系统设计面试教程
架构师必备：从需求到架构的完整系统设计方法论
教程简介
本教程专为架构师面试设计，涵盖15个经典系统设计案例，从需求分析到架构设计的完整流程。每个案例都包含方法论 + 容量估算 + 架构设计 + 优化方案 + 面试要点，帮助你系统化地掌握大厂架构师面试的核心能力。
学习目标
- 掌握系统设计方法论：需求分析、容量估算、架构设计的标准流程
- 熟练15个经典案例：短链、秒杀、IM、Feed流等高频面试题
- 提升架构设计能力：从单体到分布式，从功能到性能的完整思路
- 具备问题拆解能力：将复杂需求拆解为可落地的技术方案
- 掌握权衡决策能力：在成本、性能、可用性之间做最优选择
📖 学习路径
基础篇：方法论
- 00-系统设计方法论 - 完整的系统设计流程和技巧
- 需求分析与功能拆解
- 容量估算（QPS、存储、带宽）
- 数据库设计与分库分表
- 接口设计与API规范
- 架构演进路径
🔥 高频案例（必备）
这5个案例是大厂面试的高频题，务必熟练掌握：
- 短链生成算法（Base62、雪花算法、哈希）
- 高并发读写分离架构
- Redis缓存设计与更新策略
- 统计系统设计（实时、离线）
- 流量削峰（MQ、令牌桶、漏桶）
- 库存扣减（Redis预减、数据库兜底）
- 超卖防护（乐观锁、分布式锁）
- 限流熔断降级策略
- 长连接架构（WebSocket、TCP）
- 消息推送（在线、离线、推拉结合）
- 群聊架构（扩散读 vs 扩散写）
- 消息可靠性保证（ACK、重传）
- 推模式 vs 拉模式 vs 推拉结合
- 关注关系存储（Redis ZSet）
- 热点内容缓存（多级缓存）
- 分页与去重策略
- 雪花算法原理与优化
- 美团Leaf、百度UIDGenerator
- 时钟回拨问题解决
- 高可用设计（多机房部署）
💰 电商业务场景
电商系统是最综合的考察场景，涵盖支付、订单、库存等核心业务：
- 支付流程设计（下单、支付、回调）
- 分布式事务（TCC、Saga）
- 幂等性设计（防重、去重）
- 对账与清算系统
- 订单状态机设计
- 库存扣减（预占、扣减、回滚）
- 优惠券系统设计
- 订单拆分与合并
搜索与推荐
搜索和推荐是互联网公司的核心竞争力：
- 倒排索引原理
- Elasticsearch架构设计
- 搜索优化（分词、相关性排序）
- 热门搜索与搜索建议
- 召回层、排序层、重排层
- 特征工程与模型训练
- 在线推理与离线训练
- AB测试与效果评估
📹 实时互动场景
实时系统需要处理高并发、低延迟的挑战：
- 10-直播系统架构
- 推流拉流架构（RTMP、WebRTC）
- CDN加速与边缘节点
- 弹幕系统设计
- 直播间管理
基础设施与中台
基础设施是支撑业务的底座：
- 路由、鉴权、限流、熔断
- 网关高可用设计
- 灰度发布与流量染色
- Kong、APISIX架构对比
- Prometheus架构设计
- 指标采集与存储（TSDB）
- 告警规则与通知
- 分布式追踪（Jaeger）
- Nacos、Apollo架构对比
- 配置推送机制（推、拉）
- 配置版本管理
- 灰度发布配置
🤖 任务调度与爬虫
后台任务系统的设计考验：
- 分片策略（一致性哈希）
- 失败重试与补偿
- 任务依赖管理（DAG）
- XXL-JOB、Elastic-Job对比
- URL去重（布隆过滤器）
- 分布式调度
- 反爬虫策略
- 数据清洗与存储
适合人群
- 准备架构师、技术专家岗位面试
- 3年以上开发经验，想系统学习架构设计
- 技术Leader，需要提升系统设计能力
- 有单点技术深度，缺少端到端架构经验
⏱️ 学习时长
- 快速刷题：每个案例 2-3 小时，共 30-45 小时
- 深度学习：每个案例 4-6 小时，含代码实现，共 60-90 小时
- 面试准备：重点准备 Top 5 案例，15-20 小时
教程特色
📘 完整的设计流程
每个案例都遵循标准的设计流程：
1. 需求分析
- 功能需求（核心功能、扩展功能）
- 非功能需求（性能、可用性、一致性）
2. 容量估算
- QPS估算（DAU → 读写比 → QPS）
- 存储估算（数据量 × 增长率）
- 带宽估算（流量 × 并发）
3. 接口设计
- RESTful API设计
- 请求/响应格式
- 错误码定义
4. 数据库设计
- 表结构设计
- 索引设计
- 分库分表策略
5. 架构设计
- V1：单体架构（MVP）
- V2：微服务架构（服务拆分）
- V3：高可用架构（多活、容灾）
6. 性能优化
- 缓存优化
- 数据库优化
- 异步化改造
7. 监控告警
- 核心指标
- 告警规则
- 故障处理
真实的技术方案
- 提供可落地的架构图（draw.io源文件）
- 包含关键代码片段（Go/Java）
- 参考大厂真实架构（美团、字节、阿里）
- 分析技术选型的权衡（为什么用Redis而不是MySQL）
深度的技术剖析
- 不仅讲"怎么做"，更讲"为什么这么做"
- 分析每个设计决策的权衡（trade-off）
- 讲解从V1到V3的架构演进路径
- 提供面试中的加分项和易错点
快速开始
学习建议
- 先学方法论：从 00-系统设计方法论 开始
- 刷Top 5案例：短链、秒杀、IM、Feed流、分布式ID
- 深入1-2个领域：选择你熟悉的领域（电商、社交、内容）深入学习
- 模拟面试：找朋友模拟面试，练习讲解架构
面试技巧
面试流程：
- 需求澄清（5分钟）：问清楚功能范围、数据规模、性能要求
- 容量估算（5分钟）：计算QPS、存储、带宽，展示数据敏感度
- 架构设计（20分钟）：画架构图，讲解核心模块
- 深入细节（15分钟）：讨论技术选型、优化方案、权衡决策
- Q&A（10分钟）：回答面试官的追问
加分项：
- 主动询问需求，不要假设
- 给出多个方案并对比优缺点
- 提到真实的技术案例（我在XX公司做过类似系统）
- 讲清楚架构演进路径（从简单到复杂）
易错点：
- 一开始就设计复杂架构（应该先MVP，再优化）
- 容量估算不准确（记住常用数字：1KB、1MB、1GB）
- 忽略非功能需求（性能、可用性、一致性）
- 画架构图太乱（用标准符号，逻辑清晰）
配套资源
前置知识（来自其他教程）
建议先学习以下教程，打好基础：
- 分布式系统：Kafka教程、Redis教程
- 数据库：MySQL教程
- 容器编排：Kubernetes教程
- 微服务：Golang教程 第9章
推荐书籍
- 《System Design Interview》- Alex Xu
- 《Designing Data-Intensive Applications》- Martin Kleppmann
- 《微服务架构设计模式》- Chris Richardson
在线资源
- System Design Primer
- Grokking the System Design Interview
- ByteByteGo - Alex Xu的系统设计课程
学习成果
完成本教程后，你将能够：
- 在45-60分钟内设计一个完整的系统
- 准确估算系统的容量和性能
- 设计合理的数据库表结构和索引
- 画出清晰的架构图并讲解核心流程
- 分析技术选型的权衡（trade-off）
- 提出系统的优化方案和演进路径
案例难度与准备时间
| 案例 | 难度 | 面试频率 | 准备时间 | 核心考点 |
|---|---|---|---|---|
| 短链系统 | 2-3h | 算法、缓存、重定向 | ||
| 秒杀系统 | 4-5h | 高并发、限流、分布式锁 | ||
| IM系统 | 5-6h | 长连接、消息推送、群聊 | ||
| Feed流 | 3-4h | 推拉模式、缓存、分页 | ||
| 分布式ID | 2-3h | 雪花算法、高可用 | ||
| 支付系统 | 5-6h | 分布式事务、幂等性 | ||
| 订单系统 | 4-5h | 状态机、库存扣减 | ||
| 搜索系统 | 3-4h | 倒排索引、ES架构 | ||
| 推荐系统 | 4-5h | 召回排序、在线推理 | ||
| 直播系统 | 3-4h | 推拉流、CDN、弹幕 | ||
| API网关 | 3-4h | 路由、限流、熔断 | ||
| 监控告警 | 2-3h | Prometheus、告警 | ||
| 配置中心 | 2-3h | Nacos、配置推送 | ||
| 任务调度 | 2-3h | 分片、失败重试 | ||
| 爬虫系统 | 2-3h | 去重、分布式调度 |
🤝 贡献指南
欢迎提交Issue和Pull Request：
- 补充新的系统设计案例
- 优化现有架构方案
- 分享真实的面试经验
- 更正错误或改进表达
📄 许可证
MIT License
开始你的系统设计学习之旅吧！
建议先学习 00-系统设计方法论，掌握完整的设计流程，然后逐个攻克15个经典案例。
温馨提示
系统设计没有标准答案，重要的是：
- 展示你的思考过程（比结果更重要）
- 沟通你的设计决策（为什么选这个方案）
- 权衡各种trade-off（没有完美方案，只有最合适的）
- 保持开放心态（接受面试官的建议和挑战）
记住：架构师的核心能力不是记住所有技术，而是在复杂场景下做出合理的权衡决策。