2026年系統(tǒng)架構(gòu)師面試題集：系統(tǒng)設(shè)計與性能優(yōu)化一、系統(tǒng)設(shè)計題（共5題，每題20分）1.設(shè)計一個高并發(fā)的短鏈接系統(tǒng)（20分）背景：假設(shè)你要設(shè)計一個類似tinyURL的短鏈接系統(tǒng)，要求支持高并發(fā)訪問（QPS>10萬），且需要具備快速跳轉(zhuǎn)、分布式部署、防盜鏈、鏈路失效重定向等功能。請詳細說明系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計思路，包括數(shù)據(jù)存儲方案、服務拆分、緩存策略、負載均衡方案以及鏈路監(jiān)控等。2.設(shè)計一個支持百萬級用戶的實時消息推送系統(tǒng)（20分）背景：設(shè)計一個類似微信或釘釘?shù)膶崟r消息推送系統(tǒng)，要求支持百萬級在線用戶，消息延遲<1秒，支持離線消息存儲、消息優(yōu)先級、消息撤回等功能。請說明系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，包括消息隊列選型、存儲方案、推送策略、容災設(shè)計等。3.設(shè)計一個分布式事務處理系統(tǒng)（20分）背景：某電商平臺需要支持跨多個數(shù)據(jù)庫（訂單、庫存、支付）的分布式事務，要求事務成功率>99.9%，且具備高性能、低延遲的特點。請設(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)，包括事務協(xié)調(diào)方案、補償機制、超時處理、監(jiān)控告警等。4.設(shè)計一個全球分布式CDN加速系統(tǒng)（20分）背景：設(shè)計一個支持全球用戶的CDN加速系統(tǒng)，要求緩存命中率>90%，延遲<100ms，且能應對突發(fā)流量。請說明架構(gòu)設(shè)計，包括節(jié)點布局、緩存策略、動態(tài)路由、緩存預熱、流量調(diào)度等。5.設(shè)計一個高可用的分布式存儲系統(tǒng)（20分）背景：設(shè)計一個類似HDFS的分布式存儲系統(tǒng)，要求支持高并發(fā)讀寫、數(shù)據(jù)冗余、自動故障轉(zhuǎn)移。請說明系統(tǒng)架構(gòu)，包括數(shù)據(jù)分片方案、副本管理、元數(shù)據(jù)存儲、一致性協(xié)議等。二、性能優(yōu)化題（共5題，每題20分）1.優(yōu)化一個高并發(fā)API的響應時間（20分）場景：某電商API在促銷活動期間（QPS>5萬）響應時間飆升至500ms，請分析可能的原因并提出優(yōu)化方案，包括SQL優(yōu)化、緩存策略、異步處理、代碼優(yōu)化等。2.優(yōu)化一個分布式緩存的命中率（20分）場景：某系統(tǒng)使用Redis作為分布式緩存，命中率從90%下降到60%，請分析原因并提出優(yōu)化方案，包括緩存預熱、緩存雪崩、緩存穿透、分布式鎖優(yōu)化等。3.優(yōu)化一個JVM內(nèi)存溢出問題（20分）場景：某系統(tǒng)出現(xiàn)`OutOfMemoryError`，HeapDump分析顯示GCRoots無法回收，請分析可能的原因并提出優(yōu)化方案，包括JVM參數(shù)調(diào)優(yōu)、代碼優(yōu)化、分代收集策略等。4.優(yōu)化一個分布式隊列的延遲（20分）場景：某系統(tǒng)使用Kafka作為分布式隊列，消息積壓導致延遲增加，請分析原因并提出優(yōu)化方案，包括分區(qū)數(shù)調(diào)整、消息批處理、消費者優(yōu)化等。5.優(yōu)化一個微服務架構(gòu)的調(diào)用鏈路（20分）場景：某微服務架構(gòu)的調(diào)用鏈路過長導致響應時間增加，請分析原因并提出優(yōu)化方案，包括服務降級、本地緩存、異步化改造、API網(wǎng)關(guān)優(yōu)化等。三、行業(yè)與地域特定題（共5題，每題20分）1.設(shè)計一個支持多語言、多時區(qū)的全球訂單系統(tǒng)（20分）背景：某跨國電商需要支持全球用戶，訂單系統(tǒng)需要處理多貨幣、多語言、多時區(qū)問題，請設(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)，包括時區(qū)處理、貨幣轉(zhuǎn)換、本地化存儲、國際物流對接等。2.設(shè)計一個符合中國金融監(jiān)管要求的分布式交易系統(tǒng)（20分）背景：設(shè)計一個支持秒級結(jié)算的金融交易系統(tǒng)，要求符合中國《網(wǎng)絡安全法》《數(shù)據(jù)安全法》等監(jiān)管要求，請說明系統(tǒng)架構(gòu)、數(shù)據(jù)加密、日志審計、容災設(shè)計等。3.設(shè)計一個支持北斗/GNSS的物流追蹤系統(tǒng)（20分）背景：設(shè)計一個支持中國北斗/GNSS定位的物流追蹤系統(tǒng)，要求定位精度<5米，實時更新軌跡，請說明系統(tǒng)架構(gòu)、數(shù)據(jù)同步、高并發(fā)處理、低功耗優(yōu)化等。4.設(shè)計一個支持非洲低帶寬環(huán)境的移動支付系統(tǒng)（20分）背景：設(shè)計一個適配非洲低帶寬、高延遲環(huán)境的移動支付系統(tǒng)，要求支持離線支付、小額高頻交易，請說明系統(tǒng)架構(gòu)、數(shù)據(jù)壓縮、離線同步、安全性設(shè)計等。5.設(shè)計一個符合歐盟GDPR要求的云存儲服務（20分）背景：設(shè)計一個支持歐盟GDPR數(shù)據(jù)隱私要求的云存儲服務，要求用戶數(shù)據(jù)本地化存儲、跨境傳輸加密、用戶自主刪除功能，請說明系統(tǒng)架構(gòu)、合規(guī)性設(shè)計、數(shù)據(jù)隔離等。答案與解析1.高并發(fā)短鏈接系統(tǒng)設(shè)計（20分）答案：-數(shù)據(jù)存儲：使用Redis存儲短鏈接與長鏈接的映射關(guān)系（緩存熱點數(shù)據(jù)），分布式數(shù)據(jù)庫（如TiDB）存儲全部映射關(guān)系，支持分片和索引。-服務拆分：將服務拆分為URL生成、URL解析、API網(wǎng)關(guān)、緩存服務、分布式存儲等模塊，使用微服務架構(gòu)。-緩存策略：采用多級緩存（本地緩存+分布式緩存），設(shè)置合理的過期時間，使用布隆過濾器防止緩存穿透。-負載均衡：使用Nginx+LVS進行流量分發(fā)，結(jié)合RequestHash保證會話一致性。-鏈路監(jiān)控：使用Prometheus+Grafana監(jiān)控QPS、延遲、錯誤率，使用SkyWalking進行鏈路追蹤。2.實時消息推送系統(tǒng)設(shè)計（20分）答案：-消息隊列：使用Pulsar或Kafka，分區(qū)數(shù)>=1000，支持毫秒級消息投遞。-存儲方案：將離線消息存儲在HBase或RocksDB，支持快速查詢和更新。-推送策略：采用長連接（WebSocket）+短輪詢混合模式，優(yōu)先級消息使用單獨分區(qū)。-容災設(shè)計：消息副本數(shù)>=3，跨區(qū)域部署，使用Raft協(xié)議保證消息一致性。3.分布式事務處理系統(tǒng)設(shè)計（20分）答案：-事務協(xié)調(diào)：使用2PC或TCC模式，結(jié)合Seata框架實現(xiàn)分布式事務。-補償機制：使用本地消息表+定時任務補償，或分布式事務框架的補償接口。-超時處理：設(shè)置事務超時時間，超時自動回滾，并記錄補償任務。-監(jiān)控告警：使用Zabbix+ELK監(jiān)控事務成功率，告警閾值設(shè)為<0.1%。4.全球分布式CDN加速系統(tǒng)設(shè)計（20分）答案：-節(jié)點布局：在北美、歐洲、亞太、非洲部署邊緣節(jié)點，使用BGP動態(tài)路由。-緩存策略：采用CDN緩存+本地緩存+動態(tài)緩存（如圖片自適應），緩存預熱使用Lambda函數(shù)。-流量調(diào)度：使用Anycast技術(shù)實現(xiàn)就近訪問，結(jié)合AI動態(tài)調(diào)度算法優(yōu)化路徑。5.高可用分布式存儲系統(tǒng)設(shè)計（20分）答案：-數(shù)據(jù)分片：使用CRC32哈希分片，每個分片3個副本，存儲在不同機房。-副本管理：使用Paxos/Raft協(xié)議保證副本一致性，定期檢測副本存活。-元數(shù)據(jù)存儲：將元數(shù)據(jù)存儲在分布式數(shù)據(jù)庫（如TiKV），支持高并發(fā)讀寫。6.高并發(fā)API響應時間優(yōu)化（20分）答案：-SQL優(yōu)化：添加索引、分庫分表、異步查詢，使用Redis緩存熱點SQL結(jié)果。-緩存策略：設(shè)置合理的緩存過期時間，使用緩存穿透解決方案（如布隆過濾器）。-異步處理：將非核心業(yè)務（如日志寫入）異步化，使用Kafka或MQ處理。7.分布式緩存命中率優(yōu)化（20分）答案：-緩存預熱：使用定時任務預加載熱點數(shù)據(jù)，避免緩存雪崩。-緩存雪崩：設(shè)置緩存過期時間范圍（如5-10s），使用隨機過期時間。-分布式鎖：使用Redis分布式鎖避免緩存擊穿，鎖過期時間略長于緩存。8.JVM內(nèi)存溢出問題優(yōu)化（20分）答案：-GCRoots分析：檢查長生命周期對象、靜態(tài)變量、線程Local緩存。-JVM參數(shù)調(diào)優(yōu)：增加堆內(nèi)存（如-XX:MaxHeapSize=8g），使用G1GC算法。-代碼優(yōu)化：避免內(nèi)存泄漏（如Map未清理、監(jiān)聽器未移除）。9.分布式隊列延遲優(yōu)化（20分）答案：-分區(qū)數(shù)調(diào)整：增加分區(qū)數(shù)（如1000+），每個分區(qū)分配獨立消費者。-消息批處理：消費者批量處理消息（如100條/次），減少網(wǎng)絡開銷。-異步消費：使用線程池或Fork/Join框架異步處理消息。10.微服務調(diào)用鏈路優(yōu)化（20分）答案：-服務降級：使用Hystrix或Sentinel實現(xiàn)服務降級，設(shè)置熔斷閾值（如50ms）。-本地緩存：使用Caffeine緩存熱點數(shù)據(jù)，避免遠程調(diào)用。-API網(wǎng)關(guān)：使用Zuul或Kong做請求路由，合并多個服務為統(tǒng)一入口。11.全球訂單系統(tǒng)設(shè)計（20分）答案：-時區(qū)處理：使用UTC時間存儲，前端根據(jù)用戶時區(qū)轉(zhuǎn)換顯示。-貨幣轉(zhuǎn)換：接入第三方匯率API（如OpenExchangeRates），本地緩存匯率。-本地化存儲：訂單數(shù)據(jù)存儲在用戶所屬區(qū)域數(shù)據(jù)庫，使用數(shù)據(jù)庫分區(qū)。12.金融分布式交易系統(tǒng)設(shè)計（20分）答案：-數(shù)據(jù)加密：使用AES-256加密傳輸數(shù)據(jù)，HTTPS+TLS協(xié)議。-日志審計：使用ELK+SIEM記錄所有操作，符合《網(wǎng)絡安全法》要求。-容災設(shè)計：同城雙活+異地多活，使用Raft協(xié)議保證數(shù)據(jù)一致性。13.物流追蹤系統(tǒng)設(shè)計（20分）答案：-定位精度：接入北斗/GNSS+WiFi定位，低功耗模式減少電量消耗。-數(shù)據(jù)同步：使用MQTT協(xié)議傳輸軌跡數(shù)據(jù)，支持斷網(wǎng)重連。-高并發(fā)處理：軌跡數(shù)據(jù)分片存儲，使用Redis緩存實時位置。14.非洲移動支付系統(tǒng)設(shè)計（20分）答案：-低帶寬優(yōu)化：使用數(shù)據(jù)壓縮（如Gzip）+HTTP/2協(xié)議，減少傳輸量。-離線支付：本地緩存交易信息，網(wǎng)絡恢復