软考高级架构师：软件可靠性设计概念和例题

作者：明明如月学长， CSDN 博客专家，大厂高级 Java 工程师，《性能优化方法论》作者、《解锁大厂思维：剖析《阿里巴巴Java开发手册》》、《再学经典：《Effective Java》独家解析》专栏作者。

一、AI 讲解

软件可靠性设计是确保软件系统可靠运行的一系列技术和措施。主要包括避错技术、降低复杂度设计、检错设计（出错告警）和容错设计。下面是这些概念的简要介绍：

• 避错技术：通过设计避免软件在运行时出错。例如，使用类型安全的编程语言减少类型错误。
• 降低复杂度设计：通过减少软件系统的复杂度来降低错误发生的概率，如模块化设计，使各部分功能清晰、简单。
• 检错设计（出错告警）：在软件运行时监控可能的错误，并在检测到错误时发出告警，比如使用断言和日志记录。
• 容错设计：即使在出现错误的情况下，也确保软件系统能继续运行。分为几种策略：
  • N版本程序设计：通过并行运行多个功能相同但实现不同的程序版本，比较它们的输出来提高可靠性。
  • 恢复块设计：在发生错误时，软件可以回退到一个安全的状态，并重新尝试执行任务。
  • 防卫编程：在程序中加入检查和控制流程，以处理可能发生的错误情况。
• 冗余：为了提高可靠性而故意在软件中添加额外的资源或信息。
  • 结构冗余：比如多余的硬件或软件组件。
  • 信息冗余：增加额外的信息，如校验码，以便检测或修正错误。
  • 时间冗余：通过重复执行操作来校验结果的正确性。

下表总结了上述概念及其对应的策略或实例：

二、AI 出题

（1）题目

1. 下列哪项技术不属于软件可靠性设计的范畴？ A. 避错技术 B. 降低复杂度设计 C. 检错设计 D. 性能优化
2. N版本程序设计的主要目的是什么？ A. 提高程序运行效率 B. 增强用户交互体验 C. 提高软件的可靠性 D. 减少软件的开发成本
3. 在软件设计中，模块化设计的主要好处是？ A. 减少网络延迟 B. 降低系统复杂度 C. 增强图形用户界面 D. 提高数据库性能
4. 防卫编程的目的是什么？ A. 提高软件性能 B. 减少软件开发时间 C. 处理可能发生的错误情况 D. 增强软件的功能
5. 信息冗余通常用于？ A. 提升软件运行速度 B. 增强软件交互界面 C. 检测或修正错误 D. 优化软件存储
6. 恢复块设计允许软件在遇到错误时做什么？ A. 自动关闭 B. 回退到一个安全的状态 C. 增加运行速度 D. 扩展功能
7. 结构冗余在软件可靠性设计中指的是？ A. 减少代码量 B. 增加额外的硬件或软件组件 C. 减少数据传输 D. 优化算法效率
8. 使用日志记录作为检错设计的手段，其主要目的是？ A. 提高系统运行速度 B. 减少系统存储需求 C. 便于出错时发出告警 D. 增强用户操作便利性
9. 时间冗余的实现方式包括？ A. 减少执行操作的次数 B. 增加执行操作的次数以校验结果 C. 优化CPU使用率 D. 增加系统存储容量
10. 在软件可靠性设计中，避错技术的实施例子不包括？ A. 使用类型安全的编程语言 B. 提高程序的运行速度 C. 避免使用全局变量 D. 设计清晰的用户接口

（2）答案和解析

1. 答案：D。性能优化主要关注于提升软件的执行效率和响应速度，而不直接涉及提高软件的可靠性。
2. 答案：C。N版本程序设计的目的是通过运行多个功能相同但实现不同的程序版本，并比较它们的输出来提高软件的可靠性。
3. 答案：B。模块化设计通过将大的系统分解成小的、更易管理和理解的部分，从而降低整体系统的复杂度，提高软件的可靠性和维护性。
4. 答案：C。防卫编程旨在通过在程序中加入检查和控制流程，以提前处理可能发生的错误情况，确保软件即使在异常情况下也能按预期工作。
5. 答案：C。信息冗余通过增加额外的信息，如校验码，以便在传输或存储过程中检测或修正数据错误，从而提高数据的准确性和系统的可靠性。
6. 答案：B。恢复块设计允许软件在遇到运行时错误时，可以回退到一个预先定义的安全状态并重新尝试执行任务，以此来保证软件的稳定运行。
7. 答案：B。结构冗余是指在软件或硬件中故意增加额外的组件，如备份系统或数据副本，以提高系统的可靠性和容错能力。
8. 答案：C。使用日志记录作为检错设计的手段，可以帮助开发者在软件运行时监控其状态和行为，一旦检测到错误即时发出告警，便于迅速定位和修复问题。
9. 答案：B。时间冗余是通过重复执行某些操作来校验结果的正确性，如果多次执行的结果一致，可以增加对结果正确性的信心，从而提高系统的可靠性。
10. 答案：B。提高程序的运行速度虽然是软件性能优化的目标之一，但它不属于避错技术。避错技术的目的是通过设计防止软件在运行时出错，如使用类型安全的编程语言、避免使用全局变量和设计清晰的用户接口等。