python系统设计

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什么是系统设计？

  • 系统设计是一个定义系统架构，模块，接口和数据满足特定需求的过程
  • 比如设计一个短网址服务，评论服务，Feed流服务，抢红包系统
  • 微服务架构有很多系统被按照业务拆分，需要单独设计系统服务

系统设计

  • 需要具备相关领域，算法的经验，有一定架构设计能力
  • 熟悉后端计数组件，比如 消息队列 缓存 数据库 框架
  • 具备文档撰写，流程图绘制，架构设计，编码实现等功能

系统设计三大要素

  • 使用场景和限制条件
  • 数据存储设计
  • 算法模块设计

按照三要素来回答

  • 问面试官：什么场景和条件下使用
    • 这个系统是什么地方使用的，比如短网址系统提供给各站各种服务生成短网址
    • 限制条件：用过估计多少，至少能支撑多少用户
    • 估算qps ： 峰值的qps（每秒请求量多少）是多少。平均qps是多少
  • 数据存储设计
    • 数据库的选型
    • 按需求设计表，需要那些字段，使用什么数据类型，数据增长规模
    • 数据库选型：是否需要持久化，使用关系型还是Nosql
    • 如何优化？如何设计索引？是否可以使用缓存
  • 算法模块的设计
    • 算法是解决问题的核心， 程序=算法+数据结构 系统=服务+存储
    • 需要那些接口，接口如何设计
    • 使用什么算法或者模型
    • 不同实现方式之间的优劣对比，如何取舍

扩展问题

  • 用户多了，qps高了如何处理
  • 数据存储多了不够存了如何处理
  • 故障如何处理？单点失败，多点失败，雪崩问题

如何设计短网址系统设计与实现？

问题
  • 什么是短网址服务？包含那些功能
  • 短网址系统的存储设计，需要那些字段
  • 如何设计算法生成短网址
什么是短网址服务？
  • 把一个长网址转换短网址的服务
  • 比如：https://bitly.com/
  • 转换之后网址的后缀不超过7位（字符或者数字）
场景和限制：提供短网址服务为公司其他各业务服务
  • 功能：一个长网址转换为短网址
  • 要求短网址的后缀不超过7位
  • 预估峰值插入请求数量级数百，查询量级上千
数据库存储设计
  • 根据需求设计数据存储方式
  • 使用mysql即可满足
  • 需要的字段有那些？
    • id
    • token （索引）
    • url（原网址）
    • create add
算法实现设计

设计两个API： long2short_url（把长URL转换为短url）, short2long_url（拿短url获取长url）

  • 1.md5摘要算法，取前7个字符，但是冲突
  • 2.类似于62进制数字，进制0，1，十六进制 0-9 a-f
  • 自增序列算法
    • 自增id 需要一个计数器 redis incr

mysql 建表语句

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create table short_url(
    id bigint unsigned not null auto_increment,
    token varchar(10),
    url varchar(2048),
    create_at timestamp not null default current_timestamp,
    primary key(`id`),
    key `idx_token` (`token`)
);

练习

如何设计一个秒杀系统？

  • 难点：如何应对高并发用户请求
  • 什么是秒杀系统？你有没有用过
  • 如何根据三要素来设计
  • 秒杀系统涉及的后端组件

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