Что такое System design?

Привет Хабр! Меня зовут Татьяна Ошуркова, я разработчик, аналитик и автор телеграм-канала IT Talks. Сегодня большой популярностью пользуется термин «System design», что дословно в переводе означает «Системный дизайн». Направление, которое обозначает данный термин тесно пересекается с архитектурой и проектированием. Но в чем же его отличие и есть ли оно вообще? Что включает в себя направление системного дизайна?

В этой статье я расскажу о том, что такое системный дизайн, какие задачи он решает и какие ключевые принципы лежат в его основе. Подробно разберу, чем системный дизайн отличается от архитектуры, а также покажу, как эти понятия связаны друг с другом. Расскажу, какую роль в процессе системного дизайна играет системный аналитик, и приведу примеры реальных задач.

Что такое системный дизайн?

Системный дизайн – это процесс проектирования систем с учетом всех их компонентов и взаимодействий. Он охватывает проектирование архитектуры системы, выбор технологий и методов реализации, а также учет потребностей пользователей и бизнес-цели. Синонимом системного дизайна можно назвать системное проектирование.

Основные принципы системного дизайна

Системный дизайн не ограничивается выбором технологий или инструментов. Он включает в себя несколько важнейших принципов, которые помогут создать качественную систему.

• Масштабируемость. Способность системы эффективно работать при увеличении нагрузки, как вертикально (добавление мощности к отдельным компонентам), так и горизонтально (добавление новых узлов в систему).

• Отказоустойчивость. Способность системы продолжать работу в случае выхода из строя одного из компонентов.

• Производительность. Система должна обеспечивать высокую скорость работы при минимальных задержках.

• Модульность. Разделение системы на независимые и функционально завершенные части.

• Безопасность. Защита данных и компонентов системы от внешних угроз.

• Надежность. Минимизация сбоев и ошибок в работе системы.

• Гибкость. Возможность адаптации системы к изменениям в требованиях или условиях эксплуатации.

• Согласованность и целостность данных. Предотвращение несоответствий в данных между различными компонентами системы.

Различия системного дизайна и архитектуры

Хотя системный дизайн и архитектура могут пересекаться, они представляют собой разные уровни проектирования системы.

Архитектура – это более высокий уровень проектирования, на котором определяются основные принципы и структура системы. Архитектура включает в себя выбор технологии (например, монолит или микросервисная архитектура) и распределение ответственности между компонентами.

Например, при проектировании онлайн-магазина архитектура может определять, будет ли система микросервисной или монолитной, а системный дизайн – как будут взаимодействовать отдельные сервисы, какие технологии для базы данных будут использованы и какие протоколы для передачи данных будут применяться.

Роль системного аналитика в системном дизайне

Затронуть роль системного аналитика в контексте системного дизайна нужно не только потому, что термины созвучны 🙂 Системный аналитик часто принимает участие в решении задач, связанных с проектированием архитектуры. Поэтому вопрос по роли системного аналитика здесь особенно актуален. И не просто так.

Системный аналитик играет важную роль в процессе системного дизайна. Он занимается сбором требований от заинтересованных сторон, анализирует потребности бизнеса и пользователей и преобразует их в технические требования, которые затем используются в процессе проектирования системы. Системный аналитик активно взаимодействует с заказчиком, чтобы убедиться, что система отвечает всем требованиям и ожиданиям.

Также он работает в тесном сотрудничестве с архитекторами. Помогает понять бизнес-потребности и может предложить решения для реализации этих потребностей в технической части системы. Вместе с архитекторами он выбирает подходящие архитектурные решения, а также прорабатывает детали реализации компонентов и их взаимодействий.

Системный дизайн на практике

В реальных проектах принципы системного дизайна проявляются на практике в виде конкретных решений и технологий. Рассмотрим, как они могут быть применены при разработке онлайн-магазина.

• Масштабируемость. Если магазин должен обслуживать тысячи пользователей, архитектура должна быть масштабируемой. Например, можно использовать микросервисную архитектуру для обработки различных задач (например, оплаты, обработки заказов, учета товаров) на отдельных сервисах, что позволяет масштабировать их независимо.

• Отказоустойчивость. Для обеспечения высокой доступности можно применить репликацию базы данных и распределенные сервисы, чтобы в случае отказа одного из узлов система продолжала работать.

• Производительность. Для повышения производительности можно использовать кеширование, например, с помощью Redis, чтобы уменьшить время отклика при частых запросах.

Инструменты и техники системного дизайна

Для проектирования сложных систем используются различные инструменты и техники. Приведу примеры некоторых их них.

• PlantUML, Lucidchart, Microsoft Visio – для создания диаграмм и визуализации архитектуры системы.

• Swagger/OpenAPI – для проектирования и документации API.

• Docker и Kubernetes – для контейнеризации и оркестрации сервисов.

• Техники кеширования с помощью Redis или Memcached, масштабирования системы и использование очередей сообщений для асинхронных операций.

Несмотря на то, что понятия архитектуры и системного дизайна имеют разное понимание в части решаемых задач, на мой взгляд, системный дизайн можно назвать неким подмножеством направления архитектуры. Так как для решения задач системного дизайна необходимо знать теорию по архитектуре и проектированию. Разница в том, на каком уровне эти навыки применять.

В завершение делюсь литературой, которая поможет вам в освоении необходимых навыках для решения задач системного дизайна, архитектуры и проектирования:

• Современный подход к программной архитектуре: сложные компромиссы. Форд Нил, Ричардс Марк

• Проектирование архитектуры API. Гоф Джеймс

• Head First. Паттерны проектирования. 2-е издание. Фримен Эрик, Робсон Элизабет

• Фундаментальный подход к программной архитектуре: паттерны, свойства, проверенные методы. Ричардс Марк, Форд Нил

• Чистая архитектура. Искусство разработки программного обеспечения. Мартин Роберт

• Создание микросервисов. 2-е издание. Ньюмен Сэм