高層設計或HLD指的是整體系統設計，包括系統架構和設計的描述，是一種通用的系統設計，包括：

• 系統架構
• 數據庫設計
• 對系統、服務、平臺和模塊之間關系的簡要描述。

高層設計或HLD也被稱為宏觀級別設計。

什么是高層設計文檔?

HLD文檔包括數據流、流程圖和數據結構，以幫助開發人員了解和實現當前系統的設計意圖。 此文檔負責：

• 解釋系統組件和操作之間的連接，描述邏輯以及
• 為系統的每個模塊所需的體系結構設計(用于系統的功能和流程)

根據功能需求。這是因為客戶業務需求被轉化為我們作為咨詢工作或架構設計、安全性和網絡的一部分所說的解決方案，我們將其稱為高層設計。

HLD 不包括物理要求、端口詳細信息、VLAN等許多細節。

高層設計文檔的范圍

高層設計文檔呈現系統的結構，如應用/數據庫架構、應用流程和技術架構。與低層設計不同，高層設計文檔可能使用一些非技術術語，低層設計應該是嚴格的技術術語。

注意：制定HLD是解決方案架構師的責任。在創建HLD之后，有經驗的專業設計人員根據HLD的標準轉向LLD。LLD將提供關于軟件實體如何工作的詳細信息，而HLD只關注在組織中放置哪些軟件實體以進行高效操作。 以下是在設計HLD時從解決方案架構師那里預期的約束：

• 收集功能和非功能需求
• 成本限制(一旦組織規模擴大，這變得非常重要)
• 對系統的一致性、可用性、可擴展性和性能的程度有強烈的約束。

高層設計的組成部分

為了提供對整個解決方案的總體概覽，HLD應包含以下兩個元素：

• 軟件實體的屬性和特性。
• 不同軟件實體(組件、模塊、類等)之間的關系。

圖解： 讓我們通過下面的視覺輔助來描繪高層設計，以可視化組件及其關系，如下所示：

高層設計的組件

高層設計的目的

這個高層設計(HLD)的目的是：為合適的模型添加必要的詳細描述。這旨在幫助滿足運營需求，并可用作模塊之間交互的參考手冊。

基本上，HLD是功能需求和信息流跨資產或組件的技術表示。

高層設計的特點

• 包含每個設計方面的圖表在所有設計HLD中(基于業務需求和預期結果)。
• 包含硬件、軟件接口以及用戶界面的描述。
• 用戶典型過程的工作流程詳細說明，以及性能規格。
• 項目的架構和設計包含在用戶HLD中。

如何設計可擴展的高層設計(HLD)系統

為了設計任何高層次系統，需要按照順序列出某些術語，以便連接各個方面以了解：

如何設計可擴展的高層設計(HLD)系統

1. 容量估算

在本文中，我們將研究我們需要在高層次設計中掌握的概念，因此我們將提出一條路線圖。對于專業人士來說，路線圖尤為重要，因為這些圖表幫助我們完全理解實時服務在高層次上如何擴展。

我們還展示了服務器的特征行為，通過吞吐量和延遲在系統內進行測量，如下所示：

通過并發比較吞吐量和延遲：服務器的行為

2. HTTP和HTTPS及其方法：

• GET
• PUT
• POST

提示：從服務器發送數據給客戶端有兩種方式：

• 使用 Websockets
• 使用輪詢

3. Websockets：

在客戶端-服務器架構中，我們向服務器發送請求，服務器將其發送回來，這樣通信就發生了。但是，在設計系統時，我們面臨的最大問題是我們是否能夠實現客戶端-服務器模型，因為我們不能等待服務器響應。在這種情況下，Websockets扮演了至關重要的角色，解決了這些問題，使我們能夠進行實時通信。它們在幾乎每個需要設計的系統中被廣泛使用，因為我們不能讓我們的系統等待響應。考慮一個實時文本消息服務的例子，例如 Slack 和 Whatsapp，這些服務需要保持連接。

另外，在返回動態值的系統中也會使用，例如股票價格系統、食品和雜貨送貨系統，在這些系統中我們返回的是從賣家到消費者的實時產品信息。

4. 輪詢：

輪詢是一種從服務器發送和接收數據的技術，就像我們在 Websockets 中所做的一樣。輪詢有兩種類型，分別是長輪詢和短輪詢。在短輪詢中，客戶端發送請求。

短輪詢與長輪詢

在短輪詢中，客戶端發送請求，服務器會立即按固定間隔發送數據，無論數據是否更新。在長輪詢中，服務器等待客戶端請求以響應，并且僅在有新數據可用或數據更新時才會響應。在長輪詢中，客戶端發送請求，如果沒有新信息可用或數據未更新，服務器將等待而不會響應。

提示：長輪詢優于短輪詢，因為系統發送的請求更少。 在設計系統時，請考慮如果沒有客戶端發出請求，服務器會發生什么。

5. 服務器發送事件(SSE)：

它是專門從服務器向客戶端進行單向通信的設計系統中的一種方式。

例子：實時流媒體

服務器發送事件(SSE)

6. 過濾

控制室 API 支持對返回數組資源的端點進行過濾、分頁和排序。

過濾機制可以過濾所需的資源，排序機制將資源排序，并且分頁機制然后返回這些排序過的資源的特定范圍。此主題為您提供有關過濾和排序 API 請求結果以及處理從 API 請求返回的大型結果集的分頁的詳細信息。

注意：排序和過濾支持子字符串。例如，如果要搜索名稱中具有 "fin" 的機器人或文件，則輸入 "fin" 作為搜索條件。將顯示所有名稱中包含 "fin" 的機器人和文件，例如 Finance、Finder、DeltaFinance 和 Dolfin。

通配符不支持搜索和過濾機器人或文件。 過濾允許您對返回的資源集合應用布爾條件，以便將集合子集化為僅對條件為真的那些資源。在控制室 API 過濾中，最基本的操作是將字段與給定值進行比較。可以使用相等比較、范圍比較或邏輯。使用以下運算符將字段與常量值進行比較。

7. 速率限制：

速率限制器限制發送者在一段時間內可以完成的事件數量，限制發送者在一定時間內發送請求的數量。一旦達到閾值限制，進一步的請求將被阻止，如下圖所示：

速率限制

8. 容錯性：

無論我們設計的系統有多好，總是存在硬件問題、軟件問題(例如內存不足)或人為錯誤導致的故障和故障容忍。在這種情況下，我們需要通過以下方式提供韌性：

• 復制
• 冗余
• 可用性

9. 分頁：

在HLD階段，我們不關心代碼，但非常關注數據庫設計，因此我們追蹤數據如何進行。現

在，在設計高層次系統時，分頁的概念進入了角色，我們需要從數據庫中過濾出特定的數據，基于要求，例如地理因素。例如：蘋果公司，它根據地理位置分頁出特定產品。

分頁

分頁是通過 GET 請求實現的，在分頁中有兩個邊界。

10. 日志記錄：

日志文件記錄軟件應用程序中發生的事件的詳細信息。這些詳細信息可能包括微服務、交易、服務操作或對調試事件流有幫助的任何內容。日志記錄對于監視應用程序的流程非常重要。