系统架构师面试题集系统设计与性能优化

2026年系统架构师面试题集：系统设计与性能优化一、系统设计题（共5题，每题20分）1.设计一个高并发的短链接系统（20分）背景：假设你要设计一个类似tinyURL的短链接系统，要求支持高并发访问（QPS>10万），且需要具备快速跳转、分布式部署、防盗链、链路失效重定向等功能。请详细说明系统架构设计思路，包括数据存储方案、服务拆分、缓存策略、负载均衡方案以及链路监控等。2.设计一个支持百万级用户的实时消息推送系统（20分）背景：设计一个类似微信或钉钉的实时消息推送系统，要求支持百万级在线用户，消息延迟<1秒，支持离线消息存储、消息优先级、消息撤回等功能。请说明系统架构设计，包括消息队列选型、存储方案、推送策略、容灾设计等。3.设计一个分布式事务处理系统（20分）背景：某电商平台需要支持跨多个数据库（订单、库存、支付）的分布式事务，要求事务成功率>99.9%，且具备高性能、低延迟的特点。请设计系统架构，包括事务协调方案、补偿机制、超时处理、监控告警等。4.设计一个全球分布式CDN加速系统（20分）背景：设计一个支持全球用户的CDN加速系统，要求缓存命中率>90%，延迟<100ms，且能应对突发流量。请说明架构设计，包括节点布局、缓存策略、动态路由、缓存预热、流量调度等。5.设计一个高可用的分布式存储系统（20分）背景：设计一个类似HDFS的分布式存储系统，要求支持高并发读写、数据冗余、自动故障转移。请说明系统架构，包括数据分片方案、副本管理、元数据存储、一致性协议等。二、性能优化题（共5题，每题20分）1.优化一个高并发API的响应时间（20分）场景：某电商API在促销活动期间（QPS>5万）响应时间飙升至500ms，请分析可能的原因并提出优化方案，包括SQL优化、缓存策略、异步处理、代码优化等。2.优化一个分布式缓存的命中率（20分）场景：某系统使用Redis作为分布式缓存，命中率从90%下降到60%，请分析原因并提出优化方案，包括缓存预热、缓存雪崩、缓存穿透、分布式锁优化等。3.优化一个JVM内存溢出问题（20分）场景：某系统出现`OutOfMemoryError`，HeapDump分析显示GCRoots无法回收，请分析可能的原因并提出优化方案，包括JVM参数调优、代码优化、分代收集策略等。4.优化一个分布式队列的延迟（20分）场景：某系统使用Kafka作为分布式队列，消息积压导致延迟增加，请分析原因并提出优化方案，包括分区数调整、消息批处理、消费者优化等。5.优化一个微服务架构的调用链路（20分）场景：某微服务架构的调用链路过长导致响应时间增加，请分析原因并提出优化方案，包括服务降级、本地缓存、异步化改造、API网关优化等。三、行业与地域特定题（共5题，每题20分）1.设计一个支持多语言、多时区的全球订单系统（20分）背景：某跨国电商需要支持全球用户，订单系统需要处理多货币、多语言、多时区问题，请设计系统架构，包括时区处理、货币转换、本地化存储、国际物流对接等。2.设计一个符合中国金融监管要求的分布式交易系统（20分）背景：设计一个支持秒级结算的金融交易系统，要求符合中国《网络安全法》《数据安全法》等监管要求，请说明系统架构、数据加密、日志审计、容灾设计等。3.设计一个支持北斗/GNSS的物流追踪系统（20分）背景：设计一个支持中国北斗/GNSS定位的物流追踪系统，要求定位精度<5米，实时更新轨迹，请说明系统架构、数据同步、高并发处理、低功耗优化等。4.设计一个支持非洲低带宽环境的移动支付系统（20分）背景：设计一个适配非洲低带宽、高延迟环境的移动支付系统，要求支持离线支付、小额高频交易，请说明系统架构、数据压缩、离线同步、安全性设计等。5.设计一个符合欧盟GDPR要求的云存储服务（20分）背景：设计一个支持欧盟GDPR数据隐私要求的云存储服务，要求用户数据本地化存储、跨境传输加密、用户自主删除功能，请说明系统架构、合规性设计、数据隔离等。答案与解析1.高并发短链接系统设计（20分）答案：-数据存储：使用Redis存储短链接与长链接的映射关系（缓存热点数据），分布式数据库（如TiDB）存储全部映射关系，支持分片和索引。-服务拆分：将服务拆分为URL生成、URL解析、API网关、缓存服务、分布式存储等模块，使用微服务架构。-缓存策略：采用多级缓存（本地缓存+分布式缓存），设置合理的过期时间，使用布隆过滤器防止缓存穿透。-负载均衡：使用Nginx+LVS进行流量分发，结合RequestHash保证会话一致性。-链路监控：使用Prometheus+Grafana监控QPS、延迟、错误率，使用SkyWalking进行链路追踪。2.实时消息推送系统设计（20分）答案：-消息队列：使用Pulsar或Kafka，分区数>=1000，支持毫秒级消息投递。-存储方案：将离线消息存储在HBase或RocksDB，支持快速查询和更新。-推送策略：采用长连接（WebSocket）+短轮询混合模式，优先级消息使用单独分区。-容灾设计：消息副本数>=3，跨区域部署，使用Raft协议保证消息一致性。3.分布式事务处理系统设计（20分）答案：-事务协调：使用2PC或TCC模式，结合Seata框架实现分布式事务。-补偿机制：使用本地消息表+定时任务补偿，或分布式事务框架的补偿接口。-超时处理：设置事务超时时间，超时自动回滚，并记录补偿任务。-监控告警：使用Zabbix+ELK监控事务成功率，告警阈值设为<0.1%。4.全球分布式CDN加速系统设计（20分）答案：-节点布局：在北美、欧洲、亚太、非洲部署边缘节点，使用BGP动态路由。-缓存策略：采用CDN缓存+本地缓存+动态缓存（如图片自适应），缓存预热使用Lambda函数。-流量调度：使用Anycast技术实现就近访问，结合AI动态调度算法优化路径。5.高可用分布式存储系统设计（20分）答案：-数据分片：使用CRC32哈希分片，每个分片3个副本，存储在不同机房。-副本管理：使用Paxos/Raft协议保证副本一致性，定期检测副本存活。-元数据存储：将元数据存储在分布式数据库（如TiKV），支持高并发读写。6.高并发API响应时间优化（20分）答案：-SQL优化：添加索引、分库分表、异步查询，使用Redis缓存热点SQL结果。-缓存策略：设置合理的缓存过期时间，使用缓存穿透解决方案（如布隆过滤器）。-异步处理：将非核心业务（如日志写入）异步化，使用Kafka或MQ处理。7.分布式缓存命中率优化（20分）答案：-缓存预热：使用定时任务预加载热点数据，避免缓存雪崩。-缓存雪崩：设置缓存过期时间范围（如5-10s），使用随机过期时间。-分布式锁：使用Redis分布式锁避免缓存击穿，锁过期时间略长于缓存。8.JVM内存溢出问题优化（20分）答案：-GCRoots分析：检查长生命周期对象、静态变量、线程Local缓存。-JVM参数调优：增加堆内存（如-XX:MaxHeapSize=8g），使用G1GC算法。-代码优化：避免内存泄漏（如Map未清理、监听器未移除）。9.分布式队列延迟优化（20分）答案：-分区数调整：增加分区数（如1000+），每个分区分配独立消费者。-消息批处理：消费者批量处理消息（如100条/次），减少网络开销。-异步消费：使用线程池或Fork/Join框架异步处理消息。10.微服务调用链路优化（20分）答案：-服务降级：使用Hystrix或Sentinel实现服务降级，设置熔断阈值（如50ms）。-本地缓存：使用Caffeine缓存热点数据，避免远程调用。-API网关：使用Zuul或Kong做请求路由，合并多个服务为统一入口。11.全球订单系统设计（20分）答案：-时区处理：使用UTC时间存储，前端根据用户时区转换显示。-货币转换：接入第三方汇率API（如OpenExchangeRates），本地缓存汇率。-本地化存储：订单数据存储在用户所属区域数据库，使用数据库分区。12.金融分布式交易系统设计（20分）答案：-数据加密：使用AES-256加密传输数据，HTTPS+TLS协议。-日志审计：使用ELK+SIEM记录所有操作，符合《网络安全法》要求。-容灾设计：同城双活+异地多活，使用Raft协议保证数据一致性。13.物流追踪系统设计（20分）答案：-定位精度：接入北斗/GNSS+WiFi定位，低功耗模式减少电量消耗。-数据同步：使用MQTT协议传输轨迹数据，支持断网重连。-高并发处理：轨迹数据分片存储，使用Redis缓存实时位置。14.非洲移动支付系统设计（20分）答案：-低带宽优化：使用数据压缩（如Gzip）+HTTP/2协议，减少传输量。-离线支付：本地缓存交易信息，网络恢复