如果你正在准备软件工程师面试，就会面临两个主要挑战：数据结构与算法（DSA）和系统设计。想要通过 FAANG 级别的面试，必须做好系统设计方面的准备，因为这正是大多数人遇到困难的地方。
即使是经验丰富的工程师，也常常在回答”如何设计 WhatsApp 或 YouTube”这类常见问题时感到困难，或者无法清楚地解释 API Gateway 与 Load Balancer、横向扩展与纵向扩展、正向代理与反向代理之间的区别。
回顾我自己学习系统设计的经历，走了不少弯路。我通过阅读博客、Medium 文章、参加课程、观看 YouTube 视频、阅读书籍和白皮书等各种方式学习。
虽然这些方法确实帮助我学会了系统设计，但这显然不是最好或最有条理的学习方式，我不建议其他人这样做，尤其是当你即将面临面试的时候。
如果让我从头开始学习系统设计，我会采用循序渐进的方法，涵盖基本概念、实际应用和权衡取舍。
系统设计一开始可能让人感到不知所措，因为它的范围很广，但如果将它分解成小块来学习，你会惊讶地发现它并没有看起来那么庞大。
顺便说一下，如果你正在准备系统设计面试并想深入学习系统设计，可以看看 ByteByteGo、DesignGuru、Exponent、Educative、bugfree.ai 和 Udemy 这些平台，它们有很多优秀的系统设计课程。
学习系统设计的方法
下面我整理了一个学习框架，重点关注核心概念、构建模块、数据库、权衡取舍和架构模式。
1. 从核心概念开始
系统设计的基础建立在理解可扩展性、可用性和容错性等核心概念之上。这些概念是设计高效、可靠和可扩展系统的基础。
可扩展性：理解纵向扩展与横向扩展的区别，以及何时使用每种方式。
可用性：学习如何设计具有最小停机时间的系统（例如，主主架构与主备架构）。
CAP 定理：探索分布式系统中一致性、可用性和分区容错性之间的权衡。
延迟与吞吐量：掌握低延迟和高吞吐量之间的差异，以及它们如何影响用户体验。
容错性：学习冗余和副本等技术，确保系统在出现故障时仍能继续运行。
💡 学习资源：可以参加 Alex Xu 的 ByteByteGo 或”Grokking the System Design Interview”这样的综合课程，或者阅读 Netflix 和 Google 等公司的真实案例研究，了解他们如何实现这些概念。
2. 掌握系统设计的构建模块
一旦基础概念清晰，就要关注构成系统设计骨干的构建模块。
内容分发网络（CDN）：了解 CDN 如何通过将内容缓存到离用户更近的位置来降低延迟。
负载均衡：理解轮询、最少连接和 IP 哈希等负载均衡算法。
缓存：深入研究缓存策略、缓存淘汰策略和分布式缓存。
消息队列：探索队列如何解耦系统并实现异步通信。
熔断器：学习它们如何防止分布式系统中的级联故障。
API 网关：了解其在管理 API、限流和处理跨域资源共享（CORS）中的作用。
💡 实践建议：观看面向面试的系统设计课程，如”Grokking Modern System Design for Software Engineers & Managers”，或者构建一个小项目（例如聊天应用），看看负载均衡、缓存和 API 网关如何协同工作。
3. 深入了解数据库
数据库是每个系统的核心。知道如何选择和设计数据库至关重要。
SQL 与 NoSQL：理解两者的区别以及何时使用。
数据库索引：学习索引如何加快查询性能。
数据库分片：探索跨多个节点分布数据的策略。
副本与扩展：理解如何复制数据库以提高可用性，以及如何扩展以提高性能。
ACID 事务：学习原子性、一致性、隔离性和持久性的重要性。
💡 练习题：为大型电商应用设计一个模式，并尝试分片和副本，也可以查看 DesignGurus.io 上的 Grokking the Advanced System Design 课程，获取更多此类主题。
4. 理解关键权衡
系统设计通常涉及权衡取舍。学会评估它们对于构建高效系统至关重要。
强一致性与最终一致性：研究每种情况对银行系统和社交媒体等真实应用的影响。
同步与异步通信：理解何时使用同步 API 和异步队列。
批处理与流处理：学习 Apache Hadoop（批处理）和 Apache Kafka（流处理）等系统之间的区别。
有状态与无状态设计：探索无状态系统如何更好地扩展，以及为什么有状态系统在某些情况下仍然必不可少。
💡 实际案例：分析设计 API 时 REST 和 gRPC 之间的权衡。ByteByteGo 用很好的图表解释了这类概念。
5. 学习系统设计架构模式
架构模式为设计系统提供了蓝图。它们指导组件如何交互和扩展。
客户端-服务器架构：学习基本的两层架构及其局限性。
微服务架构：理解如何将单体应用拆分为更小的、可独立部署的服务。
无服务器架构：探索使用 AWS Lambda 或 Azure Functions 的事件驱动架构。
事件驱动架构：学习事件如何驱动电商和物联网等系统中的工作流程。
点对点（P2P）架构：研究像 BitTorrent 或区块链这样的去中心化系统。
💡 项目创意：使用事件驱动和微服务架构的组合设计一个类似 Uber 的系统。你可以在 codemia.io 上练习此类问题，这是一个很好的系统设计练习平台。
6. 动手实践学习
掌握系统设计的最佳方式是构建真实系统。从小处开始，逐步增加设计的复杂性。
基础项目：设计一个 URL 缩短服务（学习哈希、数据库和可扩展性）。
中级项目：构建一个类似 Twitter 的应用（探索 API 设计、限流和缓存）。
高级项目：设计一个网约车服务（专注于基于位置的系统、分布式数据库和容错性）。
💡 模拟面试：在 Pramp、Designgurus.io 或 InterviewKickStart 等平台上与同行进行系统设计面试，以增强信心。
7. 学习真实世界的系统
研究 Netflix、Facebook 和 Google Drive 等系统的架构。分析它们如何应对扩展、高可用性和容错性等挑战。
💡 学习资源：查看 ByteByteGo、Tech Dummies 和 System Design Simplified 等 YouTube 频道，了解真实架构的详细分析。
8. 使用结构化学习资源
最后，通过精选的课程、书籍和博客来补充你的学习。
书籍：Martin Kleppmann 的《Designing Data-Intensive Applications》或 Alex Xu 的《System Design Interview Inside Guide》
课程：Alex Xu 的 ByteByteGo 或 Exponent 的系统设计课程
博客：查看 Medium、GitHub 和 Educative.io 等教育平台上的文章。
总结
如果让我重新开始，我会优先理解基本概念，掌握核心构建模块，并通过实践项目学习。系统设计既需要实践，也需要理论。
通过构建、分析和实验，你将培养出自信应对复杂设计问题所需的直觉。
你学习系统设计的方法是什么？欢迎在评论中分享你的想法！
附：你还可以在 Codemia.io 和 Bugfree.ai 等平台上练习系统设计问题，这两个平台就像系统设计领域的 LeetCode，极大地帮助我提升了对设计分布式系统的知识和理解。