系统架构设计（一）：UML与软件架构

什么是系统架构设计？

系统架构设计是对系统高层结构和行为的描述，包括：

• 系统的各个模块（组件）
• 模块之间的交互方式
• 数据流动、控制流动
• 技术选型与部署策略

系统架构常见的风格有：

• 分层架构（Layered Architecture）
• 微服务架构（Microservice Architecture）
• 客户端-服务器（Client-Server）
• 事件驱动架构（EDA）
• 面向服务架构（SOA）

UML在系统架构设计中的作用

UML 提供了一整套图形符号来帮助我们表达系统的不同层次结构。主要包括以下几种图：

UML图类型	用途
用例图（Use Case Diagram）	描述系统与用户之间的交互
类图（Class Diagram）	描述系统中的类、接口及其关系
组件图（Component Diagram）	描述系统中各个软件组件及其依赖
部署图（Deployment Diagram）	描述系统的物理部署结构，如服务器、网络节点等
时序图（Sequence Diagram）	描述对象之间按时间顺序的消息交换
活动图（Activity Diagram）	描述业务流程或算法流程
状态图（State Diagram）	描述对象在不同状态之间的变化

系统架构设计流程 + UML 图组合实践

需求分析阶段

• 主要产出：用例图
• 目标：了解系统角色、功能、边界

系统架构设计阶段

• 产出：
  • 分层结构草图（可以使用类图或组件图）
  • 技术选型（框架、数据库、消息队列等）
  • 微服务划分图（组件图 + 部署图）

模块设计阶段

• 产出：
  • 类图（定义类、继承、接口）
  • 时序图（描述接口或服务之间的调用流程）
  • 状态图（用于处理复杂状态机逻辑）

系统部署阶段

• 产出：
  • 部署图（展示微服务部署在哪些服务器上、如何通信）

一个完整系统示例

假设我们设计一个视频监控系统，包含如下部分：

• 前端 Web 页面
• 后端服务（用户认证、录像管理、实时预览）
• 媒体服务（RTSP 转 WebRTC）
• 数据库与存储
• SRS 流媒体服务器

我们可以这样用 UML 来描述架构：

用例图

• 用户 -> 登录
• 用户 -> 预览实时视频
• 用户 -> 查询回放录像
• 管理员 -> 设备管理

组件图

• 用户服务
• 视频管理服务
• 媒体网关（转码、拉流）
• 存储模块
• SRS 服务（独立组件）

部署图

[客户端浏览器]|[Nginx 反向代理]|
[后端 API 服务群] --连接--> [数据库]|调用|[媒体网关服务] --连接--> [SRS 服务]

时序图

• 用户点击播放 -> API 服务 -> 媒体网关 -> SRS 拉流 -> 返回 WebRTC 地址 -> 前端播放

总结

设计层级	推荐 UML 图
系统级功能	用例图、组件图
逻辑结构	类图、时序图
流程控制	活动图、状态图
运维部署	部署图