如何做系统设计的面试题
2015-10-07
系统设计是一类开放型的面试题，没有绝对正确的答案，更多时候是一些取舍。可以比较全面地考查面试者的综合素质，包括知识面，经验，理解和分析能力，抽象能力。这类题目一般是针对有一定工作经验的面试者。事实上，并没有要求在短暂的面试的时间，面试者给出一个完美的答案。世界上没有完美的系统，只有更好的系统。以下面这个例子，说一下这类题应该怎么做。
可穿戴设备会收集用户数据，这些数据会被上传到服务器。设计一下这个业务的存储系统。
理解使用场景和限制
面试官给出的问题描述都会比较简单。所以要做的第一件事情就是：沟通，理解需求。要了解使用的场景和特定的限制。在确认自己理解清楚之前，不要埋头开始做题。就上面的描述，我们大致能明白了是个什么样的问题，但是还有很多细节。
用户量有多少？收集的是哪些数据？这些数据收集后是否要用于分析和查询？每条记录的大小大概是多少？读和写的频率怎么样？还有没有一些特定的业务自身的特征？
假设场景是这样子的，这个业务当前有200w用户。智能设备是为了防止小孩走丢的鞋子，为了简化问题先假设只需要记录位置信息。每条记录大概200字节。需要查询用户当前位置，并且可以查询历史记录，比如当天该用户到过哪些地方，或者曾经到过哪些地方。请求的分布主要还是当前位置信息。每隔10分钟，设备会记录一次位置信息并上传服务器。假设历史数据需要保留五年。这个业务还有个特点是，用户与用户之间，并没有任何联系。
抽象问题
尽管这道题只是问存储相关的一块，但一个系统还是会有分层的设计，我们将功能提取出来。
服务层:
- 查询当前位置和查询历史信息
- 接收记录信息
数据存储层:
- 近乎简单key-value的形式，但是涉及到历史信息查询
这一层的功能数据库那里可能直接提供了，服务层到底需不需要？在抽象问题的时候，这个思考过程肯定要有。
抽象出来的优点：数据存储层可能使用多种异构的数据库，那么在这一层可以提供统一的API。比如对当前位置做缓存，而历史数据直接查数据库；又或者写请求量很大，同步写操作转化为异步的批量写操作等。这一层抽象可以让内部实现对外部透明。需要让面试官知道，你是在做设计，在思考。
接着看数据存储层。该使用什么样的数据库作为这个业务的存储呢？mongo？redis？hbase？或是传统数据库mysql？这里有时间属性和大量历史数据，是否可以考虑一下时序数据库，比如influxdb？告诉面试官你是怎么选择数据库的，它们在这个场景各自的优缺点是什么。
假设面试者对mysql比较熟习，不妨先考虑传统的mysql能否满足需求。
那么接下来就是表结构怎么设计？字段有哪些？假设记录位置数据用的是Location表。Location表中的字段要包括，用户ID，坐标，时间。那么给定当前时间和用户ID可以查询当前位置，给定一个时间区间可以查询到历史记录。如果查询速度有要求，是否需要做次级索引，涉及到这些具体细节，如果面试官感兴趣，都可以深入讨论。
瓶颈
抽象问题之后，该思考一些性能指标，来判断选型的方案是否满足。如果不满足，要继续思考其它的方案。估算是很重要的一项能力，对数据要敏感。
200w用户，10分钟一次写入，如果是按无规律的计时，整个系统的tps大概每秒只有3000多，单个mysql都能hold住的。但如果统一在每10分钟整点写入，则会有3w的峰值，压力比较大。至于读的平均请求，可能还低于写。仍然需要考虑进去的是峰值。注意这里缓存似乎是无帮助的场景--用户只会去查询自己的位置信息，不会查他人，所以没有"热点用户"查询。
200w用户，10分钟一次写入，记录大小200字节。每天会生成大概50G数据的样子。保存5年，那么会有100T的量级。
通过这些分析，可以知道，这里面临的主要不是高并发请求的问题，而是数据存储量比较大的问题。另外，这么多记录条数对于mysql那边的性能影响也要考虑进去。
扩展
如果200w用户变成了2000w用户，甚至2亿用户会怎么样？当前设计的系统能不能扛住？扛不往该怎么样扩展？这个时候应该能立刻想到很多"常识"，负载均衡、缓存、异步等等。
用户之间没有相互联系，这个特点很方便我们按用户去划分。即使数据再涨，都可以加机器应对。
mysql可能会挂，7*24的高可用怎么做？立刻应该想到主备，还有读写分离这些。
这里面任何一个点都可以继续讨论下去，因为都是一些通用的东西。
以上使用的例子纯属虚构，如有雷同纯属巧合。最后推荐两个链接：
http://highscalability.com/all-time-favorites/
http://blog.jobbole.com/84575/
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