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架構師設計工作坊 — PCA 13 步驟實戰

這是一份為 Professional Cloud Architect 認證設計的動手式工作坊。挑一個虛構的業務情境，跟著 13 個步驟從商業需求、服務拆分、儲存選型、網路、可靠性、災難復原走到安全與成本—把架構思考的流程練成肌肉記憶。所有填寫的內容都會自動存在你的瀏覽器，隨時可以繼續，完成後可匯出成 Markdown。

0 / 13 步完成 建議 60–90 分鐘 原創教材

選擇案例情境

挑一個你覺得好發揮的情境，整份工作坊都會圍繞它展開。三個都是虛構案例、歡迎改寫。

想用考試級 case 練習？試試 PCA 案例研究庫 ，挑一個當作 workbook 的情境。

STEP 01 PCA 考點 · 商業需求分析

定義案例情境

學習目標

選一個貼近生活的營運場景，用三段文字把業務範圍、使用者組成與核心功能寫清楚，讓後續所有設計決策都能回到這份情境文件作依據。

思考提示
  • 這個系統要解決誰的哪個問題？業務目標用一句話講完是什麼？
  • 主要的使用者角色有哪些？他們之間會怎麼互動？
  • 需要哪些不可或缺的核心功能？排除哪些周邊功能先不處理？
  • 成功長什麼樣子？用一個 KPI 或可量化指標描述。
  • 目前是全新系統、還是要從傳統地端搬到雲端？這會決定你是綠地還是棕地設計。
走一遍範例（登雲書店）

以登雲書店為例：這是一個線上電商平台，讓讀者瀏覽書籍、加入購物車、結帳並追蹤訂單;核心角色是「讀者」與「書店營運人員」;目標是以穩定、低維運成本支撐每日約三萬筆瀏覽與兩千筆訂單。

你的答案

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STEP 02 PCA 考點 · 商業需求分析

描繪 User Personas

學習目標

把抽象的「使用者」具體化為兩個帶有個性、工作情境與痛點的 Persona，避免設計時只想到 happy path。

思考提示
  • 這位使用者一天的流程長什麼樣子？他最常在什麼時間、從哪個裝置進來？
  • 他最大的痛點是什麼？過去用類似系統時卡在哪裡？
  • 哪些功能對他來說是「不用等就要有」、哪些是「有更好」？
  • 他的技術熟悉度？需要為他設計多少學習曲線？
  • 如果系統只能保證對一個 Persona 好用，你會先保誰？
走一遍範例（登雲書店）

登雲書店 Persona A — 小陳，35 歲上班族，每週通勤時滑手機找書，最在意搜尋速度與推薦精準度;Persona B — 書店營運助理小葉，每天用後台批次上架新書，最怕圖檔上傳與庫存同步出錯。

你的答案

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STEP 03 PCA 考點 · 商業需求分析

撰寫 User Stories

學習目標

把 Persona 的需求拆成 3 個「身為 X，我想要 Y，以便 Z」格式的故事，讓每個故事都可以轉成一個測試情境。

思考提示
  • 每個故事是否都描述了「誰 / 做什麼 / 為了什麼」三段？
  • 故事背後的 acceptance criteria 能不能用 2–3 句話列出來？
  • 這個故事會觸發哪些系統動作？哪些是同步、哪些可非同步？
  • 如果這個故事失敗，使用者會怎麼感受到？
  • 故事之間是否有相依性？要先做哪一個？
走一遍範例（登雲書店）

例如：身為登雲書店讀者小陳，我想要在首頁看到依我歷史偏好排序的書單，以便三秒內決定今天要不要加入購物車—驗收條件包含首頁回應 < 1 秒、至少呈現 10 本書、登入狀態下顯示個人化結果。

你的答案

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STEP 04 PCA 考點 · 可靠性設計

定義 SLI 與 SLO

學習目標

把上一步的 User Story 映射到可量測的指標（SLI）與目標（SLO），例如「99% 的搜尋回應 < 500ms」。沒有數字的可靠性目標等於沒有目標。

思考提示
  • 這個功能最讓使用者「有感」的指標是什麼？延遲、成功率、還是一致性？
  • 你要量的是從哪一端開始？瀏覽器端、CDN 邊緣、還是應用入口？
  • SLO 數字怎麼訂才不會過度保守（成本高）也不會太寬鬆（使用者有感）？
  • 誤差預算（error budget）怎麼分配給例行部署與緊急修補？
  • 量測資料要存在哪裡？多久彙整一次？
走一遍範例（登雲書店）

以登雲書店搜尋 API 為例：SLI = 回應時間，SLO = 每 28 天內 95% 請求 < 500ms;SLI = 請求成功率，SLO = 99.5% 2xx/3xx。

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STEP 05 PCA 考點 · 應用設計

Microservices 服務拆分

學習目標

從功能清單反推出服務邊界。每個服務應有獨立職責、獨立資料所有權，並能獨立部署。

思考提示
  • 這個服務的單一職責是什麼？能不能用一句話說完？
  • 兩個服務之間的耦合度高嗎？有沒有共用資料庫？
  • 哪些服務需要同步呼叫？哪些可以走事件驅動？
  • 服務拆太細會讓運維複雜、拆太粗又變成單體；你的團隊規模適合哪種顆粒度？
  • 每個服務誰是 owner？部署節奏與技術棧可以自由選嗎？
走一遍範例（登雲書店）

登雲書店拆為：Catalog Service（商品與搜尋）、Cart Service、Order Service、Payment Service、User Service、Recommendation Service、Notification Service,共七個服務,彼此以 REST + Pub/Sub 事件連接。

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STEP 06 PCA 考點 · 應用設計

設計 REST API

學習目標

為每個服務定義核心資源（collection）與標準 HTTP 方法。好的 API 讓新工程師一看就懂。

思考提示
  • 你的資源用名詞還是動詞命名？URL 是否正規化（複數名詞、階層清楚）？
  • 每個 collection 支援哪些方法？GET / POST / PUT / PATCH / DELETE 的用法是否區分清楚？
  • 身分驗證走哪種機制？OAuth、API Key、還是 IAM？
  • 錯誤回應的格式統一嗎？會回哪些 status code？
  • 版本化策略怎麼做？URL 路徑、header 還是不版本化？
走一遍範例（登雲書店）

以 Catalog Service 為例：GET /v1/books 列出、GET /v1/books/{id} 取單本、POST /v1/books 新增（僅後台）、PATCH /v1/books/{id} 修改、DELETE 用軟刪除。

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STEP 07 PCA 考點 · 儲存方案選型

儲存特性分析

學習目標

先描述每個服務的資料「長什麼樣」，再選擇 GCP 產品。特性優先、產品在後。

思考提示
  • 資料是高度結構化（表格）、半結構化（JSON）還是非結構化（檔案、影片）？
  • 讀寫比例是讀多寫少、還是寫入為主？尖峰 QPS 多少？
  • 需要跨區域一致性（strong）、還是可以最終一致（eventual）？
  • 資料量今年、三年、五年會長到多大？成長曲線線性還是爆炸？
  • 有沒有時間序列、地理資訊、關聯查詢等特殊需求？
走一遍範例（登雲書店）

登雲書店 Order Service：結構化、需要交易（ACID）、讀寫比例約 1:1、資料量中等（每年約 10GB 成長）、必須跨區高可用—指向關聯式資料庫。

你的答案

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STEP 08 PCA 考點 · 儲存方案選型

GCP 儲存服務選擇

學習目標

根據上一步的特性表，把每個服務對應到具體的 GCP 產品，並解釋選擇理由。

思考提示
  • Cloud SQL vs Spanner：你需要水平擴展與全球一致嗎？
  • Firestore vs Bigtable：低延遲文件查詢、還是超大量時序寫入？
  • Cloud Storage 的類別（Standard / Nearline / Coldline / Archive）哪個符合存取頻率？
  • Memorystore（Redis / Memcached）要放在前面當快取嗎？
  • 備份策略：Point-in-time recovery、跨區備份、還是匯出到 GCS？
走一遍範例（登雲書店）

登雲書店示例：Order → Cloud SQL（PostgreSQL, HA 配置）；Catalog → Firestore；書籍封面圖 → Cloud Storage Standard；推薦快取 → Memorystore for Redis。

你的答案

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STEP 09 PCA 考點 · 網路設計

網路與 Load Balancing

學習目標

判斷每個服務是否需對外暴露、要用哪種 Load Balancer、是否需跨區。網路決定你的延遲與成本。

思考提示
  • 這個服務會直接被網際網路存取嗎？還是只服務內部？
  • L4 TCP/UDP 還是 L7 HTTP(S) 就夠？需不需要 SSL termination？
  • 流量需要分散到多個 region 嗎？還是單 region 就夠？
  • 是否要加 Cloud CDN？哪些路徑可以快取？
  • 是否需要 Cloud Armor 防 DDoS、WAF 規則？
走一遍範例（登雲書店）

登雲書店：前端 Web（面向網際網路）→ Global HTTPS LB + Cloud CDN + Cloud Armor；Order API → Regional Internal HTTPS LB；背景工作服務 → 不需 LB，由 Pub/Sub 觸發。

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STEP 10 PCA 考點 · 網路設計

繪製網路拓樸

學習目標

用文字/ASCII 把整張網路圖畫出來，至少包含 VPC、Subnet、Region、LB、主要服務與外部連線。圖畫得出來，架構才清楚。

思考提示
  • VPC 是共用 VPC（Shared VPC）還是各專案獨立？
  • 每個 region 內的 subnet 如何切分？Private Google Access 有開嗎？
  • 對外流量出口是 Cloud NAT 還是直連？
  • 跨 region 或跨 VPC 連線用 VPC Peering、Interconnect 還是 VPN？
  • IP 範圍規劃有沒有保留給未來擴充？
走一遍範例（登雲書店）

登雲書店拓樸簡化示例：Global HTTPS LB → GKE Cluster（asia-east1）→ Cloud SQL（asia-east1, 私有 IP）+ Firestore + Cloud Storage；跨區域備援到 asia-northeast1。

你的答案

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STEP 11 PCA 考點 · 可靠性設計

可靠性與擴展性

學習目標

回到 SLO，規劃高可用、自動擴展與延遲控制三大策略，確保系統在尖峰與故障時仍能達標。

思考提示
  • 單點故障（SPOF）在哪裡？如何透過冗餘消除？
  • 水平擴展靠誰觸發？CPU、QPS、還是自訂 metric？
  • 尖峰時段要不要預先暖機（pre-warm）？
  • 延遲熱區在哪？資料庫、跨服務呼叫、還是冷啟動？
  • 降級（graceful degradation）機制：當某服務掛了，系統還能做什麼？
走一遍範例（登雲書店）

登雲書店：Web 層用 GKE Regional Cluster（跨 3 個 zone）+ HPA（CPU 60%）；Order DB 用 Cloud SQL HA；熱門商品快取在 Memorystore，降級時仍可顯示靜態資料。

你的答案

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STEP 12 PCA 考點 · 可靠性設計

災難復原（DR）

學習目標

針對各種故障情境，明確寫下 RPO / RTO 與復原動作。沒有 Runbook 的 DR 等於紙上談兵。

思考提示
  • 哪些情境要列入：單機、單 zone、單 region、資料誤刪、外部依賴失效？
  • 每個服務可接受遺失多久的資料（RPO）？復原要多快（RTO）？
  • 備份頻率、保留期、驗證策略（你真的會定期還原測試嗎）？
  • 跨區備援是 hot-standby、warm、還是 cold？成本能接受嗎？
  • Runbook 寫到能讓值班工程師半夜被叫醒就能執行嗎？
走一遍範例（登雲書店）

登雲書店 DR 範例：Cloud SQL 設定 PITR + 每日匯出到另一 region 的 GCS；Order 服務 RPO = 5 分鐘、RTO = 30 分鐘；Runbook 含 failover 指令與通訊樹。

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STEP 13 PCA 考點 · 安全 & 成本最佳化

安全與成本最佳化

學習目標

把縱深防禦（IAM、VPC、防火牆、Cloud Armor）與成本估算綁在一起。安全是底線、成本是天花板。

思考提示
  • IAM 採最小權限嗎？有沒有 service account 權限過大？
  • VPC firewall 規則是白名單還是黑名單？跨服務呼叫走 private IP 嗎？
  • Cloud Armor 的 WAF 規則有沒有覆蓋 OWASP Top 10？
  • 金鑰與憑證存在哪？Secret Manager 還是散落 env？
  • 成本三大吃量：Compute、Egress、License—哪個會先爆？有沒有 commit discount 或 Savings Plan 可用？
走一遍範例（登雲書店）

登雲書店：前端上 Cloud Armor（OWASP preconfigured rules），Order 服務獨立 service account 僅能讀寫自己的 DB；估算每月約 GKE $280 + Cloud SQL $210 + Cloud Storage $35 + LB/CDN $80 ≈ 約 $650 USD。

你的答案

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完成了 13 步，下一步呢？

匯出這份設計文件，拿去跟同事或學習夥伴對焦，或是印出來在讀書會上討論。把同一份草稿換個情境重做一次，你會驚訝地發現自己選擇開始不一樣。

徽章解鎖！