掌握系统设计：你必须学习的 25 个关键概念

AWS 安全上线！

系统设计可能会让人感觉非常困难——除非你坐下来掌握驱动实际应用的核心概念。这 25 个基础概念构成了 80% 的系统设计面试中会出现的 20% 的知识。一旦你掌握了它们，一切就会变得顺理成章。

1.客户端-服务器架构

每个 Web 应用程序的骨干。您的手机、浏览器或应用程序与服务器通信以请求和检索数据。

2. IP地址和DNS

客户端如何找到服务器。DNS（域名系统）将人类友好的域名转换为机器使用的 IP 地址。

3.代理和反向代理

用于身份屏蔽、负载平衡和智能请求路由，以优化安全性和性能。

4.延迟

数据传输延迟会影响应用速度。对于服务于不同地理位置用户的应用程序来说，延迟尤为重要。

5. HTTP 与 HTTPS

互联网的语言。HTTPS 通过 TLS/SSL 添加加密来增强安全性。

6. API 和 REST

API 促进了客户端和服务器之间的通信。REST（表述性状态转移）是最广泛使用的 API 架构。

7.并发

允许多个任务同时运行，提高系统效率和响应能力。

8. SQL 与 NoSQL

SQL 数据库提供结构化、一致的存储（非常适合金融应用）。NoSQL 数据库提供灵活性和可扩展性（非常适合大数据和实时应用）。

9.垂直扩展

升级单台机器，使其具有更多资源（CPU、RAM）以提高性能。

10.水平扩展

添加多台机器来分散工作负载，增强可靠性和可扩展性。

11.负载均衡器

将传入的请求定向到适当的服务器，防止过载并确保顺利运行。

12.索引

通过启用快速查找来优化数据库查询，类似于书籍索引。

13.复制

创建数据库的只读副本以有效处理增加的流量。

14. 分片

根据特定密钥（例如用户 ID）在多个服务器之间分发数据，从而提高性能和可扩展性。

15.垂直分区

按列划分数据库表，减少不必要的数据扫描，提高效率。

16.缓存

将经常访问的数据存储在内存中，减少数据库查询并提高响应时间。

17. 非规范化

合并数据库表以消除昂贵的 JOIN 操作，从而提高读取性能。

18.CAP定理

分布式系统只能保证三者中的两个：一致性、可用性或分区容忍性。

19. Blob 存储（例如 S3）

针对存储图像、视频和备份等大型非结构化文件进行了优化。

20.CDN（内容分发网络）

将缓存内容分发到全球的服务器，减少延迟并加快全球内容交付。

21. WebSockets

实现实时、双向通信——这对于聊天应用、股票仪表板和在线游戏至关重要。

22. Webhook

允许服务之间的即时更新，通常用于事件驱动的交互，如付款确认。

23. 微服务

将大型应用程序分解为更小的独立服务，使系统更易于扩展和维护。

24. 消息队列

促进服务之间的异步通信，增强可扩展性和容错能力。

25. 速率限制和 API 网关

通过控制请求频率和有效管理 API 流量来防止滥用。

最后的想法

系统设计充满挑战，但一旦你理解了这 25 个关键概念，一切就都变得清晰了。掌握它们不仅能让你做好面试的准备，还能帮助你在实际工作中构建可扩展、高效且健壮的应用程序。立即开始学习，让系统设计成为你的第二天性！