[架构之路-263]：目标系统 - 设计方法 - 软件工程 - 软件设计 - 概要设计

一、概要设计综述

1.1 什么是概要设计

1.2 概要设计的目标

1.3 软件概要设计与软件架构设计的比较

1.4 软件概要设计、软件架构、软件详细设计比较

二、如何做好概要设计

2.1 概要设计的入手点

2.2 概要设计的步骤

2.3 进行概要设计的注意事项

三、软件概要设计的内容

3.1 概要设计的内容概述

3.2 概要设计实例

3.3 软件概要设计文档的格式

3.4 软件概要设计所需要图形

一、概要设计综述

1.1 什么是概要设计

概要设计（High-Level Design）是软件开发过程中的一个阶段，用于描述软件系统的整体结构和组件之间的关系。它是在需求分析阶段后，详细设计阶段之前进行的一个设计阶段。

概要设计主要关注系统的整体架构、模块划分和交互方式，旨在将需求分析阶段所得到的系统需求转化为更加具体和可实现的设计方案。

概要设计涵盖了系统的功能和模块划分、数据流和处理流程、系统的接口和交互方式等方面。

1.2 概要设计的目标

概要设计的目标是将系统需求转化为具体的设计方案，为详细设计和后续开发提供指导和基础。

以下是概要设计的主要目标：

确定系统的整体架构：概要设计通过定义系统的层次结构、模块划分和组件之间的关系，确保系统的整体架构合理且可扩展。
明确功能和模块划分：概要设计阐明系统的功能和业务模块，并确定模块的职责和接口，使开发团队能够更好地理解和实现系统的功能。
定义数据流和处理流程：概要设计描述系统的数据流动方式、处理流程和转换规则，确保系统能够按照需求正确地处理和转换数据。
确保系统的稳定性和性能：概要设计考虑系统的稳定性和性能要求，选择合适的技术方案和架构来满足这些需求，以保障系统的可靠性和高性能。
为详细设计提供指导：概要设计为后续的详细设计提供了指导和基础，为开发团队提供了一个明确的设计方案，有助于减少后续开发过程中的返工和变更。
促进沟通和协作：概要设计提供了一个共同的理解框架，促进开发团队内部以及与业务相关方之间的沟通和协作，确保所有人对系统的设计和实现有相同的认知。

总体而言，概要设计的目标是在需求分析和详细设计之间建立一个桥梁，将系统需求转化为可实现的、具体的设计方案，为软件开发过程提供指导和基础。它帮助开发团队在实际开发过程中更加高效地进行工作，确保软件系统能够按照需求正确地实现。

1.3 软件概要设计与软件架构设计的比较

软件概要设计和软件架构设计是软件开发过程中的两个不同但相关的概念。

它们之间存在着一些区别和联系：

定义和范围：
- 软件概要设计：软件概要设计是在需求分析之后、详细设计之前的一个阶段，主要关注系统的整体结构、模块划分和功能需求。它提供了一个高级别的设计方案，描述系统的总体架构和组件之间的关系。
- 软件架构设计：软件架构设计更关注系统的结构和组织，它是概要设计的一部分，用于定义系统的结构、模块划分、组件和子系统之间的关系以及它们的职责和交互方式。
关注点：
- 软件概要设计：软件概要设计关注系统的整体风格、层次结构、模块和组件的划分，以及它们之间的交互方式。它帮助团队理解系统的大局，并为详细设计提供指导和基础。
- 软件架构设计：软件架构设计更加关注系统的结构、组件和子系统之间的关系，强调系统的分层、解耦、扩展性、性能和安全等方面。它决定了软件系统的基本框架和技术栈，并提供了一个可行的设计方案。
内容和细节程度：
- 软件概要设计：软件概要设计注重整体框架和模块划分，关注的是高层次的设计，具体细节可能不够完善和具体。它是为了帮助开发团队理解和协调整体设计而存在的。
- 软件架构设计：软件架构设计更加详细和精确，对各个组件的职责和接口进行了定义，描述了组件之间的关系和交互方式，提供了一些具体的技术选择和约束条件。

尽管软件概要设计和软件架构设计有一些区别，但它们在软件开发过程中是相互关联和相互支持的。软件概要设计提供了一个整体的设计框架，软件架构设计则在此基础上进一步详细定义和规划系统的结构和组织。

在实际开发中，这两个设计阶段往往是紧密衔接的，相互影响和相互推进。

1.4 软件概要设计、软件架构、软件详细设计比较

软件概要设计、软件架构设计和软件详细设计是软件开发过程中的三个不同但相关的概念。

它们之间存在着一些区别和联系。

定义和范围：
- 软件概要设计：软件概要设计是在需求分析之后、详细设计之前的一个阶段，主要关注系统的整体结构、模块划分和功能需求。它提供了一个高级别的设计方案，描述系统的总体架构和组件之间的关系。
- 软件架构设计：软件架构设计更关注系统的结构和组织，它是概要设计的一部分，用于定义系统的结构、模块划分、组件和子系统之间的关系以及它们的职责和交互方式。
- 软件详细设计：软件详细设计是在概要设计和编码之间的一个阶段，主要关注系统的具体实现细节。它在概要设计和编码之间扮演了桥梁的角色，将高层次的设计转化为低层次的代码实现。
关注点：
- 软件概要设计：软件概要设计关注系统的整体风格、层次结构、模块和组件的划分，以及它们之间的交互方式。它帮助团队理解系统的大局，并为详细设计提供指导和基础。
- 软件架构设计：软件架构设计更加关注系统的结构、组件和子系统之间的关系，强调系统的分层、解耦、扩展性、性能和安全等方面。它决定了软件系统的基本框架和技术栈，并提供了一个可行的设计方案。
- 软件详细设计：软件详细设计关注系统的具体实现，包括数据结构、算法、函数和类的实现，以及代码的组织和管理。它根据概要设计和架构设计提供的指导，进一步细化系统的实现和实现细节。
内容和细节程度：
- 软件概要设计：软件概要设计注重整体框架和模块划分，关注的是高层次的设计，具体细节可能不够完善和具体。它是为了帮助开发团队理解和协调整体设计而存在的。
- 软件架构设计：软件架构设计更加详细和精确，对各个组件的职责和接口进行了定义，描述了组件之间的关系和交互方式，提供了一些具体的技术选择和约束条件。
- 软件详细设计：软件详细设计相对于前两者而言，更加注重代码的实现细节和具体代码的组织。它要求对软件工程的相关技术和框架有一定的掌握，并能够根据开发团队的要求实现高效、稳定的代码。

以上三个设计阶段在软件开发过程中相互关联和相互支持，它们共同构成了从需求到实现的完整软件开发过程。在实际开发中，这三个阶段的设计不仅仅是线性的，也常常交错、并行和迭代。因为需要随实际情况对设计方案进行调整，以适应需求的变化和项目的进展。

二、如何做好概要设计

2.1 概要设计的入手点

概要设计的目标是将系统需求转化为具体的设计方案，为详细设计和后续开发提供指导和基础。

为了做好概要设计，可以从以下几个方面入手：

确定系统需求：概要设计是在需求分析之后进行的，因此需要仔细评估和理解系统的需求，准确把握用户的需求和特点，从而能够为后续的设计和开发工作提供清晰的目标。
划分系统模块：在理解系统需求的基础上，需要对系统的整体结构进行划分和设计。可以从系统的功能角度出发，将系统分解成多个模块和子系统，建立模块之间的关系。
确定系统架构：确定系统的整体架构，包括选择适当的技术、决定系统的分层和接口设计等，以确保系统的扩展性、可维护性和性能满足需求。
确定模块接口：对于每个模块，需要定义它的接口，确保模块之间能够协同工作，共同构建系统的架构。需要考虑接口的输入参数和输出参数，以及错误处理等方面。
定义系统的数据流和处理流程：明确系统的输入、输出和处理流程，从而能够确保系统能够按照需求正确地处理和转换数据。需要考虑不同模块之间的数据交换和传输。
确保系统的稳定性和性能：在设计过程中，需要进行系统的稳定性和性能分析，确保系统能够在高负载和不同场景下稳定运行，同时也要考虑系统的安全和可靠性。
为详细设计提供指导：概要设计应该提供一个明确的设计方案，有助于减少后续开发过程中的返工和变更。需要为开发团队提供指导和支持，确保详细设计和开发的顺利进行。

总体来说，做好概要设计需要充分理解系统需求，设计合理的架构和模块划分，定义合适的模块接口，同时也要考虑系统的稳定性和性能。概要设计提供了可行的整体设计方案，为后续的详细设计和开发提供了指导和支持，能够有效减少开发风险和提高开发效率。

2.2 概要设计的步骤

下面是进行概要设计的一般步骤：

系统需求分析：仔细评估和分析系统需求，理解用户的功能需求、性能要求、可靠性要求等方面。与系统利益相关者交流，澄清需求并记录下来。
确定系统范围和目标：明确系统的边界和功能范围，定义系统的目标和关键成功因素。确保概要设计过程中团队对系统的整体目标是一致的。
划分系统模块：根据系统需求和功能，将系统划分成若干模块或子系统。每个模块应具备相关的功能和边界，且易于管理和维护。模块的划分可以参考功能分解、责任分配等方法。
定义模块之间的关系：明确和定义各个模块之间的关系和依赖。确定模块之间的通信方式和数据交换方式，确保模块之间的协同工作。
设计系统结构和架构：在模块划分的基础上，设计系统的总体结构和架构，包括选择适当的技术栈、组织模块的层次结构、确定模块间的接口等。
确定数据流和处理流程：定义系统的数据流和处理流程，明确系统的输入、输出和数据处理过程。确定数据的格式和验证方式，以及各个模块之间的数据传输方式。
考虑系统的可靠性和性能：评估系统的可靠性和性能要求，设计合理的架构和算法，确保系统能够满足要求并应对各种异常和负载情况。
验证和评估设计方案：对概要设计方案进行评估和验证，与团队成员和系统利益相关者进行交流和讨论，以确保设计方案合理、可行和可接受。
产出概要设计文档：撰写概要设计文档，记录概要设计的结果、决策、方案和相关的设计思路和依据。确保文档清晰、完整，并与团队成员共享和讨论。
持续优化和迭代：概要设计是一个迭代的过程，随着系统的不断演化和需求的变化，可能需要对概要设计进行调整和优化。持续关注设计的有效性和适应性，随时做出调整。

概要设计是软件开发过程中的关键一步，它提供了系统的整体框架和方向，为后续的详细设计和开发提供了指导和基础。因此，进行概要设计时需要充分理解需求，进行合理的模块划分和架构设计，并与团队和相关利益相关者进行合作和交流。

2.3 进行概要设计的注意事项

进行概要设计时需要注意以下几个事项：

理解需求：概要设计的基础是对需求的理解。需要充分理解系统的功能需求、性能要求、可靠性要求等方面，并尽可能地与利益相关者进行充分交流，以确保需求的准确性和完整性。
划分模块：对系统进行适当的分解和划分，划分出合理的模块和子系统。需要考虑模块之间的边界和接口，确保各个模块之间的职责和关系清晰明确。
考虑系统架构：进行系统的总体架构设计时需要充分考虑系统的可扩展性、可移植性和可维护性等因素。需要评估和选择合适的技术栈，确定系统的分层结构和接口定义。
确保系统的安全性和稳定性：安全和稳定性是现代化设备最重要的因素之一。设计时需要采取适当的安全措施，例如身份验证、数据加密、错误处理机制等，以确保系统功能的安全和稳定性。
着重考虑性能：系统的性能是用户使用体验的关键部分。需要对系统的平均负载和峰值负载进行评估和分析，设计合理的算法、数据结构和网络通信方式等，确保系统在各种负载情况下都能够稳定运行。
着重考虑可维护性：可维护性是系统的长期运维的重点。需要设计易于维护的模块和接口，采用规范的编码风格和注释，建立良好的文档和记录。
持续改进和迭代：概要设计是一项初始的工作，需要根据后续的详细设计和实现经验不断地进行迭代和优化。设计文档需要持续更新和完善，以反映系统不断演化和修正的过程。

总之，进行概要设计需要全面考虑用户需求、系统的可扩展性、可移植性、可维护性、安全性、稳定性和性能等方面。需要与开发团队和系统利益相关者密切协作，形成共识，确保所设计的系统可以顺利实现并得到用户的全面认可和接受。

三、软件概要设计的内容

3.1 概要设计的内容概述

软件概要设计是软件开发过程中的一个重要环节，旨在将系统需求转化为具体的设计方案，为后续的详细设计和开发提供指导和基础。

软件概要设计通常包括以下内容：

系统结构和架构：明确系统的整体结构和架构，包括系统的层次结构、模块划分、组件和服务的定义等。可以使用各种结构图（如层次图、组件图、流程图等）表达系统的结构和架构。
功能模块和子系统：根据系统需求和功能，将系统划分成若干模块或子系统。每个功能模块应具备明确的功能和边界，易于管理和维护。可以对每个模块进行详细描述，包括功能描述、接口定义、输入输出等。
模块之间的关系和通信：明确和定义各个模块之间的关系和依赖关系，确定模块之间的通信方式和数据交换方式。可以使用时序图、数据流图等展示模块之间的交互流程。
数据流和处理流程：定义系统的数据流和处理流程，包括系统的输入、输出和数据处理过程。需要明确各个模块之间的数据传输和数据转换规则，确保系统能够正确地处理和转换数据。
接口定义：对每个模块或子系统，明确定义其接口，包括输入参数、输出参数、接口协议和错误处理等。确保模块之间能够协同工作，实现数据的正确传递和处理。
外部接口和依赖：确定系统与外部系统或组件之间的接口和依赖关系，包括数据库、第三方服务、硬件等。明确系统与外部系统之间的数据交换方式和接口规范。
性能和可靠性要求：评估系统的性能和可靠性要求，确定系统的性能指标和可靠性指标。可以定义响应时间、吞吐量、资源利用率等方面的要求，确保系统能够满足用户的性能和可靠性需求。
安全措施和隐私保护：考虑系统的安全性和隐私保护，提供相应的安全措施和隐私保护策略。包括身份认证、访问控制、数据加密、防护措施等方面的设计。
系统测试策略和计划：定义系统的测试策略和计划，包括单元测试、集成测试、系统测试等。明确测试的目标、方法和资源需求，确保在后续的开发和测试过程中质量可控。

软件概要设计文档应当清晰、易于理解，并与团队成员共享和讨论。它提供了软件系统的整体框架和方向，为后续的详细设计和开发提供了指导和基础。

3.2 概要设计实例

下面是软件系统概要设计的一个例子，假设我们需要设计一个在线商城系统：

系统结构和架构：

该系统采用的是三层架构：表现层、业务逻辑层和数据存储层。表现层负责对用户的请求进行处理和响应，业务逻辑层处理系统的业务逻辑，数据存储层则负责数据的存储和管理。

功能模块和子系统：

该系统主要分为以下模块：

用户管理模块：负责用户管理和认证，包括用户注册、登录、个人信息维护等。
商品模块：负责商品的管理和展示，包括商品的添加、编辑和删除，商品分类、商品搜索等。
购物车模块：负责购物车的管理，包括添加商品、删除商品等操作。
订单模块：负责订单的管理，包括订单的创建、查询、支付、退换货等。

模块之间的关系和通信：

用户管理模块和商品模块之间是相互独立的，但是它们需要通过业务逻辑层和数据存储层进行数据交互。

购物车模块和订单模块之间有依赖关系，在用户提交订单时，需要从购物车模块获取商品信息和价格等。

数据流和处理流程：

用户在浏览器中发起请求，请求先到达表现层，表现层通过业务逻辑层处理用户请求，然后再通过数据存储层获取所需数据返回给用户。同时，各个模块之间需要进行数据的传输和处理，如用户通过商品模块搜索商品信息，商品模块需要通过数据库查询并返回搜索结果。

接口定义：

每个模块都需要明确定义其接口，例如用户管理模块的登录接口需要传递用户名和密码，返回认证结果和用户信息等。

外部接口和依赖：

该系统依赖于多个外部服务和组件，如支付系统、物流系统、短信服务等。需要确定与这些外部系统或组件之间的接口和依赖关系。

性能和可靠性要求：

该系统需要能够支持高并发请求，并且保证系统的可靠性和稳定性。需要对系统的性能和可靠性进行评估和分析，确保系统能够满足用户的需求和要求。

安全措施和隐私保护：

该系统需要采取一系列安全措施，包括用户身份认证、数据加密、防止SQL注入等。同时，也需要保护用户的隐私，确保用户的个人信息和订单信息等不会泄露。

系统测试策略和计划：

该系统需要按照各个模块进行单元测试、集成测试和系统测试等。测试的目标主要是确保系统的功能、性能、安全和可靠性等方面都符合用户的需求和要求。测试计划需要考虑测试的方法、覆盖范围、测试用例和测试环境等因素。

概要设计文档应当清晰、易于理解，并与团队成员共享和讨论。它提供了软件系统的整体框架和方向，为后续的详细设计和开发提供了指导和基础。

3.3 软件概要设计文档的格式

软件概要设计文档的格式可以根据实际情况进行调整，但通常包括以下几个主要部分：

引言：
- 项目简介：对软件系统进行简要介绍，包括系统的目标、背景和重要性。
- 文档目的：说明概要设计文档的编写目的和预期读者。
- 参考资料：列出概要设计编写过程中所使用的参考资料。
系统结构和架构：
- 系统层次结构：展示系统整体结构的层次图或树状图，标明各个层次和模块之间的关系。
- 组件和服务定义：对每个组件或服务进行描述，明确其职责和功能。
功能模块和子系统：
- 模块划分：对系统进行模块划分，明确每个模块的功能范围和边界。
- 模块描述：对每个模块进行详细描述，包括模块的功能、输入输出、接口及其依赖关系等。
数据流和处理流程：
- 数据流图：展示系统中数据的流动和处理过程，可以使用数据流图、流程图等形式。
- 数据转换规则：描述数据在各个模块之间的转换规则和处理逻辑。
接口定义：
- 模块接口定义：定义各个模块的接口，包括输入参数、输出参数、接口协议和错误处理等。
外部接口和依赖：
- 外部系统接口：描述与外部系统或组件之间的接口和依赖关系，包括数据交换方式和接口规范。
性能和可靠性要求：
- 性能指标：定义系统的性能要求，如响应时间、吞吐量等。
- 可靠性指标：定义系统的可靠性要求，如故障处理、容错能力等。
安全措施和隐私保护：
- 安全措施：描述系统的安全措施，如身份认证、权限控制、数据加密等。
- 隐私保护：说明系统对用户隐私的保护措施和策略。
系统测试策略和计划：
- 测试目标：定义系统测试的目标，如功能测试、性能测试、安全测试等。
- 测试策略和计划：描述测试的方法、范围、测试用例、测试环境等相关信息。
附录：
- 词汇表：列出文档中所使用的专业词汇及其解释。
- 缩略语表：列出文档中所使用的缩略语及其解释。

以上是一个常见的软件概要设计文档的格式，你可以根据实际项目需求进行适当的调整和扩展。另外，为了提高文档的可读性和可理解性，可以使用图表、表格、示意图等辅助说明。

3.4 软件概要设计所需要图形

在软件概要设计中，可以使用以下几种图形来描述系统的结构、流程和关系：

系统结构图：
- 层次图：用于显示系统的层次结构关系，通常是采用树状结构的图形，从顶层到底层逐级展开。
- 构件图：用于显示系统中的各个组件或模块之间的关系和依赖，可以用块状图或箭头连接表示。
数据流图：
- 上下文图：用于显示系统与外部实体之间的数据流动，包括输入和输出数据流以及处理过程。
- 0级数据流图：显示系统的核心功能和数据流动，用于表示一种高层次的概要视图。
- 1级数据流图：进一步细化0级数据流图，显示更详细的数据流和处理过程。
流程图：
- 业务流程图：用于描述系统中典型（不是所有）的业务流程，包括输入、输出、各个环节和决策点等。
- 程序流程图：用于描述代码层面的处理流程，用于表示算法、逻辑和条件判断等。
状态图：
- 用于描述系统中实体（如对象、业务流程等）的各种状态及其转换过程。
时序图和活动图：
- 用于描述系统中的交互过程和活动流程，特别适用于描述系统中的事件驱动和并发处理等情况。