2026年系统架构师高可用设计题含答案

2026年系统架构师高可用设计题含答案第1题（20分）题目：某电商平台核心交易系统需支撑双十一期间单日百万级QPS，要求系统不可用时间控制在5分钟以内。请设计该系统的整体高可用架构，需包含以下内容：1.核心组件选型：数据库、缓存、消息队列、负载均衡器的具体方案及理由。2.容灾方案：两地三中心（主备+同城灾备）的链路设计及切换机制。3.关键指标保障：如何通过监控和自动化手段确保系统在故障时5分钟内恢复服务。答案与解析：1.核心组件选型：-数据库：采用分布式数据库（如TiDB或MySQLCluster），支持同城多副本+异地异步复制，SQL和NoSQL场景兼顾。理由：分布式架构天然具备水平扩展能力，异步复制可降低跨区域延迟，故障时自动切换（如TiDB的GaleraCluster）。-缓存：Level-1使用Redis集群（3副本，异地多活），Level-2使用Memcached（分桶部署）。理由：Redis集群高可用，异地缓存避免跨区域访问延迟；Memcached补充热点数据加速。-消息队列：Kafka（3副本，多Zookeeper集群），分区域消费。理由：高吞吐、持久化，分区+副本确保消息不丢失，跨区域消费避免单点压垮。-负载均衡：F5/LVS+DNS轮询（主备切换），内部使用Nginx反向代理。理由：F5/LVS提供高可用调度，DNS切换实现全局负载均衡，Nginx用于服务内微调。2.容灾方案：-链路设计：-同城多活：数据库、缓存、MQ在主中心部署3副本，通过VPC网络隔离；同城灾备中心仅同步核心数据（如订单、商品）。-异地灾备：主中心数据异步同步至异地灾备中心，切换时需手动确认数据一致性（通过校验哈希值）。-切换机制：-DNS切换：主中心故障时，DNSTTL缩短（如30秒），切换至灾备中心。-自动化脚本：通过Prometheus+Alertmanager监控主中心存活，触发自动切换脚本（如切换负载均衡器后端IP）。3.关键指标保障：-监控：-链路监控：Zabbix/Prometheus监控跨区域延迟（如数据库Ping时间），告警阈值≤50ms。-业务监控：SkyWalking追踪调用链，慢查询＜500ms触发告警。-自动化恢复：-数据库恢复：异地灾备中心启动时自动执行数据校验脚本（如校验binlog位点）。-服务熔断：Hystrix/Sentinel在切换期间自动降级非核心服务（如秒杀活动降级为静态页面）。第2题（15分）题目：某政务外网系统需满足“7×24小时服务不中断”，用户量波动大（早8-12点高峰期QPS翻倍）。请设计系统的高可用架构，需包含：1.冗余设计：关键组件（网关、应用、数据库）的冗余方案。2.弹性伸缩：如何结合云厂商资源池实现自动扩缩容。3.数据一致性保障：跨可用区同步事务数据的策略。答案与解析：1.冗余设计：-网关：APIGateway集群（如阿里云API网关，多实例部署+健康检查）。理由：防单点故障，自动剔除异常节点。-应用：Kubernetes（K8s）多副本部署（Pod多副本+副本集），跨可用区调度。理由：自动负载均衡，故障时Pod自动重试。-数据库：OracleRAC（本地多实例）+异地RDS（异步复制）。理由：RAC实现高并发读写，RDS提供异地容灾。2.弹性伸缩：-策略：-垂直伸缩：应用容器资源上限动态调整（如K8sHorizontalPodAutoscaler，基于CPU/内存阈值）。-水平伸缩：高峰期自动增加Pod数量，低谷期合并Pod（如早8-12点扩容至200Pod，其他时间缩至100Pod）。-云厂商资源池：使用AWSASG/阿里云ESSD，按需购买ECS实例。3.数据一致性保障：-同步策略：-强一致性：使用OracleDataGuard（日志传输），同步延迟≤1秒。-最终一致性：事务消息通过RocketMQ实现TCC补偿（如订单支付失败自动退款）。-跨可用区同步：通过云厂商DB代理（如DTS）异步同步主库数据至灾备库，切换时通过Binlog校验数据差异。第3题（25分）题目：某金融核心系统需满足“金融级高可用”，要求故障切换时间＜1秒，支持多活部署。请设计该系统的架构，需包含：1.多活架构：如何实现数据库、缓存、服务的多活方案。2.故障切换：切换场景下的数据一致性保障措施。3.防雪崩设计：如何防止高并发压垮系统。答案与解析：1.多活架构：-数据库：采用ShardingSphere+TiDB，分库分表+跨区域多活。理由：TiDB支持多活副本（如华东主、华南主，通过CDC同步数据）。-缓存：RedisCluster+异地多活（主写主读，通过RedisSentinel实现自动切换）。-服务：微服务多活部署（如Dubbo集群，配置多台Provider实例）。2.故障切换：-切换机制：-DNS切换：通过智能DNS（如Cloudflare）实现主备切换，切换时30秒内无感知。-数据一致性：切换前通过Binlog位点校验数据一致性（如同步至灾备库前检查Binlog落后＜5分钟）。-切换场景：-手动切换：运维触发DNS切换（如主中心数据库宕机时切换至灾备）。-自动切换：通过Prometheus+KubernetesOperator自动剔除异常节点。3.防雪崩设计：-限流：-链路限流：Sentinel/SentinelGo控制接口QPS（如秒杀接口限流1000QPS）。-分布式限流：使用Redis分布式锁（如Lua脚本实现）。-削峰填谷：-消息队列：用户请求先入Kafka，下游按需消费。-弹性扩容：通过K8sHPA自动扩容，高峰期增加无状态服务副本。第4题（15分）题目：某电商订单系统需支持“秒杀活动时数据库不超时”，要求系统故障率＜0.01%。请设计高可用架构，需包含：1.秒杀专用架构：如何通过缓存+数据库优化避免超时。2.监控告警：如何实时监控秒杀场景下的系统状态。3.补偿机制：订单失败时的自动重试策略。答案与解析：1.秒杀专用架构：-缓存优化：-热点预加载：秒杀前通过RedisCluster预缓存商品库存（主库更新库存时同步Redis）。-Lua脚本：Redis原子扣减库存（避免超卖）。-数据库优化：-读写分离：主库处理写操作，从库查询库存（通过ProxySQL实现）。-隔离级别：数据库设置为ReadCommitted，避免脏读。2.监控告警：-监控指标：-秒杀场景：Redis命中率（≥95%）、数据库慢查询（＜100ms）、Kafka队列积压（≤1000条）。-告警机制：Prometheus+Grafana联动，秒杀活动期间每10秒抓取指标。-告警阈值：-库存扣减失败：告警阈值≥1%订单失败率，触发短信通知。3.补偿机制：-自动重试：-消息队列补偿：订单失败消息入Kafka，下游服务定时重试（最多重试5次，间隔30秒）。-幂等设计：通过订单号+商品ID生成唯一Token，避免重复扣减。第5题（25分）题目：某政务SaaS平台需支持“跨区域用户访问延迟＜100ms”，要求系统具备容灾和弹性能力。请设计高可用架构，需包含：1.跨区域架构：如何通过CDN+服务多活实现低延迟访问。2.容灾切换：异地容灾中心的切换方案及数据同步策略。3.弹性架构：如何通过云资源池动态调整服务能力。答案与解析：1.跨区域架构：-CDN优化：-多区域CDN：阿里云CDN部署在用户所属区域（如华东用户使用华东CDN节点）。-动态缓存：通过CDN动态解析API路径，缓存热点接口（如天气查询）。-服务多活：-服务路由：使用Nginx+Lua实现用户就近路由（根据IP判断用户区域）。-服务隔离：通过KubernetesNetworkPolicy限制跨区域访问（仅允许灾备中心访问主中心API）。2.容灾切换：-切换方案：-DNS切换：主中心故障时，通过智能DNS（如阿里云DNS）切换至灾备中心（切换时间＜30秒）。-数据同步：主中心数据通过云厂商DTS异步同步至灾备中心（同步延迟≤5分钟）。-数据校验：切换前通过Binlog对比主备数据差异（如哈希值校验库存表）。3.弹性架构：-资源池设计：-容