2026年系統(tǒng)架構(gòu)師面試題集與架構(gòu)思維解析一、設(shè)計題（共5題，每題20分）1.設(shè)計一個高并發(fā)的短鏈接生成系統(tǒng)（20分）題目要求：設(shè)計一個支持全球用戶訪問的短鏈接生成系統(tǒng)，要求系統(tǒng)能夠處理每秒百萬級別的短鏈接生成請求，并保證短鏈接的全局唯一性和高可用性。系統(tǒng)需要支持自定義短鏈接前綴，并能夠統(tǒng)計短鏈接的訪問次數(shù)。請?jiān)敿?xì)說明系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、關(guān)鍵技術(shù)選型、數(shù)據(jù)存儲方案以及容災(zāi)備份策略。答案與解析：系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計：1.接入層：采用多地域部署的負(fù)載均衡服務(wù)（如阿里云SLB或AWSELB），將請求分發(fā)到各個區(qū)域的API網(wǎng)關(guān)。2.API網(wǎng)關(guān)層：使用無狀態(tài)的API網(wǎng)關(guān)（如Kong或AWSAPIGateway），負(fù)責(zé)路由轉(zhuǎn)發(fā)、認(rèn)證授權(quán)和限流熔斷。3.短鏈接服務(wù)層：采用微服務(wù)架構(gòu)，部署在容器化平臺（如Kubernetes），每個服務(wù)實(shí)例負(fù)責(zé)生成和查詢短鏈接。4.分布式緩存層：使用Redis集群（如6個節(jié)點(diǎn)），部署在多地域，緩存熱點(diǎn)短鏈接和訪問統(tǒng)計信息。5.分布式存儲層：使用分布式數(shù)據(jù)庫（如TiDB或CockroachDB），存儲短鏈接與長鏈接的映射關(guān)系。6.監(jiān)控告警系統(tǒng)：集成Prometheus和Grafana進(jìn)行監(jiān)控，使用Alertmanager進(jìn)行告警。關(guān)鍵技術(shù)選型：1.短鏈接生成算法：采用62位Base62編碼（a-zA-Z0-9），能夠生成約2^62個短鏈接。2.分布式ID生成器：使用Twitter的Snowflake算法，結(jié)合業(yè)務(wù)ID和機(jī)器ID生成全局唯一ID。3.限流策略：采用令牌桶算法，對API網(wǎng)關(guān)和短鏈接服務(wù)進(jìn)行分布式限流。4.緩存策略：對熱點(diǎn)短鏈接使用Redis緩存，設(shè)置合理的過期時間，并開啟緩存穿透和緩存擊穿解決方案。數(shù)據(jù)存儲方案：1.短鏈接映射關(guān)系：使用分布式數(shù)據(jù)庫存儲短鏈接ID與長鏈接的映射關(guān)系，支持高并發(fā)寫入和查詢。2.訪問統(tǒng)計：使用Redis緩存訪問次數(shù)，當(dāng)超過閾值時異步寫入數(shù)據(jù)庫。3.自定義前綴：使用前綴樹（Trie）結(jié)構(gòu)存儲自定義前綴，提高查詢效率。容災(zāi)備份策略：1.多地域部署：在至少三個地域部署服務(wù)，使用全球負(fù)載均衡實(shí)現(xiàn)自動容災(zāi)切換。2.數(shù)據(jù)備份：使用分布式數(shù)據(jù)庫的自動備份功能，定期進(jìn)行全量備份和增量備份。3.服務(wù)降級：在流量高峰期自動降級非核心功能，保證核心鏈路可用性。2.設(shè)計一個支持百萬級用戶的實(shí)時消息推送系統(tǒng)（20分）題目要求：設(shè)計一個支持百萬級用戶的實(shí)時消息推送系統(tǒng)，要求系統(tǒng)能夠保證消息的可靠傳遞和低延遲（毫秒級），支持離線消息存儲和消息分片功能。請?jiān)敿?xì)說明系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、關(guān)鍵技術(shù)選型、數(shù)據(jù)存儲方案以及消息可靠性保證機(jī)制。答案與解析：系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計：1.接入層：使用Nginx或HAProxy進(jìn)行流量分發(fā)，部署在多地域負(fù)載均衡。2.認(rèn)證鑒權(quán)服務(wù)：使用JWT或OAuth2.0進(jìn)行用戶認(rèn)證，支持分布式會話管理。3.消息代理層：使用Kafka或RabbitMQ集群，部署在多地域，負(fù)責(zé)消息的解耦和異步處理。4.消息存儲層：使用Redis集群緩存熱點(diǎn)消息，使用分布式數(shù)據(jù)庫（如MongoDB）存儲用戶消息記錄。5.消息推送服務(wù)：使用WebSocket或MQTT協(xié)議進(jìn)行實(shí)時推送，支持多平臺（iOS、Android、Web）。6.監(jiān)控告警系統(tǒng)：集成Prometheus和Grafana進(jìn)行監(jiān)控，使用Alertmanager進(jìn)行告警。關(guān)鍵技術(shù)選型：1.消息協(xié)議：使用WebSocket協(xié)議實(shí)現(xiàn)全雙工通信，使用MQTT協(xié)議支持移動端低功耗推送。2.消息分片：將長消息自動分片，單條消息不超過4KB，提高推送效率。3.離線消息處理：使用本地推送服務(wù)緩存離線消息，當(dāng)用戶上線時自動推送。4.消息重試機(jī)制：使用指數(shù)退避算法，對失敗消息進(jìn)行重試，最多重試3次。數(shù)據(jù)存儲方案：1.消息記錄：使用分布式數(shù)據(jù)庫存儲用戶消息記錄，支持按用戶和時間段查詢。2.消息索引：使用Elasticsearch建立消息全文索引，支持快速搜索。3.消息狀態(tài)：使用Redis緩存消息狀態(tài)（已發(fā)送/已送達(dá)/已讀），保證狀態(tài)一致性。消息可靠性保證機(jī)制：1.消息確認(rèn)機(jī)制：推送服務(wù)收到客戶端確認(rèn)后，更新消息狀態(tài)為已送達(dá)。2.消息重試機(jī)制：對失敗消息進(jìn)行重試，超過最大重試次數(shù)后標(biāo)記為失敗。3.消息冪等性：使用消息ID保證消息只被處理一次，避免重復(fù)處理。4.分布式鎖：在消息處理過程中使用分布式鎖，保證消息處理的原子性。3.設(shè)計一個高并發(fā)的訂單處理系統(tǒng)（20分）題目要求：設(shè)計一個支持高并發(fā)的訂單處理系統(tǒng)，要求系統(tǒng)能夠處理每秒數(shù)千筆訂單，支持分布式事務(wù)和訂單狀態(tài)實(shí)時同步。請?jiān)敿?xì)說明系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、關(guān)鍵技術(shù)選型、數(shù)據(jù)存儲方案以及訂單一致性保證機(jī)制。答案與解析：系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計：1.接入層：使用Nginx或HAProxy進(jìn)行流量分發(fā)，部署在多地域負(fù)載均衡。2.訂單服務(wù)：采用微服務(wù)架構(gòu)，每個服務(wù)實(shí)例負(fù)責(zé)處理一部分訂單，支持水平擴(kuò)展。3.庫存服務(wù)：采用獨(dú)立微服務(wù)架構(gòu)，支持分布式鎖和庫存凍結(jié)機(jī)制。4.支付服務(wù)：集成第三方支付平臺，支持異步通知和回調(diào)處理。5.消息隊(duì)列：使用Kafka或RabbitMQ集群，負(fù)責(zé)訂單狀態(tài)的異步通知。6.訂單查詢服務(wù)：使用Redis緩存熱點(diǎn)訂單，支持實(shí)時查詢。7.監(jiān)控告警系統(tǒng)：集成Prometheus和Grafana進(jìn)行監(jiān)控，使用Alertmanager進(jìn)行告警。關(guān)鍵技術(shù)選型：1.分布式事務(wù)：使用2PC或TCC事務(wù)協(xié)議，結(jié)合分布式事務(wù)框架（如Seata或Saga）。2.訂單狀態(tài)機(jī)：使用狀態(tài)機(jī)框架（如Akka或SpringStatemachine）管理訂單狀態(tài)。3.分布式鎖：使用Redis分布式鎖或ZooKeeper實(shí)現(xiàn)庫存凍結(jié)。4.異步處理：使用消息隊(duì)列異步處理支付回調(diào)和庫存扣減。數(shù)據(jù)存儲方案：1.訂單數(shù)據(jù)：使用分布式數(shù)據(jù)庫（如TiDB或CockroachDB）存儲訂單數(shù)據(jù)，支持高并發(fā)寫入。2.訂單索引：使用Elasticsearch建立訂單全文索引，支持快速搜索。3.訂單狀態(tài)緩存：使用Redis緩存訂單狀態(tài)，保證查詢實(shí)時性。訂單一致性保證機(jī)制：1.分布式事務(wù)：使用2PC或TCC協(xié)議保證訂單、庫存、支付的一致性。2.消息確認(rèn)機(jī)制：支付服務(wù)成功后發(fā)送消息，訂單服務(wù)確認(rèn)后更新訂單狀態(tài)。3.補(bǔ)償事務(wù)：對失敗流程設(shè)計補(bǔ)償事務(wù)，保證系統(tǒng)一致性。4.最終一致性：通過消息隊(duì)列保證系統(tǒng)最終一致性，設(shè)置合理的超時時間。4.設(shè)計一個支持海量數(shù)據(jù)的實(shí)時數(shù)據(jù)計算系統(tǒng)（20分）題目要求：設(shè)計一個支持海量數(shù)據(jù)的實(shí)時數(shù)據(jù)計算系統(tǒng)，要求系統(tǒng)能夠處理TB級別的數(shù)據(jù)，支持實(shí)時數(shù)據(jù)清洗、轉(zhuǎn)換和計算。請?jiān)敿?xì)說明系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、關(guān)鍵技術(shù)選型、數(shù)據(jù)存儲方案以及數(shù)據(jù)處理流程。答案與解析：系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計：1.數(shù)據(jù)采集層：使用Flume或Kafka采集數(shù)據(jù)，部署在多地域。2.數(shù)據(jù)存儲層：使用HDFS存儲原始數(shù)據(jù)，使用HBase存儲結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。3.數(shù)據(jù)處理層：使用SparkStreaming或Flink進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)處理。4.數(shù)據(jù)計算層：使用Spark或Flink進(jìn)行批處理計算。5.數(shù)據(jù)展示層：使用Elasticsearch或ClickHouse存儲計算結(jié)果，提供實(shí)時查詢。6.監(jiān)控告警系統(tǒng)：集成Prometheus和Grafana進(jìn)行監(jiān)控，使用Alertmanager進(jìn)行告警。關(guān)鍵技術(shù)選型：1.數(shù)據(jù)采集：使用Flume采集日志數(shù)據(jù)，使用Kafka采集業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。2.數(shù)據(jù)清洗：使用SparkStreaming進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，去除無效數(shù)據(jù)。3.數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：使用Flink進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式。4.實(shí)時計算：使用SparkStreaming或Flink進(jìn)行實(shí)時計算，支持窗口計算和事件時間處理。數(shù)據(jù)存儲方案：1.原始數(shù)據(jù)：使用HDFS存儲原始數(shù)據(jù)，支持海量數(shù)據(jù)存儲。2.結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)：使用HBase存儲結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，支持快速讀寫。3.計算結(jié)果：使用Elasticsearch存儲實(shí)時查詢結(jié)果，使用ClickHouse存儲分析結(jié)果。數(shù)據(jù)處理流程：1.數(shù)據(jù)采集：使用Flume或Kafka采集數(shù)據(jù)，設(shè)置合適的緩沖時間和重試機(jī)制。2.數(shù)據(jù)清洗：使用SparkStreaming進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，去除無效數(shù)據(jù)和重復(fù)數(shù)據(jù)。3.數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：使用Flink進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式。4.實(shí)時計算：使用SparkStreaming或Flink進(jìn)行實(shí)時計算，支持窗口計算和事件時間處理。5.數(shù)據(jù)存儲：將計算結(jié)果存儲到Elasticsearch或ClickHouse，支持實(shí)時查詢。6.數(shù)據(jù)展示：使用Kibana或Grafana進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化，提供實(shí)時監(jiān)控。5.設(shè)計一個支持多租戶的云資源管理系統(tǒng)（20分）題目要求：設(shè)計一個支持多租戶的云資源管理系統(tǒng)，要求系統(tǒng)能夠管理百萬級用戶和TB級別的資源，支持資源隔離和租戶計費(fèi)。請?jiān)敿?xì)說明系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、關(guān)鍵技術(shù)選型、數(shù)據(jù)存儲方案以及資源隔離策略。答案與解析：系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計：1.接入層：使用Nginx或HAProxy進(jìn)行流量分發(fā)，部署在多地域負(fù)載均衡。2.認(rèn)證鑒權(quán)服務(wù)：使用JWT或OAuth2.0進(jìn)行用戶認(rèn)證，支持分布式會話管理。3.資源管理服務(wù)：采用微服務(wù)架構(gòu)，每個服務(wù)實(shí)例負(fù)責(zé)管理一部分資源。4.資源隔離服務(wù)：使用虛擬化技術(shù)或容器化技術(shù)實(shí)現(xiàn)資源隔離。5.計費(fèi)服務(wù)：使用分布式賬單系統(tǒng)，支持按資源使用量計費(fèi)。6.監(jiān)控告警系統(tǒng)：集成Prometheus和Grafana進(jìn)行監(jiān)控，使用Alertmanager進(jìn)行告警。關(guān)鍵技術(shù)選型：1.多租戶架構(gòu)：使用租戶ID隔離租戶數(shù)據(jù)，使用資源池管理資源。2.資源隔離：使用虛擬化技術(shù)（如KVM）或容器化技術(shù)（如Docker）實(shí)現(xiàn)資源隔離。3.計費(fèi)系統(tǒng)：使用分布式賬單系統(tǒng)，支持按資源使用量計費(fèi)。4.資源調(diào)度：使用Kubernetes進(jìn)行資源調(diào)度，支持自動擴(kuò)縮容。數(shù)據(jù)存儲方案：1.租戶數(shù)據(jù)：使用分布式數(shù)據(jù)庫（如TiDB或CockroachDB）存儲租戶數(shù)據(jù)，支持多租戶隔離。2.資源數(shù)據(jù)：使用分布式數(shù)據(jù)庫存儲資源數(shù)據(jù)，支持高并發(fā)讀寫。3.計費(fèi)數(shù)據(jù)：使用分布式賬單系統(tǒng)存儲計費(fèi)數(shù)據(jù)，支持按資源使用量計費(fèi)。資源隔離策略：1.數(shù)據(jù)隔離：使用租戶ID隔離租戶數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)安全。2.資源隔離：使用虛擬化技術(shù)或容器化技術(shù)實(shí)現(xiàn)資源隔離，保證資源安全。3.網(wǎng)絡(luò)隔離：使用VPC或VLAN實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)隔離，保證網(wǎng)絡(luò)安全。4.訪問控制：使用RBAC（基于角色的訪問控制）實(shí)現(xiàn)訪問控制，保證權(quán)限安全。二、架構(gòu)設(shè)計題（共3題，每題30分）1.設(shè)計一個支持全球用戶的分布式文件存儲系統(tǒng)（30分）題目要求：設(shè)計一個支持全球用戶的分布式文件存儲系統(tǒng)，要求系統(tǒng)能夠支持TB級別的文件存儲和高速訪問，支持多地域同步和文件版本控制。請?jiān)敿?xì)說明系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、關(guān)鍵技術(shù)選型、數(shù)據(jù)存儲方案以及數(shù)據(jù)一致性保證機(jī)制。答案與解析：系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計：1.接入層：使用負(fù)載均衡服務(wù)（如阿里云SLB或AWSELB）分發(fā)請求到各個區(qū)域的網(wǎng)關(guān)。2.網(wǎng)關(guān)服務(wù)：使用無狀態(tài)的API網(wǎng)關(guān)（如Kong或AWSAPIGateway），負(fù)責(zé)路由轉(zhuǎn)發(fā)、認(rèn)證授權(quán)和限流熔斷。3.元數(shù)據(jù)服務(wù)：使用分布式數(shù)據(jù)庫（如TiDB或CockroachDB）存儲文件元數(shù)據(jù)，支持高并發(fā)讀寫。4.分布式存儲服務(wù)：使用對象存儲服務(wù)（如COS或S3）存儲文件數(shù)據(jù)，支持多地域部署。5.同步服務(wù)：使用分布式消息隊(duì)列（如Kafka或RabbitMQ）同步文件數(shù)據(jù)到各個區(qū)域。6.版本控制服務(wù)：使用分布式數(shù)據(jù)庫存儲文件版本信息，支持版本回滾。7.監(jiān)控告警系統(tǒng)：集成Prometheus和Grafana進(jìn)行監(jiān)控，使用Alertmanager進(jìn)行告警。關(guān)鍵技術(shù)選型：1.分布式存儲：使用對象存儲服務(wù)（如COS或S3）存儲文件數(shù)據(jù)，支持高并發(fā)訪問。2.元數(shù)據(jù)管理：使用分布式數(shù)據(jù)庫（如TiDB或CockroachDB）存儲文件元數(shù)據(jù)，支持高并發(fā)讀寫。3.數(shù)據(jù)同步：使用分布式消息隊(duì)列（如Kafka或RabbitMQ）同步文件數(shù)據(jù)到各個區(qū)域。4.版本控制：使用分布式數(shù)據(jù)庫存儲文件版本信息，支持版本回滾。數(shù)據(jù)存儲方案：1.文件數(shù)據(jù)：使用對象存儲服務(wù)（如COS或S3）存儲文件數(shù)據(jù)，支持高并發(fā)訪問。2.元數(shù)據(jù)：使用分布式數(shù)據(jù)庫存儲文件元數(shù)據(jù)，支持高并發(fā)讀寫。3.版本信息：使用分布式數(shù)據(jù)庫存儲文件版本信息，支持版本回滾。數(shù)據(jù)一致性保證機(jī)制：1.分布式鎖：在文件操作過程中使用分布式鎖，保證文件操作的原子性。2.消息隊(duì)列：使用分布式消息隊(duì)列同步文件數(shù)據(jù)到各個區(qū)域，保證數(shù)據(jù)一致性。3.最終一致性：通過消息隊(duì)列保證系統(tǒng)最終一致性，設(shè)置合理的超時時間。4.數(shù)據(jù)校驗(yàn)：使用校驗(yàn)和（如CRC32）校驗(yàn)文件數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)完整性。2.設(shè)計一個支持海量用戶的社交關(guān)系系統(tǒng)（30分）題目要求：設(shè)計一個支持海量用戶的社交關(guān)系系統(tǒng)，要求系統(tǒng)能夠支持億級用戶和實(shí)時關(guān)系更新，支持關(guān)系推薦和關(guān)系查詢。請?jiān)敿?xì)說明系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、關(guān)鍵技術(shù)選型、數(shù)據(jù)存儲方案以及關(guān)系一致性保證機(jī)制。答案與解析：系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計：1.接入層：使用負(fù)載均衡服務(wù)（如阿里云SLB或AWSELB）分發(fā)請求到各個區(qū)域的網(wǎng)關(guān)。2.認(rèn)證鑒權(quán)服務(wù)：使用JWT或OAuth2.0進(jìn)行用戶認(rèn)證，支持分布式會話管理。3.關(guān)系服務(wù)：采用微服務(wù)架構(gòu)，每個服務(wù)實(shí)例負(fù)責(zé)處理一部分用戶關(guān)系。4.關(guān)系存儲服務(wù)：使用分布式數(shù)據(jù)庫（如TiDB或CockroachDB）存儲關(guān)系數(shù)據(jù)。5.關(guān)系索引服務(wù)：使用Elasticsearch建立關(guān)系全文索引，支持快速查詢。6.推薦服務(wù)：使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法（如協(xié)同過濾）進(jìn)行關(guān)系推薦。7.監(jiān)控告警系統(tǒng)：集成Prometheus和Grafana進(jìn)行監(jiān)控，使用Alertmanager進(jìn)行告警。關(guān)鍵技術(shù)選型：1.關(guān)系存儲：使用分布式數(shù)據(jù)庫（如TiDB或CockroachDB）存儲關(guān)系數(shù)據(jù)，支持高并發(fā)讀寫。2.關(guān)系索引：使用Elasticsearch建立關(guān)系全文索引，支持快速查詢。3.關(guān)系推薦：使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法（如協(xié)同過濾）進(jìn)行關(guān)系推薦。4.關(guān)系同步：使用分布式消息隊(duì)列（如Kafka或RabbitMQ）同步關(guān)系數(shù)據(jù)到各個區(qū)域。數(shù)據(jù)存儲方案：1.關(guān)系數(shù)據(jù)：使用分布式數(shù)據(jù)庫存儲關(guān)系數(shù)據(jù)，支持高并發(fā)讀寫。2.關(guān)系索引：使用Elasticsearch建立關(guān)系全文索引，支持快速查詢。3.推薦數(shù)據(jù)：使用分布式數(shù)據(jù)庫存儲推薦數(shù)據(jù)，支持高并發(fā)讀寫。關(guān)系一致性保證機(jī)制：1.分布式鎖：在關(guān)系操作過程中使用分布式鎖，保證關(guān)系操作的原子性。2.消息隊(duì)列：使用分布式消息隊(duì)列同步關(guān)系數(shù)據(jù)到各個區(qū)域，保證數(shù)據(jù)一致性。3.最終一致性：通過消息隊(duì)列保證系統(tǒng)最終一致性，設(shè)置合理的超時時間。4.數(shù)據(jù)校驗(yàn)：使用校驗(yàn)和（如CRC32）校驗(yàn)關(guān)系數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)完整性。3.設(shè)計一個支持全球用戶的電商推薦系統(tǒng)（30分）題目要求：設(shè)計一個支持全球用戶的電商推薦系統(tǒng)，要求系統(tǒng)能夠支持億級用戶和實(shí)時推薦更新，支持個性化推薦和熱門推薦。請?jiān)敿?xì)說明系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、關(guān)鍵技術(shù)選型、數(shù)據(jù)存儲方案以及推薦一致性保證機(jī)制。答案與解析：系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計：1.接入層：使用負(fù)載均衡服務(wù)（如阿里云SLB或AWSELB）分發(fā)請求到各個區(qū)域的網(wǎng)關(guān)。2.認(rèn)證鑒權(quán)服務(wù)：使用JWT或OAuth2.0進(jìn)行用戶認(rèn)證