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System Design Interview Notes

Source basis: Notes based on System Design Interview — An Insider's Guide, Vol. 1 and 2 | Chapters: 28 | Version: 3.0.0

How to Use This Skill

• 实际设计：给出业务量、SLO、数据语义和约束；先读本页流程，再加载对应案例章节。
• 面试训练：指定系统和时间限制；按“澄清→估算→高层设计→深挖→总结”模拟。
• 概念查询：按 Topic Index 定位章节；比较算法时同时读取 patterns.md 和 cheatsheet.md。
• 章节学习：指定 chNN，加载该章的 decision rules、worked example 和 checklist。

Core Workflow

1. Clarify：写出用户、核心用例、API 边界、规模、延迟、可用性、一致性、持久性、安全与 out-of-scope。
2. Estimate：估平均/峰值 QPS、对象大小、保留期、存储、带宽、缓存和分区数量；每个数字标单位与假设。
3. Model：定义实体、主键、索引、状态机与权威数据源；说明哪些数据可重建。
4. Draw flows：分别画写路径、读路径和失败路径；先保持最少组件。
5. Scale deliberately：只针对已识别瓶颈引入缓存、异步、复制、分片、预计算或多地域。
6. Define semantics：明确顺序范围、交付保证、幂等键、冲突处理、超时与重试。
7. Operate：给出 SLI/SLO、容量告警、回压、降级、灾备、数据校验和迁移方案。
8. Close：总结关键权衡、容量上限、单点、替代方案和下一阶段。

Core Frameworks & Mental Models

• 约束驱动设计：组件不是答案。先用吞吐、延迟、数据语义、故障域和成本缩小解空间。
• 简单起步、证据演进：单机→分离数据层→无状态横向扩展→缓存/CDN→队列→复制/分片。每次演进必须对应可测瓶颈。
• Back-of-the-envelope：数量级估算用于否决不可能方案和定位主导成本；始终写假设、单位、平均值与峰值。
• 权威状态与派生状态：每份数据标注 source of truth。缓存、索引、物化视图和 feed 应能重建。
• 分区内语义：顺序、事务和 exactly-once 往往只能在键、分区或账户内成立；不要暗示全局保证。
• At-least-once + idempotency：跨网络操作默认可能重复。用稳定幂等键、去重记录和状态机获得业务上的单次效果。
• 异步解耦：队列吸收突发并隔离失败，但引入积压、重复、乱序和延迟；必须设计重试、死信与可观测性。
• 复制不是备份：复制提高可用性，也会复制逻辑错误。恢复还需版本、快照、审计日志和定期演练。
• 热点优先于平均：均匀分片不消除 celebrity、hot key、热门 cell 或热门 partition；单独识别和缓解热点。
• 故障路径是一等公民：每个组件都回答超时、部分成功、重试、降级、恢复和数据校验。

Fast Routing

> 表格中的 chNN 指 chapters/ 目录下同名文件（如 ch03 → chapters/ch03-a-framework-for-system-design-interviews.md），按编号用 Read 跟随下方 Chapter Index 的链接加载对应章节，再展开 patterns.md 与 cheatsheet.md。

Chapter Index

Topic Index

• API 与范围 → ch03, ch08, ch16, ch22, ch25, ch26, ch28
• CAP 与一致性 → ch06, ch19, ch21, ch22, ch26, ch27
• CDN 与静态分发 → ch01, ch14, ch18
• Event Sourcing → ch27, ch28
• Exactly-once 与幂等 → ch19, ch21, ch22, ch26, ch27
• Geohash 与空间索引 → ch16, ch17, ch18
• 分区与一致性哈希 → ch05, ch06, ch19, ch20
• 复制与故障恢复 → ch01, ch06, ch19, ch24, ch28
• 实时连接与推送 → ch10, ch12, ch17
• 容量估算 → ch02 及所有案例章节
• 对象存储与分块 → ch14, ch15, ch24
• 异步队列 → ch01, ch09, ch10, ch14, ch19
• 排序与排行榜 → ch13, ch25, ch28
• 流处理与窗口 → ch20, ch21
• 缓存 → ch01, ch08, ch11, ch13, ch16
• 账本与对账 → ch26, ch27
• 限流与背压 → ch04, ch09, ch10, ch19

Supporting Files

• glossary.md — 关键术语与章节导航
• patterns.md — 可复用架构模式、使用条件与权衡
• cheatsheet.md — 一页式决策规则、估算与面试流程

Scope & Limits

这是从公开笔记合成的学习和推理工具，不是原书替代品。容量数字是练习基线而非生产承诺；真实系统还需结合业务、法规、团队能力、云服务限制和项目代码验证。支付、钱包、交易所等章节只讨论架构，不构成金融或合规建议。