All You Need to Know about System Design Interview - 1


最近看完了《Grokking the System Design Interview》,这个一个专门为 System Design 面试而准备的教程,里面对于面试中常见的场景,按照既定的模板,进行了分析和解答,同时还有一些后端的基本知识点。

跟考试一样,系统设计也是有套路的。

Step 1: Requirements clarifications

首先要搞明白的是要你要解决什么问题,具体场景、用户数量、需要哪些功能、有没有别的要求,等等。

例如要设计一个 Twitter,在开始之前,你可以需要知道:

  1. 用户能不能发表 tweets 和关注别人?
  2. 要不要设计用户的 timeline?
  3. Tweets 能不能包含图片和视频?
  4. Tweets 能不能被搜索到?
  5. 要不要展示「热门/热搜」?
  6. 要不要做「消息通知」?

Step 2: System interface definition

设计系统需要的 API,保证我们理解的需求是正确的。例如:

  1. postTweet(user_id, tweet_data, tweet_location, user_location, timestamp, …)
  2. generateTimeline(user_id, current_time, user_location, …)
  3. markTweetFavorite(user_id, tweet_id, timestamp, …)

Step 3: Back-of-the-envelope estimation

为了后续的扩容、对数据进行分区、负载均衡、缓存数据,我们需要对系统的各方面进行预估。

  • 系统的规模(用户数、Tweets 总数、浏览量,等等)
  • 需要多少存储(是否包含图片和视频可能会使存储量大大不同)
  • 流量(QPS 等决定了你需要多大的带宽,以及对后端存储的压力,如何进行负载均衡,等等)

Step 4: Defining data model

数据需要在不同系统内的流转,如何设计一个好的 data model 至关重要,因为关系着后续数据的管理和分区。再细节一点,如何选择数据库,用 NoSQL 还是关系型数据库?如何是关系型,又该如何设计 schema?

Step 5: High-level design

从前到后,画出系统的必要组件。对于 Twitter,我们需要不同的服务器来处理各种读写请求,再往下,我们需要数据库和缓存来保证数据能被快速写入和读取。如果需要存储图片和视频,我们还需要额外的 file system 甚至 CDN。

Step 6: Detailed design

选择其中一两个系统进行详细分析和设计。对于这样的详细设计,一般都会有不同的方案,我们需要列出其中的优劣之处,并进行取舍。

  • 数据如何进行 sharding?
  • 如何处理热门的用户和数据?
  • 为了 timeline 要不要专门为了拉取最新的数据进行优化?
  • 在哪一层加缓存?

Step 7: Identifying and resolving bottlenecks

尝试找出系统的瓶颈或单点。

  • 怎么解决单点问题?
  • 数据是否有冗余,避免丢失。
  • 服务器节点的高可用怎么做?
  • 如何监控程序的指标?

Designing a URL Shortening service like TinyURL

分析完套路之后,可以看一个例子,如何设计一个短连接服务:Designing a URL Shortening service like TinyURL

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