Java架构师进阶之路——系统设计面试之前需要知道的八件事

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面试准备中最常见的问题是什么？ 我可以立即告诉你：如何准备系统设计面试？

很多人害怕系统设计面试，因为没有一定的模式用于准备，问题相当灵活和不可预测。 另外，系统设计的问题通常是开放式的，没有标准或正确的答案，这使得准备过程更加困难。

我们已经花了整整一个月的时间来编写本指南，在系统设计面试之前告诉你一些你应该知道的事情，同时让你更加无忧无虑，因为系统设计面试并不像许多人想象的那样困难，一定的方式绝对可以帮助你适应它。

一. 系统设计面试中评估什么？

我们都知道，编程面试的重点是候选人的基本知识，所以会测试他的一般技术能力和分析能力。

但是，很少有人能清楚地说出系统设计面试的目的。所以在查看提示之前，最好从面试官的角度来理解系统设计面试。

在系统设计面试中，候选人经常被要求设计一个新的系统来解决一个开放式的问题，比如设计短网址服务。有时候这个问题可能相当普遍，比如你如何为 Youtube 设计推荐系统。

在这个过程中，讨论是核心。候选人更有可能主导对话，并和面试官讨论概要组件，细节，优点和缺点，以及一切。

与编程面试相比，系统设计面试更像软件工程师的日常工作。

面试时，主要评估你的沟通和解决问题的能力。给定一个开放的问题，你如何分析这个问题，你如何一步一步解决问题，你如何解释你的想法并与他人讨论，如何评估你的系统并优化它，是面试官最关心的。

所以让我们看看你能做些什么准备。

二. 亲自做项目

准备系统设计面试的最好方法是始终贯穿真实的项目和实践。很多人提前六个月或一年开始准备过程，这绝对是你的最佳实践。

我们看到的一个共同的模式是，你拥有的实践经验越多，在系统设计面试时就越好。这很容易理解，因为这些系统设计问题都来自现实生活中的产品，而那些从事过许多项目的人往往对这些问题有更好的理解，或者这只是他们之前解决的问题之一。

当被要求设计 Youtube 推荐系统时，它与其他许多推荐系统类似，因为很多概念在这里都很常见，

如果你有推荐经验，或者你已经阅读了一些文章/书籍或者思考过，你至少应该能够提出一些初步的想法。

如果你不知道要做什么，这里给你一些建议：

建立一个小型服务/产品来解决一个真正的问题 在 Github 上贡献开源项目 找到你喜欢的机器学习，网络等主题，并搜索一些你可以使用的项目 真正重要的是去做一些现实生活中的项目。你可能需要很长时间才能看到改进，但是在那个时候，你会注意到面试问题是多么的简单。而且，从长远来看，你将从中受益良多。

三. 熟悉基本知识

我不记得我强调了多少次，但这对于系统设计面试非常重要。由于系统设计问题是开放式的，可能涵盖许多技术领域，这里的基本知识远不止是数据结构和算法。

首先，毫无疑问，你应该非常擅长数据结构和算法。以短网址服务为例，如果你不清楚散列，时间/空间复杂度分析，你将无法提出一个好的解决方案。

通常情况下，在时间和内存效率之间有一个权衡，你必须非常精通大 O 分析才能把所有东西都弄清楚。

还有其他一些你最好熟悉的东西，尽管可能不会在面试中涉及。

• 抽象。系统设计面试是一个非常重要的话题。你应该清楚如何抽象系统，什么是可见的和不可见的其他组件，以及它背后的逻辑是什么。面向对象编程也是很重要的。
• 数据库。你应该清楚关于像关系数据库这样的基本概念。取决于你的水平（应届生或经验丰富的工程师），了解 NoSQL 可能是一个加分项。
• 网络。你应该能够清楚地解释，当你在浏览器中键入gainlo.co时会发生什么。例如应该清楚 DNS 查找和 HTTP。
• 并发。如果你能够识别系统中的并发问题，并告诉面试官如何解决这个问题，那将是非常棒的。有时候这个话题可能很难，但是需要了解一些基本的概念，比如说竞态条件，死锁是底线。
• 操作系统。有时你与面试官的讨论可能会非常深入，这时最好知道操作系统在底层如何工作。
• 机器学习（可选）。你不需要成为专家，但是一些基本的概念，如特征选择，通常 ML 算法的工作方式，最好熟悉它们。
• 请记住，重点在于要求你从头开始学习所有这些东西，这可能需要一年多的时间。真正重要的是每个主题背后的基本概念。例如，如果在面试中不能实现神经网络，那么完全没问题，但是你应该可以用一个句子解释它。

四. 自顶向下和模块化

这是解决系统设计问题的一般策略，也是向面试官解释的方法。最糟糕的情况是总是立即深入，只会把事情弄得一团糟。

相反，从概要想法开始，然后一步一步地弄清细节总是不错的，所以这应该是自顶向下的方法。为什么？因为许多系统设计的问题是非常普遍的，没有大方向就无法解决。

以 Youtube 推荐系统为例。我可能会首先把它分成前端和后端（面试官可能只会要求后端或特定部分，但我会涵盖整个系统让你明白）。对于后端，流程可以分为三步：收集用户数据（如他观看的视频，位置，偏好等），离线流水线生成推荐，并存储数据并提供给前端。然后，我们可以深入每个具体组件。

对于用户数据，我们可以列出我们认为的，与用户可能喜欢的视频相关的功能。对于流水线，我们可以讨论如何训练数据集等。我们可以做得更深入。由于Youtube 拥有巨大的数据集，离线流水线必须运行大量的数据，那么可能会使用 MapReduce 或 Hadoop。

我们可以通过逐层深入来继续这种分析，但我想在这里解释的想法是，你应该总是有一个大方向。

另一个技巧是模块化。就像我上面所说的，最好把系统分成不同的组件，这在现实生活中也是很好的做法。模块化不仅可以使你的设计对你和面试官更清晰，而且使测试更容易。

五. 优点和缺点

系统设计问题通常没有太多的限制。 因此，好的解决方案和不好的解决方案之间没有明确的界限。 在这种情况下，你有责任了解不同情况下的最佳方法。

最常见的权衡是在时间和内存之间。 你可以直接告诉面试官每个解决方案的优缺点，并要求他澄清你有多少内存的限制。

另外被要求优化系统的时候，你也可以把一些常见的约束放在那里，例如，如果你正在为驾照设计一些东西，你可以告诉面试官，假设驾照的最大长度可能是七是合理的， 通过这种方式，你可以将所有驾照存储在内存中，从而可以进一步优化系统。

六. 估计

在做估计时，你最好对数字有很好的感觉，这在实际项目中更为重要。更具体地说，你应该清楚地估计出你的系统或程序会消耗多少内存，运行速度有多快，根据你的估计，你将如何调整你的设计。

如果我们使用驾照的示例，那么当然可以假设内存足以存储所有美国驾照。但是，你首先估计你需要多少内存来存储，这会更令人印象深刻。

为了估计内存的消耗，你应该计算最大长度为七时有多少许可证，以及你将使用哪种数据结构来存储，然后计算出你需要多少内存，这会让你弄清楚，你的想法是否是可行的。

当决定存储介质时，内存当然不是唯一的解决方案。除了将所有内容存储在内存之外，你还可以存储在磁盘中，也可以存储在多台计算机上。最佳方法的选择实际上是估计时间和存储成本的问题。找出执行时间和内存限制的瓶颈，将会让你对整个系统有更清晰的认识。

七. 模拟面试

说实话，由于没有标准的答案，所以你自己练习系统设计面试并不容易。所以建议始终在一些有经验的工程师面前练习它。

而且通过这个过程，你会花大部分时间与面试官沟通和讨论，这是系统设计面试的主要内容。所以简而言之，我们强烈建议你不要自己练习系统设计面试。

像 Gainlo 这样的网站可以让你和谷歌，亚马逊等公司的员工进行模拟面试，这真的很有帮助。

八. 从现有系统中学习

这个方法是我通常建议人们去做的。每当你对某个系统感到好奇时，试着弄清楚这个系统如何设计。你可以先尝试自己设计，然后再和实际设计比较。最重要的是，试着理解为什么这样设计。数据大小，速度要求等一些限制可能迫使系统变成这样。

你也会注意到，即使是同一种系统，不同的公司也可能有完全不同的设计方式。你肯定会从探索它们中学到很多。

总结

系统设计面试非常有趣，因为它更接近现实世界的产品。 准备的关键在于明确面试中的期望，并花费足够的时间和精力处理真正重要的事情。

如果你对系统设计问题没有标准答案感到害怕，你也可以克服它，因为你的答案始终正确。

我希望这篇文章能够让你不必担心系统设计面试，让我知道你对此有何看法。

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