系统设计入门
系统设计面试考察的是"在约束下做权衡"的能力。本课覆盖面试中最常考的基础设施概念，以及回答系统设计题的通用框架。
学习目标
- 掌握负载均衡、缓存、数据库选型的核心概念
- 会画一个典型 Web 系统的架构图
- 掌握系统设计面试的答题框架
核心概念
负载均衡（Load Balancer）
把流量分发到多台服务器，避免单点压力：
- 轮询 / 加权轮询：依次分发，简单常用
- 最少连接：发给当前连接数最少的机器
- 一致性哈希：同一用户的请求落到同一台机器（会话亲和）
- 常见实现：Nginx、云厂商的 LB 服务
缓存（Cache）
用内存换速度，挡在数据库前面：
读请求 → 查缓存 → 命中？返回 : 查数据库 → 写入缓存 → 返回
- Redis：最常用的内存缓存，支持字符串、哈希、列表、有序集合
- 缓存穿透：查询不存在的数据 → 缓存空值或布隆过滤器
- 缓存雪崩：大量 key 同时过期 → 过期时间加随机抖动
- 缓存击穿：热点 key 过期瞬间被打爆 → 互斥锁重建
数据库选型
| 类型 | 代表 | 适用场景 |
|---|---|---|
| 关系型 | MySQL、PostgreSQL | 强一致、事务、复杂关联查询（订单、支付） |
| 文档型 | MongoDB | 结构灵活、快速迭代（内容、日志） |
| 键值型 | Redis | 缓存、会话、排行榜 |
| 列式 | ClickHouse | 分析查询、大数据量聚合 |
读写扩展手段：索引 → 读写分离（主从复制）→ 分库分表（水平拆分）。
API 设计
- REST 风格：资源用名词，动作用 HTTP 方法
- 幂等性：重试不会产生副作用（GET/PUT/DELETE 天然幂等，POST 需要唯一请求 ID）
- 限流：令牌桶 / 滑动窗口，保护系统不被突发流量打垮
面试答题框架（4 步法）
- 澄清需求（5 分钟）：用户量？QPS？读多还是写多？一致性要求？
"设计 Twitter" → 先问：日活多少？要不要支持媒体？timeline 实时性要求？
- 估算量级：1 亿日活 ≈ 平均 1200 QPS，峰值 ×3；存储按每条数据大小 × 条数估算
- 高层设计：画出 客户端 → LB → 应用服务器 → 缓存 → 数据库 的主链路
- 深入细节：挑 1~2 个难点展开（如 timeline 用推模式还是拉模式），主动讲权衡
经典例题（由浅入深）
- 设计短链接服务（TinyURL）——哈希、301/302、KV 存储
- 设计限流器——令牌桶、分布式限流
- 设计新闻 Feed——推/拉模式、分页、缓存
参考资源
- System Design Primer（中文翻译版）
- ByteByteGo 系统设计频道
- 《系统设计面试：内幕指南》（Alex Xu 著，有中文版）