2026年上半年系统架构设计师下午真题及答案解析

2026年上半年系统架构设计师下午真题及答案解析一、案例分析题（共5大题，第1题必做，第2～5题选做3题，每题25分，满分100分）###第1题（必做题）阅读以下关于软件架构设计的说明，回答问题1至问题3。说明某科技公司拟开发一套“智慧医疗”综合服务平台，该平台需要整合挂号、问诊、电子病历、在线支付等功能。在架构设计阶段，架构师团队对系统的质量属性、架构风格及具体设计策略进行了详细讨论。在需求分析阶段，收集到以下关键需求：(a)在早高峰挂号时段，系统需支持至少10000个并发用户同时在线操作，页面响应时间不超过2秒。(b)系统需保证7×24小时不间断运行，核心服务发生故障时，自动恢复时间不得超过30秒。(c)当国家医保政策调整时，系统需在2人天内完成计费规则模块的修改，且不影响其他业务模块。(d)系统必须防止SQL注入和跨站脚本攻击，患者电子病历数据在传输和存储时必须进行加密。问题1（10分）架构质量属性是指系统在特定条件下表现出的外部特性。请根据上述需求(a)～(d)，识别出系统需要满足的4个架构质量属性，并将答案填入表1-1的(1)～(4)中。表1-1质量属性识别表需求编号质量属性(a)(1)(b)(2)(c)(3)(d)(4)问题2（7分）经过讨论，系统决定采用微服务架构风格。(1)请简述微服务架构风格的2个核心特点。(2)在微服务架构中，通常会在客户端和服务端之间引入API网关，请列举API网关的3个主要作用。问题3（8分）为了满足需求(a)和(b)，架构师团队设计了以下架构策略：(1)为了提高系统的(1)（填质量属性），在架构中引入了Redis集群和CDN加速，这属于(2)（填架构策略名称）策略。(2)为了提高系统的(3)（填质量属性），在核心服务间引入了心跳检测机制和熔断器模式，这属于(4)（填架构策略名称）策略。答案：问题1：(1)性能（或：性能/响应时间）(2)可用性(3)可修改性(4)安全性问题2：(1)核心特点：①服务组件化（按业务能力拆分，独立部署）；②去中心化治理（技术栈异构，分布式管理）；③基础设施自动化（自动化部署、监控和容错）。（答出任意2点即可）(2)API网关的主要作用：①路由转发（将外部请求路由到对应的后端微服务）；②身份认证与鉴权（统一校验用户身份和权限）；③限流与熔断（保护后端服务免受突发流量冲击）；④协议转换（如将外部HTTP请求转换为内部gRPC请求）。（答出任意3点即可）问题3：(1)性能(2)资源调度（或：引入并发/缓存/CDN，答“性能优化策略”或“资源增加”亦可，标准术语为“资源调度”或“引入并发/缓存”）(3)可用性(4)主动冗余（或：心跳检测/异常检测/容错机制，答“主动冗余”或“心跳检测”最贴切）解析：问题1考查软件架构质量属性的识别。并发量和响应时间对应“性能”；不间断运行和故障恢复对应“可用性”；快速修改且不影响其他模块对应“可修改性”；防攻击和数据加密对应“安全性”。问题2考查微服务架构及API网关。微服务强调独立部署、去中心化、领域驱动等。API网关是微服务的统一入口，负责路由、安全、流控等。问题3考查架构设计策略。引入缓存和CDN是为了提升“性能”，属于“资源调度”或“引入并发/缓存”策略；引入心跳和熔断是为了提升“可用性”，属于“主动冗余”或“心跳检测/异常检测”策略。###第2题（选做题）阅读以下关于系统可靠性与安全性设计的说明，回答问题1至问题3。说明某金融机构拟升级其核心账务系统，该系统对可靠性和安全性要求极高。架构师在系统设计时，重点对系统可靠性指标、安全防护体系以及容灾备份方案进行了规划。在可靠性设计方面，系统核心交易链路包含三个关键处理模块：模块A、模块B和模块C。为了提高可靠性，模块A和模块B采用并联冗余设计，然后再与模块C串联。已知模块A的可靠度为0.90，模块B的可靠度为0.80，模块C的可靠度为0.95。假设各模块故障相互独立。在安全性设计方面，系统采用了多层防护体系。在数据传输层，采用(a)协议对通信链路进行加密；在数据存储层，对用户的身份证号、银行卡号等敏感信息进行(b)处理，防止数据泄露；在访问控制层，系统根据用户所属角色分配权限，这种访问控制模型简称为(c)。在容灾设计方面，系统要求实现“两地三中心”架构，并明确了RTO和RPO指标。问题1（8分）请计算该核心交易链路的整体系统可靠度R（保留三位小数），并写出计算过程。问题2（9分）请填写说明中(a)、(b)、(c)处的正确内容。问题3（8分）(1)请分别解释容灾指标RTO和RPO的含义。(2)简述“两地三中心”架构中“两地”和“三中心”的具体指代。答案：问题1：模块A和模块B并联的可靠度RA整体系统可靠度R=问题2：(a)TLS（或SSL/HTTPS）(b)数据脱敏（或加密/掩码）(c)RBAC（或基于角色的访问控制）问题3：(1)RTO（RecoveryTimeObjective，恢复时间目标）：指灾难发生后，从系统宕机到业务系统恢复服务所需的最长时间。RPO（RecoveryPointObjective，恢复点目标）：指灾难发生后，系统能够恢复到的最近数据时间点，即允许丢失的数据量对应的时间长度。(2)“两地”指同城（或本地）和异地（或灾备地）。“三中心”指同城双活中心（或同城主备中心，包含两个数据中心）和异地灾备中心。解析：问题1考查系统可靠性计算。并联系统可靠度公式为1−∏(问题2考查安全架构设计。传输层加密通常用TLS/SSL；敏感信息防泄露通常用数据脱敏或加密；基于角色的访问控制简称RBAC。问题3考查容灾备份基础概念。RTO侧重业务恢复时间，RPO侧重数据丢失量。“两地三中心”是金融行业标准的容灾架构，同城双活/主备+异地灾备。###第3题（选做题）阅读以下关于数据架构设计的说明，回答问题1至问题3。说明某共享单车公司拟重构其后台数据架构，以应对海量设备接入和高并发业务处理。系统主要包含三类核心数据：①用户账户、骑行订单、支付流水等结构化业务数据。②单车智能锁上报的实时位置、电池电量、骑行轨迹等高频时序数据。③用户登录Token、热点区域车辆分布缓存等高频读写的小体积数据。架构师决定采用混合持久化（PolyglotPersistence）策略，针对不同数据特征选择合适的数据库产品。同时，针对订单表的分库分表以及缓存与数据库的一致性问题进行了专项设计。问题1（9分）请为上述三类数据（①、②、③）分别选择最合适的数据库类型（从“关系型数据库”、“时序数据库”、“键值数据库”、“文档数据库”、“列族数据库”中选择），并简要说明理由。问题2（8分）针对订单表的分库分表设计，架构师面临分片键（ShardingKey）的选择。若主要查询场景是“用户查询自己的历史骑行订单”，请问应选择user_id还是order_id作为分片键？请说明理由。问题3（8分）在查询热点车辆分布时，系统采用“先查缓存，缓存未命中再查数据库”的策略。当车辆位置数据发生更新时，为了保证缓存与数据库的一致性，通常采用CacheAside模式。请简述CacheAside模式在数据更新时的标准操作流程，并说明为什么不采用“先更新缓存，再更新数据库”的策略。答案：问题1：①关系型数据库（如MySQL）。理由：订单和支付数据具有强事务要求，结构固定，需要保证ACID特性。②时序数据库（如InfluxDB、TDengine）。理由：位置和电量数据是带时间戳的高频写入数据，时序数据库在时间范围查询和压缩存储方面具有显著优势。③键值数据库（如Redis）。理由：Token和热点缓存数据体积小、读写极高频，无需复杂查询，键值数据库能提供微秒级响应。问题2：应选择user_id作为分片键。理由：主要查询场景是“用户查询自己的历史订单”，以user_id为分片键可以保证同一用户的订单数据落在同一个数据库/表中，查询时只需路由到单一节点，避免了跨库/跨表Join和分布式查询，极大提高查询效率。问题3：标准操作流程：先更新数据库，数据库更新成功后，再删除缓存。不采用“先更新缓存，再更新数据库”的原因：如果更新数据库失败，缓存中已经是脏数据，会导致后续读取到错误数据；此外，并发情况下容易导致数据不一致。而“先更新DB再删除缓存”配合缓存过期时间或延迟双删策略，能最大程度保证最终一致性。解析：问题1考查多模数据库选型。业务数据重事务选关系型；物联网轨迹重时间序列选时序库；高频小数据重读写选键值库。问题2考查分库分表策略。分片键的选择应顺应最高频的查询模式。查用户订单用user_id可避免分布式查询。问题3考查缓存一致性。CacheAside模式的核心是“更新DB，删除缓存”。先更新缓存会导致DB更新失败时产生脏缓存。###第4题（选做题）阅读以下关于微服务与云原生架构设计的说明，回答问题1至问题3。说明某大型电商企业将传统单体架构重构为基于云原生的微服务架构。在重构过程中，架构师团队对服务拆分、服务治理以及容器化部署进行了规范。在服务拆分阶段，团队遵循领域驱动设计（DDD）思想，将系统划分为用户服务、商品服务、订单服务、库存服务等。服务间通信分为同步和异步两种方式。对于核心交易链路（如下单扣减库存），采用同步调用；对于非核心链路（如下单成功后发送积分、通知物流），采用异步消息队列。在服务治理方面，系统引入了Nacos作为注册与配置中心，Sentinel作为流量防护组件。当订单服务调用库存服务时，若库存服务响应超时，Sentinel会触发熔断机制。在部署方面，系统全面采用Kubernetes（K8s）进行容器编排。开发人员编写YAML文件来定义应用的运行状态，K8s控制平面负责确保实际状态与期望状态一致。问题1（8分）简述在微服务拆分时，遵循“高内聚、低耦合”原则的具体表现。问题2（9分）(1)订单服务调用库存服务时，若采用同步调用，通常使用(1)协议（或gRPC）；若采用异步调用，通常使用(2)（填中间件类型）。(2)Sentinel熔断器通常有三种状态：关闭、打开和(3)。当熔断器处于“打开”状态时，对后续请求的处理方式是(4)。当经过一段超时时间后，熔断器会进入(5)状态，尝试放行少量请求以探测后端服务是否恢复。问题3（8分）在K8s架构中，请分别解释以下核心概念的作用：(1)Pod(2)Deployment(3)Service答案：问题1：高内聚：将业务相关性高、变化频率一致的功能划分到同一个微服务中（如订单和支付），服务内部模块紧密协作。低耦合：微服务之间通过定义良好的API或消息队列进行通信，避免直接访问对方的数据库，服务间依赖最小化，单个服务的修改和部署不影响其他服务。问题2：(1)RESTful（或HTTP/REST）(2)消息队列（或消息中间件，如Kafka、RabbitMQ、RocketMQ）(3)半开（Half-Open）(4)直接拒绝请求（或快速失败/返回Fallback降级数据）(5)半开（Half-Open）问题3：(1)Pod：K8s中最小的可部署和可调度的计算单元，包含一个或多个紧密关联的容器，共享网络和存储。(2)Deployment：用于声明式管理Pod和ReplicaSet，负责Pod的创建、更新、回滚以及副本数扩缩容。(3)Service：为一组Pod提供稳定的网络端点（IP和DNS名称）和负载均衡，屏蔽底层Pod的动态变化。解析：问题1考查微服务拆分原则。高内聚指业务聚合，低耦合指接口交互和数据库隔离。问题2考查微服务通信与熔断机制。同步常用REST/gRPC，异步用MQ。熔断器状态机为Closed->Open->Half-Open->Closed。Open状态下直接拒绝或降级。问题3考查K8s基础概念。Pod是最小调度单元，Deployment管理无状态应用副本，Service提供稳定网络和负载均衡。###第5题（选做题）阅读以下关于边缘计算与工业互联网架构设计的说明，回答问题1至问题3。说明某制造企业拟建设“工业互联网平台”，实现车间设备的全面联网与智能化管控。由于车间设备数量庞大且对控制指令的实时性要求极高，架构师决定采用“云-边-端”协同架构。在边缘层，部署了边缘计算网关。边缘网关负责采集机床、机械臂等设备的运行数据，并在本地进行数据清洗、聚合和初步分析。对于需要毫秒级响应的控制指令（如设备异常紧急停机），由边缘节点直接下发，无需上传云端。在通信协议方面，设备端与边缘网关之间采用轻量级协议(a)进行通信；边缘网关与云端平台之间采用(b)协议进行高吞吐量的数据上报；云端各微服务之间采用(c)协议进行高性能内部通信。为了实现设备的智能运维，平台引入了数字孪生（DigitalTwin）技术。云端基于海量历史数据训练设备故障预测模型，并将训练好的模型下发至边缘节点。边缘节点利用实时采集的数据运行模型，实现本地推理和预测。问题1（9分）请简述在该“云-边-端”架构中，引入边缘计算带来的3个主要优势。问题2（9分）请填写说明中(a)、(b)、(c)处的合适通信协议（从“MQTT”、“HTTP/REST”、“gRPC”、“CoAP