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如何答好面試中的系統(tǒng)設(shè)計(jì)題？

時(shí)間：2023-11-20 00:36:01 | 來源：網(wǎng)站運(yùn)營

時(shí)間：2023-11-20 00:36:01 來源：網(wǎng)站運(yùn)營

如何答好面試中的系統(tǒng)設(shè)計(jì)題？：系統(tǒng)設(shè)計(jì)在面試中一定是最讓面試者頭疼的事情之一。 因?yàn)橄到y(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)的問題通常是開放式的，所以沒有標(biāo)準(zhǔn)答案。你在和面試官思想的交流碰撞中會(huì)慢慢優(yōu)化自己的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。理論上來說，系統(tǒng)設(shè)計(jì)面試也是和面試官一起一步一步改進(jìn)原有系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的過程。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)題往往也非常能考察出面試者的綜合能力，回答好的話，很容易就能在面試中脫穎而出。不論是對于參加社招還是校招的小伙伴，都很有必要重視起來。

接下來，我會(huì)帶著小伙伴們從我的角度出發(fā)來談?wù)劊?b>如何準(zhǔn)備面試中的系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分。

由于文章篇幅有限，就不列舉實(shí)際例子了，可能會(huì)在后面的文章中單獨(dú)提一些具體的例子。

個(gè)人能力有限。如果文章有任何需要改善和完善的地方，歡迎在評論區(qū)指出，共同進(jìn)步！

系統(tǒng)設(shè)計(jì)面試一般怎么問？




我簡單總結(jié)了一下系統(tǒng)設(shè)計(jì)面試相關(guān)問題的問法：

  1. 設(shè)計(jì)一個(gè)某某系統(tǒng)比如秒殺系統(tǒng)、微博系統(tǒng)、搶紅包系統(tǒng)、短網(wǎng)址系統(tǒng)。
  2. 設(shè)計(jì)某某系統(tǒng)中的一個(gè)功能比如嗶哩嗶哩的點(diǎn)贊功能。
  3. 設(shè)計(jì)一個(gè)框架比如 RPC 框架、消息隊(duì)列、緩存框架、分布式文件系統(tǒng)等等。
  4. 某某系統(tǒng)的技術(shù)選型比如緩存用Redis 還是 Memcached、網(wǎng)關(guān)用 Spring Cloud Gateway 還是Netflix Zuul2 。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)怎么做？




我們將步驟總結(jié)成了以下 4 步。

Step1:問清楚系統(tǒng)具體要求

當(dāng)面試官給出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)題目之后，一定不要立即開始設(shè)計(jì)解決方案。 你需要先理解系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求：功能性需求和非功能性需求。

為了避免自己曲解題目所想要解決的問題，你可以先簡要地給面試官說說自己的理解，

為啥要詢問清楚系統(tǒng)的功能性需求也就是說系統(tǒng)包含哪些功能呢？

畢竟，如果面試官冷不丁地直接讓你設(shè)計(jì)一個(gè)微博系統(tǒng)，你不可能把微博系統(tǒng)涵蓋的功能比如推薦信息流、會(huì)員機(jī)制等一個(gè)一個(gè)都列舉出來，然后再去設(shè)計(jì)吧！你需要篩選出系統(tǒng)所提供的核心功能（縮小邊界范圍）！

為啥要詢問清楚系統(tǒng)的非功能性需求或者說約束條件比如系統(tǒng)需要達(dá)到多少Q(mào)PS呢？

讓你設(shè)計(jì)一個(gè)1w人用的微博系統(tǒng)和100w人用的微博系統(tǒng)能一樣么？不同的約束系統(tǒng)對應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案肯定是不一樣的。

Step2:對系統(tǒng)進(jìn)行抽象設(shè)計(jì)

我們需要在一個(gè) High Level 的層面對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

你可以畫出系統(tǒng)的抽象架構(gòu)圖，這個(gè)抽象架構(gòu)圖中包含了系統(tǒng)的一些組件以及這些組件之間的連接。







Step3:考慮系統(tǒng)目前需要優(yōu)化的點(diǎn)

對系統(tǒng)進(jìn)行抽象設(shè)計(jì)之后，你需要思考當(dāng)前抽象的系統(tǒng)設(shè)計(jì)有哪些需要優(yōu)化的點(diǎn)，比如說：

  1. 當(dāng)前系統(tǒng)部署在一臺(tái)機(jī)器夠嗎？是否需要部署在多臺(tái)機(jī)器然后進(jìn)行負(fù)載均衡呢？
  2. 數(shù)據(jù)庫處理速度能否支撐業(yè)務(wù)需求？是否需要給指定字段加索引？是否需要讀寫分離？是否需要緩存？
  3. 數(shù)據(jù)量是否大到需要分庫分表？
  4. 是否存在安全隱患？
  5. 系統(tǒng)是否需要分布式文件系統(tǒng)？
  6. …



Step4:優(yōu)化你的系統(tǒng)抽象設(shè)計(jì)

根據(jù) Step 3 中的“系統(tǒng)需要優(yōu)化的點(diǎn)” 對系統(tǒng)的抽象設(shè)計(jì)做進(jìn)一步完善。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)該如何準(zhǔn)備？




知識(shí)儲(chǔ)備

系統(tǒng)設(shè)計(jì)面試非?？疾炷愕闹R(shí)儲(chǔ)備，系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力的提高需要大量的理論知識(shí)儲(chǔ)備。比如說你要知道大型網(wǎng)站架構(gòu)設(shè)計(jì)必備的三板斧：

  1. 高性能架構(gòu)設(shè)計(jì)： 熟悉系統(tǒng)常見性能優(yōu)化手段比如引入 讀寫分離、緩存、負(fù)載均衡、異步 等等。
  2. 高可用架構(gòu)設(shè)計(jì) ：CAP理論和BASE理論、通過集群來提高系統(tǒng)整體穩(wěn)定性、超時(shí)和重試機(jī)制、應(yīng)對接口級故障：降級、熔斷、限流、排隊(duì)。
  3. 高擴(kuò)展架構(gòu)設(shè)計(jì) ：說白了就是懂得如何拆分系統(tǒng)。你按照不同的思路來拆分軟件系統(tǒng)，就會(huì)得到不同的架構(gòu)。

實(shí)戰(zhàn)

雖然懂得了理論，但是自己沒有進(jìn)行實(shí)踐的話，很多東西是無法體會(huì)到的！

因此，你還要 不斷通過實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目鍛煉自己的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。

保持好奇心

多思考自己經(jīng)常瀏覽的網(wǎng)站是怎么做的。比如：

  1. 你刷微博的時(shí)候可以思考一下微博是如何記錄點(diǎn)贊數(shù)量的？
  2. 你看嗶哩嗶哩的時(shí)候可以思考一下消息提醒系統(tǒng)是如何做的？
  3. 你使用短鏈系統(tǒng)的時(shí)候可以考慮一下短鏈系統(tǒng)是如何做的？
  4. …

技術(shù)選型

實(shí)現(xiàn)同樣的功能，一般會(huì)有多種技術(shù)選擇方案，比如緩存用Redis 還是 Memcached、網(wǎng)關(guān)用 Spring Cloud Gateway 還是Netflix Zuul2 。 很多時(shí)候，面試官在系統(tǒng)設(shè)計(jì)面過程中會(huì)具體到技術(shù)的選型，因而，你需要區(qū)分不同技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)面試必知




> 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候必然離不開描述性能相關(guān)的指標(biāo)比如 QPS。

性能相關(guān)的指標(biāo)

響應(yīng)時(shí)間

響應(yīng)時(shí)間RT(Response-time)就是用戶發(fā)出請求到用戶收到系統(tǒng)處理結(jié)果所需要的時(shí)間。

RT是一個(gè)非常重要且直觀的指標(biāo)，RT數(shù)值大小直接反應(yīng)了系統(tǒng)處理用戶請求速度的快慢。

并發(fā)數(shù)

并發(fā)數(shù)可以簡單理解為系統(tǒng)能夠同時(shí)供多少人訪問使用也就是說系統(tǒng)同時(shí)能處理的請求數(shù)量。

并發(fā)數(shù)反應(yīng)了系統(tǒng)的負(fù)載能力。

QPS 和 TPS

書中是這樣描述 QPS 和 TPS 的區(qū)別的。

> QPS vs TPS：QPS 基本類似于 TPS，但是不同的是，對于一個(gè)頁面的一次訪問，形成一個(gè)TPS；但一次頁面請求，可能產(chǎn)生多次對服務(wù)器的請求，服務(wù)器對這些請求，就可計(jì)入“QPS”之中。如，訪問一個(gè)頁面會(huì)請求服務(wù)器2次，一次訪問，產(chǎn)生一個(gè)“T”，產(chǎn)生2個(gè)“Q”。

吞吐量

吞吐量指的是系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)處理的請求數(shù)量。

一個(gè)系統(tǒng)的吞吐量與請求對系統(tǒng)的資源消耗等緊密關(guān)聯(lián)。請求對系統(tǒng)資源消耗越多，系統(tǒng)吞吐能力越低，反之則越高。

TPS、QPS都是吞吐量的常用量化指標(biāo)。

系統(tǒng)活躍度

介紹幾個(gè)描述系統(tǒng)活躍度的常見名詞，建議牢牢記住。你不光會(huì)在回答系統(tǒng)設(shè)計(jì)面試題的時(shí)候碰到，日常工作中你也會(huì)經(jīng)常碰到這些名詞。

PV(Page View)

訪問量, 即頁面瀏覽量或點(diǎn)擊量，衡量網(wǎng)站用戶訪問的網(wǎng)頁數(shù)量；在一定統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)用戶每打開或刷新一個(gè)頁面就記錄1次，多次打開或刷新同一頁面則瀏覽量累計(jì)。UV 從網(wǎng)頁打開的數(shù)量/刷新的次數(shù)的角度來統(tǒng)計(jì)的。

UV(Unique Visitor)

獨(dú)立訪客，統(tǒng)計(jì)1天內(nèi)訪問某站點(diǎn)的用戶數(shù)。1天內(nèi)相同訪客多次訪問網(wǎng)站，只計(jì)算為1個(gè)獨(dú)立訪客。UV 是從用戶個(gè)體的角度來統(tǒng)計(jì)的。

DAU(Daily Active User)

日活躍用戶數(shù)量。

MAU(monthly active users)

月活躍用戶人數(shù)。

舉例：某網(wǎng)站 DAU為 1200w， 用戶日均使用時(shí)長 1 小時(shí)，RT為0.5s，求并發(fā)量和QPS。

平均并發(fā)量 = DAU（1200w）* 日均使用時(shí)長（1 小時(shí)，3600秒） /一天的秒數(shù)（86400）=1200w/24 = 50w

真實(shí)并發(fā)量（考慮到某些時(shí)間段使用人數(shù)比較少） = DAU（1200w）* 日均使用時(shí)長（1 小時(shí)，3600秒） /一天的秒數(shù)-訪問量比較小的時(shí)間段假設(shè)為8小時(shí)（57600）=1200w/16 = 75w

峰值并發(fā)量 = 平均并發(fā)量 * 6 = 300w

QPS = 真實(shí)并發(fā)量/RT = 75W/0.5=100w/s

常用性能測試工具

后端常用

既然系統(tǒng)設(shè)計(jì)涉及到系統(tǒng)性能方面的問題，那在面試的時(shí)候，面試官就很可能會(huì)問：你是如何進(jìn)行性能測試的？

推薦 4 個(gè)比較常用的性能測試工具：

  1. Jmeter ：Apache JMeter 是 JAVA 開發(fā)的性能測試工具。
  2. LoadRunner：一款商業(yè)的性能測試工具。
  3. Galtling ：一款基于Scala 開發(fā)的高性能服務(wù)器性能測試工具。
  4. ab ：全稱為 Apache Bench 。Apache 旗下的一款測試工具，非常實(shí)用。
沒記錯(cuò)的話，除了 LoadRunner 其他幾款性能測試工具都是開源免費(fèi)的。

前端常用

  1. Fiddler：抓包工具，它可以修改請求的數(shù)據(jù)，甚至可以修改服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)，功能非常強(qiáng)大，是Web 調(diào)試的利器。
  2. HttpWatch: 可用于錄制HTTP請求信息的工具。

常見軟件的QPS

這里給出的 QPS 僅供參考，實(shí)際項(xiàng)目需要進(jìn)行壓測來計(jì)算。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

合適優(yōu)于先進(jìn) > 演化優(yōu)于一步到位 > 簡單優(yōu)于復(fù)雜

常見的性能優(yōu)化策略

性能優(yōu)化之前我們需要對請求經(jīng)歷的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，排查出可能出現(xiàn)性能瓶頸的地方，定位問題。

下面是一些性能優(yōu)化時(shí)，我經(jīng)常拿來自問的一些問題：

  1. 當(dāng)前系統(tǒng)的SQL語句是否存在問題？
  2. 當(dāng)前系統(tǒng)是否需要升級硬件？
  3. 系統(tǒng)是否需要緩存？
  4. 系統(tǒng)架構(gòu)本身是不是就有問題？
  5. 系統(tǒng)是否存在死鎖的地方？
  6. 數(shù)據(jù)庫索引使用是否合理？
  7. 系統(tǒng)是否存在內(nèi)存泄漏？（Java 的自動(dòng)回收內(nèi)存雖然很方便，但是，有時(shí)候代碼寫的不好真的會(huì)造成內(nèi)存泄漏）
  8. 系統(tǒng)的耗時(shí)操作進(jìn)行了異步處理？
  9. ……

性能優(yōu)化必知法則

SQL優(yōu)化，JVM、DB，Tomcat參數(shù)調(diào)優(yōu) > 硬件性能優(yōu)化（內(nèi)存升級、CPU核心數(shù)增加、機(jī)械硬盤—>固態(tài)硬盤等等）> 業(yè)務(wù)邏輯優(yōu)化/緩存 > 讀寫分離、集群等 > 分庫分表

系統(tǒng)設(shè)計(jì)面試的注意事項(xiàng)




想好再說

沒必要面試官剛問了問題之后，你沒準(zhǔn)備好就開始回答。這樣不會(huì)給面試官帶來好印象的！系統(tǒng)設(shè)計(jì)本就需要面試者結(jié)合自己的以往的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行思考，這個(gè)過程是需要花費(fèi)一些時(shí)間的。

沒有絕對的答案

系統(tǒng)設(shè)計(jì)沒有標(biāo)準(zhǔn)答案。重要的是你和面試官一起交流的過程。

一般情況下，你會(huì)在和面試官的交流過程中，一步一步完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。這個(gè)過程中，你會(huì)在面試官的引導(dǎo)下不斷完善自己的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

因此，你不必要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)面試之前找很多題目，然后只是單純記住他們的答案。

勿要絕對

系統(tǒng)設(shè)計(jì)沒有最好的設(shè)計(jì)方案，只有最合適的設(shè)計(jì)方案。這就類比架構(gòu)設(shè)計(jì)了：軟件開發(fā)沒有銀彈，架構(gòu)設(shè)計(jì)的目的就是選擇合適的解決方案。 何為銀彈？ 狼人傳說中，只有銀彈(銀質(zhì)子彈)才能制服這些猛獸。對應(yīng)到軟件開發(fā)活動(dòng)中，銀彈特指開發(fā)者們尋求的一種克服軟件開發(fā)這個(gè)難纏的猛獸的“萬能鑰匙”。

權(quán)衡利弊

知道使用某個(gè)技術(shù)可能會(huì)為系統(tǒng)帶來的利弊。比如使用消息隊(duì)列的好處是解耦和削峰，但是，同樣也讓系統(tǒng)可用性降低、復(fù)雜性提高，同時(shí)還會(huì)存在一致性問題（消息丟失或者消息未被消費(fèi)咋辦）。

慢慢優(yōu)化

剛開始設(shè)計(jì)的系統(tǒng)不需要太完美，可以慢慢優(yōu)化。

不追新技術(shù)

使用穩(wěn)定的、適合業(yè)務(wù)的技術(shù)，不必要過于追求新技術(shù)。

追簡避雜

系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)追求簡單避免復(fù)雜。KISS（ Keep It Simple, Stupid）原則——保持簡單，易于理解。

總結(jié)

這篇文章簡單帶著小伙伴們分析了一下系統(tǒng)設(shè)計(jì)面試，點(diǎn)贊是對我最好的鼓勵(lì)與支持~




作者：JavaGuide

鏈接：https://www.imooc.com/article/312132

來源：慕課網(wǎng)

關(guān)鍵詞：系統(tǒng),設(shè)計(jì)

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