系統設計倒數計時！System Design Primer，助你面試、升級，刻不容緩！

系統設計入門：從零開始打造高擴展性系統 (System Design Primer)

系統設計 (System Design) 是軟體工程領域中一個既重要又充滿挑戰的課題。無論你是想在面試中脫穎而出，還是想提升自己的工程能力，學習系統設計都是不可或缺的一環。但對於許多剛入門的朋友來說，面對浩瀚的知識體系，常常不知從何下手。

這篇文章將以繁體中文，針對台灣讀者，介紹一個非常棒的開源資源：System Design Primer。它能幫助你系統性地學習大型系統設計，並為面試做好準備。

什麼是 System Design Primer？

System Design Primer 是一個 GitHub 上的開源專案，旨在提供一個有組織、持續更新的資源集合，幫助你學習如何以擴展性 (Scalability) 的方式構建系統。 這個專案不只是單純的知識堆砌，更重要的是，它強調 trade-off (權衡) 的概念，讓你在設計系統時，能根據不同的情境和限制，做出最適合的選擇。

• GitHub 專案連結: https://github.com/donnemartin/system-design-primer

為什麼要學習系統設計？

• 提升工程能力： 了解大型系統的設計原則，能讓你寫出更健壯、可擴展性更高的程式碼。
• 面試必備： 系統設計是許多科技公司技術面試的重要環節。
• 解決實際問題： 讓你更有能力參與或主導大型專案的設計與開發。

System Design Primer 適合誰？

• 初學者： 這個專案提供清晰的架構和入門指引，讓你從零開始了解系統設計的核心概念。
• 準備面試者： 專案包含常見的系統設計面試題，以及詳細的解題思路和範例程式碼。
• 資深工程師： 可以作為知識複習和查漏補缺的工具，了解最新的系統設計趨勢。

如何使用 System Design Primer？

System Design Primer 的內容非常豐富，建議你可以按照以下步驟來學習：

1. 入門影片與文章：
   • 擴展性影片講座: 先觀看 Harvard 的 Scalability Lecture 影片，了解垂直擴展、水平擴展、快取、負載平衡、資料庫複製和資料庫分割等基本概念。
   • 擴展性文章: 接著閱讀 Scalability 文章，更深入地了解克隆 (Clones)、資料庫 (Databases)、快取 (Caches) 和非同步 (Asynchronism) 等主題。
2. 了解核心概念：
   • 效能 vs. 擴展性 (Performance vs. Scalability): 了解兩者之間的區別。效能是針對單一用戶的體驗，而擴展性是針對多用戶和高負載的處理能力。
   • 延遲 vs. 吞吐量 (Latency vs. Throughput): 延遲是指完成一個操作所需的時間，而吞吐量是指單位時間內完成的操作數量。在設計系統時，需要在兩者之間取得平衡。
   • 可用性 vs. 一致性 (Availability vs. Consistency): 這是分散式系統設計中的一個重要權衡。根據 CAP 定理，在分散式系統中，你只能同時保證一致性 (Consistency)、可用性 (Availability) 和分割容錯性 (Partition Tolerance) 中的兩項。
3. 深入學習各個主題：
   • 網域名稱系統 (Domain Name System, DNS): 了解 DNS 的運作原理，以及如何使用 DNS 進行流量路由。
   • 內容傳遞網路 (Content Delivery Network, CDN): 學習如何使用 CDN 來加速網站內容的傳輸，提升用戶體驗。
   • 負載平衡器 (Load Balancer): 了解負載平衡器的作用，以及如何使用負載平衡器來分散流量，提高系統的可用性和擴展性。
   • 反向代理 (Reverse Proxy): 學習反向代理的概念，以及如何使用反向代理來提高安全性、快取靜態內容和壓縮伺服器回應。
   • 應用層 (Application Layer): 了解如何將應用程式拆分成微服務 (Microservices)，以及如何使用服務發現 (Service Discovery) 來管理微服務之間的通訊。
   • 資料庫 (Database): 深入學習關聯式資料庫 (RDBMS) 和 NoSQL 資料庫的各種擴展技術，例如主從複製 (Master-Slave Replication)、分片 (Sharding) 和反正規化 (Denormalization)。
   • 快取 (Cache): 學習各種快取策略，例如 Cache-Aside、Write-Through 和 Write-Behind，以及何時更新快取。
   • 非同步 (Asynchronism): 了解如何使用訊息佇列 (Message Queues) 和任務佇列 (Task Queues) 來實現非同步工作流程，提高系統的效能和擴展性。
   • 通訊 (Communication): 學習 TCP、UDP、RPC 和 REST 等通訊協定，以及它們的適用場景。
   • 安全性 (Security): 了解基本的安全原則，例如加密、輸入驗證和最小權限原則。
4. 練習面試題：
   • System Design Primer 提供了許多常見的系統設計面試題，例如設計 Pastebin.com、Twitter timeline 和網路爬蟲等。
   • 針對每個面試題，仔細思考需求、限制和假設，並逐步提出高層次設計、核心元件設計和擴展策略。
5. 閱讀真實世界架構：
   • System Design Primer 收集了許多真實世界系統的架構文章，例如 Google、Facebook、Twitter 和 Netflix 等。
   • 透過閱讀這些文章，你可以了解大型公司如何解決實際問題，並學習它們的設計模式和技術選擇。

個人實作心得

在學習 System Design Primer 的過程中，我發現將理論知識應用到實際專案中非常重要。 我曾經嘗試使用 Docker 和 Kubernetes 搭建一個簡單的微服務架構，並使用 Redis 作為快取和訊息佇列。 雖然過程中遇到不少挑戰，例如服務之間的通訊、資料一致性等問題，但透過不斷地查閱資料和實作，我對系統設計的理解更加深入。

常見問題排除指南

• Q: 我需要了解 System Design Primer 中的所有內容才能準備面試嗎？
  • A: 不需要。 面試內容取決於你的經驗、背景、應徵職位和公司。建議你先了解各個主題的基本概念，然後根據面試的時間長短，選擇性地深入學習某些領域。
• Q: System Design Primer 的內容太多了，我應該從哪裡開始？
  • A: 建議你從擴展性影片講座和文章開始，了解系統設計的基本概念。 然後，你可以根據自己的興趣和需求，選擇性地學習其他主題。
• Q: 我應該如何練習系統設計面試題？
  • A: 仔細思考需求、限制和假設，並逐步提出高層次設計、核心元件設計和擴展策略。 嘗試用圖表來輔助說明你的設計思路，並與其他人討論你的設計方案。

貢獻

System Design Primer 是一個開源專案，歡迎大家貢獻。 你可以透過以下方式參與：

• 修正錯誤
• 改善章節
• 新增章節
• 翻譯內容

結論

System Design Primer 是一個非常棒的系統設計學習資源。 透過系統性地學習和不斷地實作，你就能掌握系統設計的核心概念，並為面試做好準備。 祝你學習順利！

網址驗證:

• https://github.com/donnemartin/system-design-primer (GitHub 專案連結 – 正確)
• https://www.youtube.com/watch?v=-W9F__D3oY4 (擴展性影片講座 – 正確)
• https://web.archive.org/web/20221030091841/http://www.lecloud.net/tagged/scalability/chrono (擴展性文章 – 正確, 使用 Wayback Machine)

參考閱讀

https://github.com/donnemartin/system-design-primer