7章 结构与行为
第8章 结构调节律
第9章 对调节的探索
第10章 稳态试探法
第11章 其他调节试探法
第12章 调节机制的种类
第13章 调节与环境
第14章 当模型失效
……
参考文献
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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我是一个对“性能优化”有近乎偏执追求的读者,我翻阅这本书的初衷是希望能找到一些关于内存管理、并发原语选择或底层操作系统交互的极致技巧。我期待看到类似于“如何利用CPU缓存行对齐来提升特定算法的吞吐量”这样的硬核内容。然而,这本书对性能的讨论,更多地是从系统整体的“预期行为”和“可预测性”角度出发的。它强调的是“避免设计出需要极限优化的系统”,而不是“如何将一个糟糕的设计优化到极限”。这种视角上的转变非常微妙且深刻。书中对于“延迟的代价”的分析,让我开始重新审视我们项目中那些看似微不足道的毫秒级延迟,原来在规模放大后,这些延迟累积起来的成本是如此高昂。它没有给我现成的代码片段,但它给我了一套评估工具:当面对两个技术方案时,如何使用书中提到的“故障注入模型”和“负载边界分析”来预判哪一个在压力下更可能崩溃。这套方法论比任何具体的性能调优技巧都要宝贵,因为它教会我如何从设计的源头就避免陷入性能黑洞。

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读完前三分之一的内容后,我最大的感受是作者的广博视野。他似乎对计算机科学的各个分支都有深厚的积累,并且能将这些看似不相关的领域巧妙地编织在一起。我原本期待看到的是偏向于纯粹软件工程的讨论,比如设计模式的适用场景分析,或是UML图的规范解读。然而,书中却穿插了对复杂系统理论的探讨,甚至涉及了一些运筹学和信息论的基本概念,用来解释为什么某些架构选择在统计学上更具鲁棒性。特别是关于数据流动的章节,作者没有直接堆砌Kafka或RabbitMQ的配置细节,而是深入剖析了背压机制的本质,以及如何通过精妙的速率匹配来避免系统雪崩。这种宏观的、第一性原理的思考方式,使得书中的结论具有极强的生命力。我尝试将书中的一个关于“层次化依赖管理”的原则应用到我目前负责的一个遗留系统重构中,结果发现原先困扰我们很久的耦合问题,竟然因为遵循了书中提到的那个“最小信息传递原则”而得到了显著缓解。这本书的价值在于,它教你如何提问,而不是直接给你答案,它培养的是一种对“为什么是这样”的深刻洞察力,这比单纯学会如何使用某个工具重要得多。

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在阅读过程中,我一直在寻找书中关于“安全设计”部分的深入探讨。鉴于当前网络环境的复杂性,我本希望能看到关于零信任架构的详细实施步骤,或者如何构建一套完整的身份验证与授权体系的详尽指南,比如OAuth 2.0或OpenID Connect在复杂系统中的最佳实践。然而,这本书对安全的提及相对分散,通常是作为系统设计中必须考虑的一个“非功能性需求”来一笔带过,而非作为一个独立且庞大的专题来深入剖析。它更侧重于“功能正确性”和“可扩展性”的平衡。例如,它详尽地解释了如何通过事件溯源(Event Sourcing)来保证业务状态的完整性,这无疑是极其重要的设计技巧。但对于如何确保这些事件在传输过程中不被篡改,以及如何安全地管理用于加密和签名的密钥,这些在现代安全体系中至关重要的环节,书中似乎没有给出系统性的设计蓝图。因此,这本书更像是为我们打好了坚实的“结构地基”,但“安全围墙”和“防盗系统”的搭建,读者还需要参考其他更专业的安全书籍来作为补充。

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这本书的封面设计就透露出一种沉稳且实用的气息,色彩搭配低调却不失专业感。拿到手上,厚重的手感让人感觉内容必然扎实。我原本以为它会聚焦于某个特定技术栈的深度剖析,比如微服务架构的极致调优,或是特定数据库的性能瓶颈突破。然而,这本书的叙事角度却出乎我的意料。它更像是一本“内功心法”的宝典,没有过多纠缠于最新的框架版本迭代——这在技术书籍中是极其可贵的,因为框架更新太快了。它探讨的是更底层的、跨越技术领域的本质问题:如何定义清晰的边界,如何权衡一致性与可用性,以及在资源受限的情况下做出最优的技术决策。书中对于“抽象的艺术”有非常精辟的论述,尤其是在讲解如何构建可复用组件时,作者引用了大量的工程实例,这些实例并非那种教科书式的完美场景,而是充满了现实世界中的妥协和挣扎。我尤其欣赏它对“隐性知识”的挖掘,那些架构师们在项目后期才领悟到的教训,这本书很早就将其系统化地呈现了出来,使得初级工程师也能站在巨人的肩膀上提前避开许多陷阱。这绝不是一本速成手册,而是一份需要反复研读、并在实践中不断印证的参考指南,它重塑了我对“设计”这个词的理解,从“画图”上升到了“工程哲学”的层面。

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这本书的行文风格极为凝练,甚至带着一丝学者的冷峻,完全没有时下技术书籍中常见的、为了增加趣味性而刻意加入的轻松幽默或个人轶事。这对于追求效率的读者来说是优点,但也可能让初次接触的读者感到门槛稍高。我希望书中能多一些关于团队协作和跨职能沟通的实际案例,因为在我看来,系统设计失败的根本原因往往不是技术本身,而是人与人之间的信息不对称和目标不一致。例如,当产品经理提出一个需求时,设计师如何基于设计原则有效地反向推导技术限制,以及工程师如何清晰地向非技术人员阐述架构取舍背后的商业价值,这些“软技能”部分在书中讨论得相对较少。我原本以为作者会花大量篇幅来讨论DevOps实践,比如CI/CD管道的最佳实践,或者自动化测试的覆盖率标准,但这些内容几乎被一笔带过,重点明显是放在了前置的、更具战略性的设计决策上。这使得这本书更像是架构师的案头参考书,而非一线开发者的即时手册。它提供的是高屋建瓴的框架,但具体的落地执行细节,读者还需要自行结合项目情境去填充。

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慢慢读吧~

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比大部分控制理论的书写的好。

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温伯格的研究方法老实说过于复杂,实际系统需要考虑的问题过多,需要取舍平衡,而不是全部纳入研究体系

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架构师最缺乏的能力

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系统论研究的某种哲学探讨

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