【iSAQB软件架构】C4模型

C4模型是一种分层架构可视化框架，由Simon Brown提出，用于清晰描述软件系统的静态结构。它通过四级抽象层逐步展开细节，有效平衡全面性与可读性，已成为现代软件架构文档的核心工具。以下是其核心分层及实践指南：

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C4模型四层结构详解

1. 系统上下文图（System Context）

• 目标：界定系统边界，明确外部依赖
• 元素：
  • ✅ 核心系统（1个）
  • ✅ 用户角色（如Customer, Admin）
  • ✅ 外部系统（支付网关、身份认证服务）
• 绘图关键：

  ✨ 禁止出现技术细节，仅展示业务级交互
  示例：

  [电商平台] -- 下单 --> [支付网关]
  [用户] --> [电商平台]
  

2. 容器图（Containers）

• 目标：描述技术单元及通信方式
• 容器定义：
  • Web应用、移动App、数据库、消息队列、微服务等
• 元素关系：
  • ✅ 容器间协议（HTTP/gRPC/DB连接）
  • ✅ 技术栈标注（如Spring Boot/PostgreSQL/Kafka）
• 绘图关键：

  标注技术选型，明确责任边界
  示例：

  [Web前端 (React)] -- REST API --> [订单服务 (Spring Boot)]
  [订单服务] -- JDBC --> [订单数据库 (PostgreSQL)]
  

3. 组件图（Components）

• 目标：拆解容器内部模块逻辑
• 组件定义：
  • 业务模块（如OrderProcessor、PaymentValidator）
  • 可独立编译/部署的代码单元
• 元素关系：
  • ✅ 组件间接口调用（方法级）
  • ✅ 核心数据流方向
• 绘图关键：

  � 聚焦单一容器，避免跨容器绘制
  示例（订单服务内部）：

  [订单控制器] --> [库存检查组件]
  [库存检查组件] --> [支付网关客户端]
  

4. 类图（Code）

• 目标：实现级设计（可选层）
• 使用场景：
  • 关键算法实现
  • 复杂领域模型
• 绘图关键：

  仅为核心逻辑绘图（如支付状态机），避免全量类图
  示例：

  class Payment {
    +String id
    +Status status
    +void authorize()
  }
  enum Status { PENDING, SUCCESS, FAILED }
  

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C4模型核心优势

优势	说明
层次化抽象	从业务全景到代码细节渐进展开，避免信息过载
多角色覆盖	管理层→上下文图，架构师→容器图，开发者→组件/类图
技术中立	适用于单体/微服务/事件驱动等任意架构
无缝嵌入文档	与架构文档深度集成（如Context图写入概述文档，组件图链接至ADRs）

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C4建模工具推荐

1. 绘图工具
   • Structurizr（C4官方工具，代码即文档）

     Workspace workspace = new Workspace("电商系统", "C4模型示例");
     SystemContextView contextView = workspace.getViews().createSystemContextView(...);
     contextView.addAllSoftwareSystems(); // 自动生成上下文图
     

   • PlantUML（轻量文本绘图）：

     @startuml
     !include C4_Context.puml
     Person(user, "顾客")
     System(ecommerce, "电商平台")
     Rel(user, ecommerce, "浏览/下单")
     @enduml
     

2. 文档集成
   • 上下文图 → 架构概述文档
   • 容器图 → 部署手册
   • 组件图 → 服务设计文档

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C4模型实施原则

1. 自上而下展开：
   • 从Context层开始设计，禁止跨层绘图（如直接在上下文图画数据库）
2. 按需深入细节：
   • 80%场景仅需Context+Containers层
3. 版本绑定：
   • 每个发布版本保留对应的C4图快照
4. 动态演进：
   • 架构变更时同步更新关联层级

案例：某金融系统重构时：

• 用上下文图向客户解释新老系统切割范围
• 用容器图指导运维设计K8s集群拓扑
• 用组件图为开发团队划分微服务模块
• 关键支付流程用类图确保状态机一致性

通过C4模型的分层表达，可构建连贯、精准、易维护的架构知识图谱，彻底解决“架构图即兴绘制导致的认知偏差”问题。