系统架构师面试题及系统设计能力含答案

2026年系统架构师面试题及系统设计能力含答案题型一：分布式系统设计（共3题，每题20分）1.设计一个高并发的短链接生成服务（20分）要求：-支持每秒百万级访问量，URL长度不超过6位-保证URL唯一性和快速生成-提供分布式部署方案，支持水平扩展-说明数据一致性和容灾设计2.设计一个支持千万级用户的实时消息推送系统（20分）要求：-支持离线消息存储和重连机制-提供高可用方案，单点故障不丢失消息-说明如何处理消息积压和延迟问题-对比至少两种消息队列技术（如Kafka/RocketMQ）的优劣3.设计一个分布式事务解决方案（20分）场景：电商订单系统，涉及库存、支付、消息队列三部分要求：-支持2PC和TCC两种模式-说明超时补偿和幂等性设计-提供服务降级和熔断方案题型二：数据库与缓存设计（共2题，每题25分）4.设计一个高并发的秒杀系统数据库表结构（25分）要求：-支持每秒十万笔库存扣减操作-避免超卖问题，说明索引优化方案-结合Redis设计分布式锁，确保数据一致性-提供数据库分库分表方案5.设计一个多地域用户缓存架构（25分）要求：-用户数据（ID、昵称、等级）需在华东、华南、华北三地缓存-缓存失效策略和同步方案-说明缓存雪崩和击穿问题的解决方案-对比RedisCluster和RedisSentinel的适用场景题型三：微服务与云原生设计（共3题，每题25分）6.设计一个分布式配置中心（如Nacos/Consul）（25分）要求：-支持动态刷新配置，不重启服务-提供服务注册与发现功能-说明高可用架构和数据一致性问题-对比Zookeeper的优劣势7.设计一个弹性伸缩的订单服务（25分）场景：大促期间订单量激增，需自动扩容要求：-结合Kubernetes设计自动伸缩方案（HPA+Autoscaler）-说明服务限流和熔断策略（如令牌桶算法）-提供监控告警方案（Prometheus+Grafana）8.设计一个Serverless架构的图片处理服务（25分）要求：-用户上传图片后自动触发转码、缩略图生成等任务-说明函数计算的优势和冷启动问题-提供服务隔离和计费方案（如AWSLambda）题型四：网络安全与运维设计（共2题，每题25分）9.设计一个API网关安全方案（25分）要求：-支持JWT认证和黑名单过滤-说明DDoS攻击防护策略-提供API流量监控和限流方案（如熔断器）10.设计一个日志收集与分析系统（25分）要求：-支持分布式日志接入（如Flume）-提供实时查询和聚合分析（如Elasticsearch）-说明数据加密和脱敏方案（如AES+脱敏规则）答案与解析分布式系统设计1.短链接生成服务设计（20分）答案：-核心架构：-使用分布式Redis集群存储URL映射关系（`short_url:long_url`）-采用雪崩算法生成短码（如62位base62编码：a-z+A-Z+0-9）-前置DNS轮询+负载均衡（如LVS）分发请求-数据一致性：-Redis设置高可用（哨兵模式）+主从同步-生成短链时先占位1秒，避免冲突-扩展方案：-路由表分片（每片处理1000万个短链）-预热缓存热点短链（使用RedisCluster的预分片）解析：雪崩算法通过哈希碰撞降低冲突概率，RedisCluster解决热点问题。分片设计保证单节点负载可控。2.实时消息推送系统设计（20分）答案：-架构：-消息队列（如Kafka）负责解耦，设置3副本+分区（100个）-客户端长连接（WebSocket+心跳检测）+本地缓存-离线消息写入MongoDB，定时重试-高可用：-消息队列开启副本同步，Broker集群（ZooKeeper协调）-消息补偿机制（Redis记录重试次数，超过5次转人工处理）解析：Kafka比RocketMQ更适合高吞吐场景，但RocketMQ支持事务消息。本地缓存可降低队列压力。3.分布式事务解决方案（20分）答案：-2PC方案：-事务协调者（如Atomikos）管理全局事务-第一阶段所有参与者预提交，第二阶段只有一方提交-TCC补偿：-定义Cancel/Confirm接口（如库存预扣减）-使用Redis存储状态，超时自动补偿解析：TCC适合长事务，但代码复杂；2PC性能好但阻塞严重。可结合Seata框架简化。数据库与缓存设计4.秒杀系统数据库设计（25分）答案：-表结构：sqlCREATETABLEseckill(idBIGINTAUTO_INCREMENTPRIMARYKEY,goods_idBIGINTNOTNULL,stockINTNOTNULL,create_timeTIMESTAMPDEFAULTCURRENT_TIMESTAMP,INDEXidx_goods_id(goods_id),INDEXidx_create_time(create_time))ENGINE=InnoDB;-优化：-使用间隙锁+行锁（MySQL8.0）避免超卖-库存预减+Redis分布式锁（Lua脚本原子操作）解析：InnoDB间隙锁解决锁定范围问题，Redis锁保证跨库同步。5.多地域用户缓存架构（25分）答案：-架构：-华东部署RedisCluster，华南/华北部署单机Redis（主从）-使用GeoHash算法计算用户归属地域-同步方案：-通过消息队列（RabbitMQ）触发缓存更新-设置过期时间+延迟双删（先删缓存后删DB）解析：GeoHash可减少跨地域同步压力，双删避免缓存击穿。微服务与云原生设计6.分布式配置中心设计（25分）答案：-架构：-Nacos集群（3节点）+服务注册中心-配置文件热更新（监听`/config`目录）-高可用：-Nacos选举机制（Raft协议）-配置持久化到MySQL（防数据丢失）解析：对比Zookeeper：Nacos支持动态服务发现，但Zookeeper更轻量。7.弹性伸缩的订单服务（25分）答案：-HPA方案：yamlapiVersion:autoscaling/v2beta2kind:HorizontalPodAutoscalermetadata:name:order-hpaspec:scaleTargetRef:apiVersion:apps/v1kind:Deploymentname:order-serviceminReplicas:3maxReplicas:50metrics:-type:Resourceresource:name:cputarget:type:UtilizationaverageUtilization:70-限流：-SpringCloudGateway设置熔断器（Hystrix）-窗口算法（令牌桶）控制请求频率解析：Kubernetes原生HPA可自动调节副本数，但需监控指标。8.Serverless图片处理服务（25分）答案：-架构：-S3存储原始图片，Lambda触发函数（Python/Go）-使用队列（SQS）异步处理任务-优化：-冷启动缓存（Lambda@Edge）-分片处理大文件（断点续传）解析：Serverless适合无状态任务，但需关注函数版本管理。网络安全与运维设计9.API网关安全方案（25分）答案：-认证：yamlOcelot路由配置<RouteDefinition><Match><RoutePattern>api/v1/</RoutePattern><AuthorizationRequirement>BearerToken</AuthorizationRequirement></Match><UseAuthorization><RequiredAuthorization><ClaimType>roles</ClaimType><RequiredClaimValue>admin</RequiredClaimValue></RequiredAuthorization></UseAuthorization></RouteDefinition>-防护：-WAF拦截CC攻击（如Cloudflare）-请求频率限制（基于IP+签名）解析：Ocelot是.NETCore的轻量网关，JWT需带过期时间。10.日