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🏗️ 第7天：系统设计与模拟面试实战 —— 架构思维 + Java落地
📚 一、What：系统设计是什么？
系统设计是对一个复杂系统的高可用、高性能、高扩展性架构进行顶层思考和具体实现的过程。
🔧 涉及核心主题：
- 可扩展性（Scalability）
- 可用性（Availability）
- 一致性（Consistency）
- 缓存设计（Cache）
- 数据分片与副本（Sharding & Replication）
- 接口限流与熔断（Rate Limiting & Circuit Breaker）
❓ 二、Why：为什么系统设计是大厂面试的重头戏？
🎯 原因：
- 决定你能否胜任中高级岗位（SDE2+）
- 能反映你是否具有“整体技术视野”
- 考察沟通能力 + 技术广度 + 架构能力
🧩 三、How：常见系统设计问题 + Java 实战方案
🌟 案例1：设计一个限流系统（Rate Limiter）
💬 问题描述
设计一个服务接口的限流器，限制用户在单位时间内只能请求 N 次。
✅ 解法1：滑动窗口计数器（Sliding Window）
public class RateLimiter {private final int maxRequests;private final long windowSizeMillis;private final Queue<Long> timestamps = new LinkedList<>();public RateLimiter(int maxRequests, long windowSizeMillis) {this.maxRequests = maxRequests;this.windowSizeMillis = windowSizeMillis;}public synchronized boolean allowRequest() {long now = System.currentTimeMillis();while (!timestamps.isEmpty() && now - timestamps.peek() > windowSizeMillis) {timestamps.poll();}if (timestamps.size() < maxRequests) {timestamps.offer(now);return true;} else {return false;}}
}
🧠 应用场景：API 网关限流、Spring Cloud Gateway 中使用令牌桶/漏桶机制。
🌟 案例2：LRU 缓存机制实现（常用于热点数据缓存）
💬 问题描述
设计一个最近最少使用（LRU）缓存，支持 get(key) 和 put(key, value)。
✅ 解法：使用 LinkedHashMap
class LRUCache extends LinkedHashMap<Integer, Integer> {private final int capacity;public LRUCache(int capacity) {super(capacity, 0.75f, true); // access-orderthis.capacity = capacity;}public int get(int key) {return super.getOrDefault(key, -1);}public void put(int key, int value) {super.put(key, value);}@Overrideprotected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<Integer, Integer> eldest) {return size() > capacity;}
}
🧠 JDK中应用：LinkedHashMap、Spring 中的 Caffeine Cache、Guava Cache 实现 LRU 策略。
🌟 案例3：高并发秒杀系统设计简述（Java + Redis）
✅ 关键设计要点：
- 请求削峰：通过消息队列缓冲请求（如 Kafka）
- 并发控制：用 Redis 原子性 Lua 脚本判断库存
- 异步处理下单逻辑
// Redis Lua 脚本控制库存
String luaScript = "if redis.call('get', KEYS[1]) >= ARGV[1] then " +"redis.call('decrby', KEYS[1], ARGV[1]) return 1 else return 0 end";
📦 四、系统设计题常见模板思路（框架）
| 模块 | 设计点 | 技术选型 |
|---|---|---|
| 入口层 | API 网关、限流、身份认证 | Nginx + Gateway |
| 服务层 | 服务分层、接口设计、业务拆分 | Spring Boot |
| 缓存层 | 缓存预热、缓存击穿/雪崩/穿透 | Redis + Caffeine |
| 存储层 | 数据库分库分表、NoSQL 设计 | MySQL + MongoDB |
| 异步通信 | 消息队列、事件驱动架构 | Kafka/RabbitMQ |
| 可观测性 | 日志追踪、链路监控、熔断降级 | ELK、Skywalking、Hystrix |
🧠 五、模拟面试技巧 & 建议
- 📊 结构清晰：使用「高层设计 → 模块拆解 → 技术选型 → 问题挑战」流程
- 🗣️ 沟通流畅：用思维导图、草图解释你的设计，别闭门造车
- 🚀 实际落地经验：讲出你做过的项目，尤其是缓存、限流、微服务设计
✅ 六、总结 Summary
🎯 系统设计题并不等于“空谈架构”，而是结合真实业务场景和工程实现的综合考察。
掌握常见系统设计模型 + 熟练使用 Java 编程实现核心模块，是通向大厂中高级岗位的关键！