非功能性需求設計規格範本（NFR Design Specification Template）

適用標準：ISO/IEC 25010:2023（SQuaRE - 系統與軟體品質模型）、ISO/IEC/IEEE 29148:2018
適用階段：系統設計階段（Design Phase）
負責角色：系統架構師（SA）、效能工程師、SRE

📑 章節目錄

  1. 文件資訊
  2. 品質屬性總覽
  3. 效能設計（Performance）
  4. 可用性設計（Availability）
  5. 延展性設計（Scalability）
  6. 可靠性設計（Reliability）
  7. 可維護性設計（Maintainability）
  8. 可觀測性設計（Observability）
  9. 安全性設計（Security）
  10. 相容性設計（Compatibility）
  11. 驗證與測試策略

📝 範本

1. 文件資訊

項目內容
文件名稱[系統名稱] 非功能性需求設計規格
文件編號[專案代碼]-NFR-[版本號]
版本v[X.Y]
建立日期[YYYY-MM-DD]
撰寫者[SA 姓名]
審核者[技術主管]

2. 品質屬性總覽

依 ISO/IEC 25010:2023 品質模型分類

品質屬性子特性目標等級優先級驗證方式
效能效率時間行為、資源利用、容量[目標][High/Med/Low][效能測試]
可用性成熟度、容錯性、可恢復性[目標][High/Med/Low][HA 測試]
延展性水平/垂直擴展能力[目標][High/Med/Low][負載測試]
可靠性容錯、一致性[目標][High/Med/Low][Chaos 測試]
可維護性模組化、可測試性、可修改性[目標][High/Med/Low][Code Review]
安全性機密性、完整性、可用性[目標][High/Med/Low][安全測試]
相容性瀏覽器、裝置、整合[目標][High/Med/Low][相容測試]

3. 效能設計（Performance）

3.1 效能目標

指標日常目標尖峰目標測量方式
回應時間（P50）< [N]ms< [N]msAPM / Load test
回應時間（P95）< [N]ms< [N]msAPM / Load test
回應時間（P99）< [N]ms< [N]msAPM / Load test
吞吐量（TPS）≥ [N]≥ [N]Load test
並發用戶[N][N]Load test
錯誤率< [N]%< [N]%Monitoring

3.2 效能設計策略

策略適用場景設計方案
快取[高頻讀取、低頻更新][快取層級/策略/TTL]
非同步處理[非即時、耗時任務][Message Queue + Worker]
連接池[DB/HTTP 連線][Pool size + timeout 設定]
分頁查詢[大量資料列表][Cursor-based / Offset pagination]
批次處理[大量寫入][Batch size + 排程策略]
CDN[靜態資源][CDN provider + cache policy]

3.3 效能預算（Performance Budget）

資源預算目前值狀態
首頁載入（FCP）< [N]s[N]s[✅/⚠️/❌]
最大內容繪製（LCP）< [N]s[N]s[✅/⚠️/❌]
累計版面偏移（CLS）< [N][N][✅/⚠️/❌]
互動至下一次繪製（INP）< [N]ms[N]ms[✅/⚠️/❌]
JS Bundle Size< [N]KB[N]KB[✅/⚠️/❌]
API Response Size< [N]KB (avg)[N]KB[✅/⚠️/❌]

4. 可用性設計（Availability）

4.1 SLA 定義

服務SLA 目標允許停機/月計算方式
[核心服務][99.9%][~43.8 min]Uptime / Total time
[次要服務][99.5%][~3.6 hr]
[背景服務][99.0%][~7.3 hr]

4.2 高可用設計

元件HA 模式Failover 時間健康檢查
[元件][Active-Active / Active-Passive / N+1][N]s[HTTP/TCP/Custom]

4.3 停機策略

停機類型通知時間持續時間影響範圍核准
計畫性維護[N 天前][N hr][描述][PM/業務]
緊急修復[即時][N hr][描述][Tech Lead]

5. 延展性設計（Scalability）

5.1 擴展策略

維度策略設計
水平擴展（Scale-Out）[無狀態 + Load Balancer][Auto-scaling rules]
垂直擴展（Scale-Up）[資料庫 / 特殊運算][上限與遷移計畫]
資料擴展[分區 / Sharding][分區策略]

5.2 容量規劃

時間軸預估用戶預估資料量預估 TPS對應架構
上線[N][N] GB[N][架構描述]
6 個月[N][N] GB[N][是否需擴展]
1 年[N][N] GB[N][擴展方案]
3 年[N][N] GB[N][重大架構變更?]

6. 可靠性設計（Reliability）

6.1 容錯設計

故障場景影響容錯機制降級方案
[單節點故障][描述][自動 failover][N/A]
[DB 連線失敗][描述][Circuit Breaker][顯示快取資料]
[外部 API 超時][描述][Retry + Timeout][預設值/離線模式]
[整個 AZ 故障][描述][Multi-AZ 部署][部分功能降級]

6.2 Circuit Breaker 設計

服務Open 條件Half-Open 條件Close 條件Fallback
[服務][N 次失敗 in M 秒][N 秒後][N 次成功][降級方案]

6.3 Retry 策略

場景最大重試退避策略可重試條件
[HTTP call][N] 次[Exponential backoff + jitter][5xx, timeout, network error]
[DB operation][N] 次[Fixed interval][Deadlock, connection lost]

7. 可維護性設計（Maintainability）

品質指標目標度量方式
程式碼覆蓋率≥ [N]%[CI/CD report]
技術債指標[SQALE ≤ N days][SonarQube]
模組耦合度[低耦合][Architecture fitness test]
部署頻率[≥ N 次/週][CI/CD metrics]
修復前置時間[< N hr][DORA metrics]

8. 可觀測性設計（Observability）

8.1 三大支柱

支柱工具設計
Metrics[Prometheus / CloudWatch][RED + USE metrics]
Logging[ELK / Loki][Structured JSON, correlation ID]
Tracing[Jaeger / Zipkin / OTEL][Distributed tracing, 100% sampling for errors]

8.2 SLI/SLO 定義

SLI（指標）SLO（目標）計算方式告警閾值
Availability[99.9%]successful requests / total requests< 99.8% → Warning
Latency (P95)[< 200ms]histogram_quantile(0.95)> 300ms → Warning
Error Rate[< 0.1%]5xx / total requests> 1% → Critical
Throughput[≥ N TPS]rate(requests_total[5m])< N*0.7 → Warning

9. 安全性設計（Security）

詳見安全設計文件（SecurityDesign_Template.md），此處僅摘要 NFR 指標

安全指標目標驗證方式
漏洞修復 SLA（Critical）[< 24 hr][弱點管理系統]
漏洞修復 SLA（High）[< 7 days][弱點管理系統]
第三方套件更新[< 30 days after patch][SCA 工具]
安全事件回應時間[< 1 hr][SIEM 告警]

10. 相容性設計（Compatibility）

10.1 瀏覽器支援

瀏覽器版本支援等級
ChromeLatest 2 versionsFull
FirefoxLatest 2 versionsFull
SafariLatest 2 versionsFull
EdgeLatest 2 versionsFull
IE—Not supported

10.2 裝置支援

裝置類型解析度範圍支援等級
Desktop≥ 1280pxFull
Tablet768px – 1279pxFull
Mobile320px – 767px[Full / Partial]

11. 驗證與測試策略

NFR 類別測試類型工具頻率Pass 準則
效能負載測試[JMeter / k6 / Locust][Sprint / Release][滿足 §3 指標]
效能壓力測試[同上][Release][系統優雅降級]
可用性Failover 測試[Chaos Engineering][每月][RTO 內恢復]
延展性彈性測試[Auto-scale + Load][Release][自動擴展正常]
安全滲透測試[外部廠商][每年][無 Critical/High]
相容性跨瀏覽器測試[BrowserStack / Playwright][Sprint][所有支援的瀏覽器通過]

📖 使用說明

各章節填寫指引

章節填寫時機負責人重點說明
§2 品質總覽需求確認後SA/PM與業務確認優先級
§3 效能設計階段SA/效能工程師指標需可量測、可驗證
§4 可用性設計階段SA/SRESLA 需業務簽核
§5 延展性設計階段SA含成長預估
§6 可靠性設計階段SA定義降級方案
§7 可維護性開發啟動時Tech Lead定義品質門檻
§8 可觀測性設計/部署前SRESLI/SLO 需量化
§11 測試策略測試規劃時QA/SA每項 NFR 需有驗證方式

NFR 撰寫原則（SMART）

  • Specific：明確指定指標和數值
  • Measurable：可量測（有工具可度量）
  • Achievable：可達成（技術可行）
  • Relevant：與業務相關
  • Time-bound：有時間範圍（尖峰/日常）

💡 範例（以 HRMS 人力資源管理系統為例）

範例：效能目標

指標日常尖峰（月初薪資結算）測量
P50 回應時間< 100ms< 150msApplication Insights
P95 回應時間< 200ms< 400msApplication Insights
P99 回應時間< 500ms< 1000msApplication Insights
TPS≥ 500≥ 1500k6 load test
並發用戶2,0005,000k6 load test
API 錯誤率< 0.1%< 0.5%Prometheus

範例：快取策略

資源快取層策略TTL失效方式
員工基本資料Redis L2Cache-Aside30 minWrite-Through invalidation
假別餘額Redis L2Cache-Aside5 minEvent-driven invalidation
部門組織樹Redis L2Cache-Aside1 hrManual refresh
靜態設定值Application L1Read-Through24 hrRestart / Admin refresh

範例：SLI/SLO

SLISLOError Budget/月告警
API 可用性99.9%43.8 min downtime< 99.8% → P1
請假 API P95 延遲< 200ms—> 300ms for 5min → P2
薪資計算批次完成時間< 2 hr—> 1.5hr → P3
登入成功率> 99.5%—< 99% → P1

📌 審閱重點

  • 每項 NFR 是否都有量化指標（非模糊描述）？
  • 日常 vs 尖峰是否分別定義目標？
  • 每項 NFR 是否都有對應的驗證/測試方式？
  • SLI/SLO 是否與 SLA 對齊？
  • 容量規劃是否考慮 3 年成長？