破解亚马逊系统设计面试：热门问题及答案

当我和亚马逊的朋友们聊天时，我忍不住希望自己能有机会加入他们的面试团队。我之前在 Meta 和微软都有过系统设计面试的经历，但亚马逊的做法完全不同。也就是说，领导力原则在他们的候选人评估中扮演着尤为重要的角色（我个人非常尊重这一点）。

如果您即将参加亚马逊的系统设计面试，那么充分准备并了解面试内容至关重要。今天我将讨论系统设计的概念、策略、常见的系统设计问题以及如何在亚马逊的系统设计面试中展现领导力原则。

让我们开始吧。

亚马逊系统设计面试的基础知识

这次面试的核心目的是评估您设计系统的方法、设计过程中的批判性思维和创造力、选择组件背后的原因以及您根据需求改进系统的能力。

你会被问到什么

系统设计问题比较模糊且开放。它们可以促使你设计一系列从简单到复杂的大型系统。

亚马逊上一些常见的系统设计问题包括：

如何设计停车场系统
如何设计网络爬虫
如何为亚马逊的 Kindle 设计支付系统
如何设计速率限制器
如何设计类似 Amazon Prime 的视频流服务
如何为亚马逊等电子商务网站设计系统

每种设计都需要不同的设计选择，具体取决于问题的约束和要求。当你被问到比较宽泛的问题时，你应该向面试官提出一些澄清性的问题，以便充分理解你所提出问题的细微差别。

您的期望是什么

亚马逊的面试官并不要求你拥有处理大型系统的经验。但他们确实希望你了解系统设计的基础知识，并能够利用这些知识来设计一个可扩展的系统。

由于给定问题可能存在多种解决方案，因此，对于面试官来说，看到你完成设计时的合理思考过程比看到单一解决方案本身更为重要。系统设计面试并非埋头苦干；你需要清晰地沟通并解释你决策背后的原因。

除此之外，你还需要在规定的时间内（不超过45分钟）提出设计问题的解决方案。为了在正确的时间范围内达到所有目标，制定一个自信的策略（甚至一个便捷的框架）至关重要。

亚马逊的独特之处在于，即使在系统设计面试中，展现领导力原则也是他们的首要任务。你有机会通过面试来展现这些原则。例如：

慷慨地接受反馈表明赢得信任
讨论如何改进您的设计显示坚持最高标准提供更深入的讨论组件显示深入探讨现在让我们讨论如何准备亚马逊的系统设计面试。

准备亚马逊系统设计面试

学习什么

那么您应该学习什么来做好准备呢？

首先，你应该学习系统设计的基本组件或构建块。每个构建块涵盖与特定功能相关的细节，这些功能以后可以构成一个复杂的系统。你可以将它们组合起来，创建任何你想要的大型系统——就像乐高积木一样。你可以先探索一些基本的系统设计概念，这些概念你应该能够在面试中讨论。（本系统设计面试指南涵盖了大部分基本概念。）

接下来，了解您可能需要设计的不同系统的功能性和非功能性需求非常重要。

你应该注意权衡利弊。权衡是指在系统功能上需要做出的妥协。没有一个完美的系统能够满足所有需求，每个设计都必须做出一定的权衡。

最后，你必须通过实践设计实际问题来运用所有这些知识。接下来，让我们讨论一下如何解决任何设计问题。

如何设计大型系统

解决问题的最佳方法是将其分解为更小的子问题，并逐步解决。系统设计问题的最佳解决方案是将其分解为以下步骤：

明确目标。
确定范围。
定义一个高级设计。
从简单开始，然后迭代。
考虑相关的 DSA。
描述权衡。

这是一个很好的开始，但仅仅按照这些步骤来解决问题会很有挑战性。例如，面试官可能会询问详细设计、容量估算、定义数据存储模式、评估需求等等。

我们需要一种更实用、更系统的方法，来解答面试官可能提出的所有问题。我们来讨论一下吧。

系统设计的实用方法

解决系统设计问题没有通用的公式，但在这种情况下，实用的方法会很方便，并帮助您记住解决问题时要遵循的关键步骤。

我们定义了这样一种方法，并将其命名为RESHADED，如下所示：

请记住：我们全面的系统设计课程详细介绍了 RESHADED 方法的基本组件和针对示例设计问题的实施。

让我们讨论一下亚马逊最常见的系统设计问题。我们可以从简单的系统设计问题开始，逐渐过渡到复杂的问题。

亚马逊常见的系统设计问题

如何设计停车场系统

你将设计一个系统，允许用户在停车场预订停车位。用户可以付款确认预订，并在需要时取消停车。我们先从需求开始。

功能要求：

列出停车位：用户应该能够列出适合其车辆类型的停车位。
预留空间：用户可以预留自己想要的空间。
付款：该服务应允许用户支付费用来确认他们的时段。
取消预订：用户应该能够取消他们的预订。

非功能性需求

一致性：系统应该是一致的，以便不允许两个用户同时预订一个时段。
可用性：系统应提供无缝的用户体验。

高层设计

系统应该接受用户的请求，列出可用的停车位。如果用户选择了一个停车位进行预订，系统应该在指定的时间内预留该停车位，并允许用户付款以确认该停车位。确认后，数据应写入数据库。我们还可以使用副本来实现强读取一致性。

权衡

强一致性可能会带来更高的延迟，因为系统需要在付款处理后确保预留。这是因为我们在节点之间引入了一个协调器，例如支付和预留服务，它采用了类似两阶段提交的协议，虽然会引入延迟，但也能确保一致性。

如何设计支付网关

你需要设计一个类似 Stripe 的系统，用于处理用户通过信用卡或借记卡向商家（例如电商商店或停车场系统）进行的支付。该系统能够处理支付并生成收据。

功能要求

付款：系统应允许用户启动付款处理。
用户数据管理：系统应允许用户添加或更新支付信息。
发票：用户应该能够生成发票。
交易详情：交易成功后系统应提供详细信息。

非功能性需求

一致性和数据完整性：系统应提供强大的一致性和事务完整性。
可用性：系统应具有高可用性，以实现无缝的用户体验。它包括故障转移机制、冗余和备份，以便快速恢复。
可扩展性：系统应能够适应不断增长的用户数量和支付方式。
安全性：必须优先考虑安全性，以保护用户的敏感信息。

高层设计

客户端通过商户界面与支付服务进行交互。支付系统将用户和支付信息转发至支付网关，支付网关与风险评估服务进行交互。清算后，支付网关请求发卡银行执行从用户账户到商户账户的交易。交易成功后，支付服务会向用户发送付款收据。

设计迭代

系统流程可以理解，但这种高层设计难以应对日益增长的用户数量。我们应该在系统中引入以下内容：

我们应该使用微服务来执行不同的操作，例如客户管理、发票、交易历史、支付处理、余额等。
我们必须使用发布-订阅服务来促进不同服务之间的通信。
我们应该定义备份和数据复制策略。
负载均衡器应该发挥其作用，平衡所有服务之间的负载。

权衡

使用微服务、备份复制、发布-订阅等技术可以确保可用性和可扩展性，但需要额外成本和开销来单独管理每个服务。此外，由于系统通过支付网关与风险评估机构和发卡银行进行通信，这可能会影响延迟，我们可以承受这种影响，但需要牺牲一致性、数据完整性和可用性。

我们的章节详细讨论了支付系统，以帮助您更好地理解工作流程和权衡。

如何设计亚马逊 Prime 视频

你可能会被要求设计一款流媒体服务，例如 Amazon Prime、YouTube 或 Netflix。由于这三款服务的设计方法相同，因此我们目前将选择 Amazon Prime。

流媒体服务应该存储数千个视频并无缝传输给数百万用户。

功能要求

搜索视频
上传不同格式的视频
流式传输不同质量的视频
处理付款

非功能性需求

可用性：系统应具有高度可用性，以实现无缝的用户体验。
可扩展性：系统应可扩展以支持数百万并发用户的无缝体验。
安全性：由于我们使用付费服务，因此安全性至关重要，只有付费订阅的用户才能使用该服务。此外，我们需要只允许授权用户上传内容。
延迟：传输视频时不应有缓冲时间，或者缓冲时间应为最短缓冲时间。

高层设计

视频文件需要上传到服务，服务会将其通过编码器和转码器转换为不同的格式。我们将格式化的视频和元数据存储在存储空间中，以便进行流式传输。

设计迭代

现在，我们应该重申一下我们的高层设计以满足需求。我们使用 Blob 存储来存储大型视频文件，并使用 SQL 服务器来存储用户和视频的元数据。此外，为了实现低延迟，将视频放置在离用户最近的位置至关重要。为此，我们将视频分发到内容分发网络 (CDN)，以实现低延迟的流媒体播放。

你认为这是完整的设计吗？或者我们可以扩展它吗？搜索和支付功能的集成怎么样？你会如何处理上传更大视频文件的时间？你能想到支持可用性的技术吗？CDN 是否足以实现低延迟？想出一个解决方案，然后探索YouTube 的系统设计来评估你的理解。亚马逊提出的其他关键系统设计问题在软件工程师面试中列出的 14 个热门系统设计问题中进行了探讨，如下所示：

设计聊天服务
设计拼车服务
设计一个 URL 缩短服务
设计社交媒体新闻源
设计社交留言板
设计 Instagram
设计文件共享服务
设计 Google 文档
设计 API 速率限制器
设计一个网络爬虫
设计邻近服务
设计预输入
设计谷歌地图
设计视频流服务

系统设计面试技巧

要在亚马逊系统设计面试中取得成功，请遵循以下一些常见做法：

沟通：务必沟通你的思考过程。面试官可能会认为你的决定是错误的，你应该解释并说明背后的原因。
不要做假设：避免涉及不必要的细节或做出没有合理理由的假设。
实践是成功的关键：成功的关键是清楚地理解基本概念并练习不同的实时设计问题。
从小处着手并不断重复：在寻求解决方案时，始终从小处着手，不断重复，并根据需求不断改进以扩展系统。不要羞于提出澄清问题。
展示领导原则：从“胸怀大志”到“客户至上”，在亚马逊展示这些原则至关重要。

请记住，系统设计面试没有正确或错误的答案，只要你能证明其合理性，每个答案都是正确的。当你深入到详细设计时，凭借你的批判性思维能力，你就能理解是否需要修改先前的设计。你的方法将凸显你根据需求调整和修改设计的能力，并能增加你在亚马逊获得工作的机会。

后续步骤Next steps

要想在系统设计面试中取得好成绩，需要不断练习和深入学习。本指南仅供初学者参考，帮助您掌握系统设计面试的技巧。您需要深入了解更多概念和设计问题，才能为真正的面试做好准备。您可以通过我们的AI 模拟面试进行实践练习，深入了解现实世界中的设计问题。

查看以下资源以阅读和了解分布式系统的基本概念：

面向实践者的分布式系统

此外，为了理解构建块或系统设计组件的概念并解决示例设计问题，以下课程可以提供很大的帮助：

工程师和经理的现代系统设计面试

为了在系统设计过程中顺利完成 API 设计阶段，以下课程充满了有关设计 API 的深入知识：

理解产品架构设计面试

文章来源：https://dev.to/fahimulhaq/cracking-amazon-system-design-interview-top-questions-and-answer-45i1