System Design

系统设计是在明确约束下构造一个可工作的方案，并解释为什么这个方案比替代方案更适合当前阶段。答案的价值来自推理链，而不是关键词数量。

Requirements → Capacity → Interface → Data → Reliability

Start with a working system, then evolve it against evidence.

先形成端到端主路径，再根据真实瓶颈增加缓存、分区、异步、复制和降级。

The Design Process

01Scope

明确核心功能、用户、SLO、约束和不在范围内的需求。

02Estimate

估算 QPS、存储、读写比、带宽和峰值，找出主导约束。

03Design

定义 API、数据模型、组件、关键路径和一个可工作的基线方案。

04Stress

沿容量、热点、故障、安全和一致性逐一寻找方案边界。

05Evolve

针对最重要瓶颈加入扩展机制，并说明成本、监控和回滚。

Knowledge Map

Vocabulary

Core Concepts

API、技术栈、定时任务、版本和通用架构语言。

Building blocks

Reusable Modules

限流、Feed、搜索、评论、监控、文件与短链等模块。

State

Storage

SQL、NoSQL、索引、分区、缓存和数据访问模式。

Failure

Availability

扩展、CAP、故障检测、隔离、降级与恢复。

Coordination

Distributed Systems

事务、一致性、复制与部分失败下的协调问题。

Trust

Security

认证、授权、加密和系统边界中的信任模型。

Live delivery

Realtime

长连接、推送、轮询和事件驱动通信。

End to end

Case Studies

把需求、数据、服务和扩展策略放进完整系统案例。

Baseline Before Scale

先画出最小端到端路径：

Client → API → Service → Primary Storage

只有在明确瓶颈后再加入：

• cache：减少重复读取，但引入失效与一致性问题；
• queue：隔离峰值和异步工作，但引入延迟、重复与顺序问题；
• replica：提升读取和可用性，但引入复制延迟；
• shard：扩展容量，但引入路由、再平衡和跨分片操作；
• CDN：靠近用户分发静态或可缓存内容，但引入刷新和边缘一致性。

Tradeoff Checklist

维度	必须解释
Reliability	失败如何检测、重试、隔离、降级和恢复
Scalability	哪个资源先成为瓶颈，如何水平扩展
Consistency	哪些不变量必须强一致，哪些允许延迟
Latency	主路径上有哪些网络、排队和存储成本
Security	信任边界、身份、权限和敏感数据
Operability	监控、发布、容量管理和事故响应
Cost	复杂度和资源成本是否与当前规模匹配

Interview Rule

Ask before design. Work solution first. Scale one bottleneck at a time. Every added component should solve a named problem and introduce an acknowledged cost.