Подготовьте эти 10 вопросов по проектированию системы до собеседования, чтобы увеличить свои шансы на успех.
Собеседования по проектированию систем стали важным аспектом процесса найма в технологической отрасли, и ведущие компании, такие как Google, Facebook и Amazon, в значительной степени полагаются на них для оценки способности кандидата проектировать и оптимизировать крупномасштабные системы.
Я помог сотням кандидатов справиться с этой задачей. По моему опыту, для прохождения собеседования по проектированию систем требуется не только глубокое понимание фундаментальных концепций, но и способность четко и эффективно излагать ход своих мыслей. Именно здесь большинство кандидатов испытывают затруднения, поскольку они могут обладать знаниями, но не могут выразить их так, чтобы это нашло отклик у их интервьюеров.
В этой статье я поделюсь 10 основными вопросами собеседования по проектированию систем, с которыми я столкнулся во время собеседований с крупными технологическими компаниями. Я выбрал эти вопросы, исходя из их частоты в интервью. Кроме того, я предоставлю вам пошаговый подход к эффективному ответу на каждый вопрос, а также практические советы и рекомендации, которые вы можете использовать при подготовке к собеседованию.
Кроме того, я расскажу о распространенных ошибках, допускаемых кандидатами во время собеседований по проектированию системы, и поделюсь советами о том, как их избежать, чтобы у вас были наилучшие шансы произвести впечатление на интервьюеров и получить заветное предложение о работе.
Оставайтесь со мной, пока мы погружаемся в мир интервью по проектированию систем. И не забудьте подписаться на мой профиль на Medium, чтобы получать более ценную информацию о дизайне системы и подготовке к интервью.
10 главных вопросов на собеседовании по проектированию систем:
1. Создайте службу сокращения URL-адресов (например, bit.ly)
Этот вопрос оценивает вашу способность разработать службу, которая может генерировать короткие уникальные URL-адреса для более длинных веб-адресов. Ключевые концепции включают хеширование, проектирование баз данных и разработку API.
2. Создайте масштабируемый ограничитель скорости
Ограничители скорости имеют решающее значение для защиты систем от перегрузки большим объемом запросов. Этот вопрос проверяет ваше понимание распределенных систем и методов, таких как ведро токенов или алгоритмы дырявого ведра.
3. Создайте Twitter или аналогичную платформу для социальных сетей
Разработка платформы социальных сетей, такой как Twitter, требует от вас рассмотрения различных аспектов, таких как регистрация пользователей, отношения между подписчиками и подписчиками, твиты и создание временной шкалы. Этот вопрос оценивает ваши навыки проектирования масштабируемых и отказоустойчивых систем.
4. Создайте веб-краулер
Поисковый робот используется для извлечения информации с веб-сайтов и индексации ее для поисковых систем. В этом вопросе вам нужно будет продемонстрировать свои знания в области веб-технологий, параллельной обработки и хранения данных.
5. Разработайте систему онлайн-чата (например, WhatsApp или Slack)
Этот вопрос требует от вас создания системы, поддерживающей обмен сообщениями в реальном времени, групповые чаты и автономную доставку сообщений. Ключевые соображения включают хранение сообщений, синхронизацию данных и эффективные протоколы связи.
6. Разработайте распределенную файловую систему (например, HDFS или Amazon S3)
Распределенные файловые системы необходимы для хранения и управления большими объемами данных на нескольких компьютерах. Этот вопрос оценивает ваше понимание распределенных систем, репликации данных и моделей согласованности.
7. Создайте балансировщик нагрузки
Балансировщики нагрузки помогают распределять входящий сетевой трафик между несколькими серверами для обеспечения высокой доступности и отказоустойчивости. Этот вопрос требует глубокого понимания сетевых концепций, алгоритмов и управления сеансами.
8. Создайте сеть доставки контента (CDN)
CDN — это система, которая кэширует и обслуживает контент с серверов, расположенных ближе к конечным пользователям, повышая производительность и уменьшая задержку. Этот вопрос проверяет вашу способность оптимизировать доставку контента при управлении согласованностью кэша и распределением ресурсов.
9. Создайте ограничитель скорости API
Ограничение скорости API имеет решающее значение для поддержания стабильности и безопасности веб-службы. Этот вопрос касается вашего понимания структуры API, аутентификации на основе токенов и алгоритмов ограничения скорости.
10. Создайте хранилище ключей и значений (например, Redis или Amazon DynamoDB).
Хранилища ключей и значений используются для быстрого и масштабируемого хранения и извлечения данных. Этот вопрос оценивает ваши навыки проектирования баз данных, механизмов кэширования, а также стратегий репликации и секционирования данных.
Подготовившись к этим 10 основным вопросам собеседования по проектированию систем, вы получите прочную основу для решения широкого спектра проблем проектирования, с которыми вы можете столкнуться во время собеседований. Имейте в виду, что интервьюеров интересует не только ваше окончательное решение, но и мыслительный процесс и компромиссы, которые вы принимаете во внимание при разработке системы. Отрабатывая ответы на эти вопросы, сосредоточьтесь на разработке структурированного подхода, учитывающего масштабируемость, надежность и эффективность разрабатываемой вами системы. И самое главное, не забывайте четко и эффективно излагать свои идеи, так как это важный навык, который интервьюеры будут оценивать на протяжении всего процесса.
Как ответить на каждый вопрос
Вот подробное руководство по ответам на каждый из этих вопросов собеседования по проектированию системы:
1. Создайте службу сокращения URL-адресов (например, bit.ly)
Сервис Укорочение URL: bit.ly и goo.gl — популярные сервисы сокращения URL, которые генерируют уникальные короткие URL, предоставляют аналитику и эффективно перенаправляют пользователей на исходный URL.
Вот основные моменты дизайна:
- Поймите требования: определите ключевые функции, такие как сокращение URL-адресов, перенаправление и аналитика.
- Сделайте предположения: определите ожидаемое количество пользователей, запросов и емкость хранилища.
- Выберите алгоритм хэширования. Выберите алгоритм, например MD5 или Base62, для создания уникальных коротких URL-адресов.
- Создайте базу данных: используйте хранилище ключей и значений или реляционную базу данных для хранения сопоставлений между исходными и сокращенными URL-адресами.
- Разработка API: создавайте RESTful API для сокращения URL-адресов и перенаправления пользователей на исходный URL-адрес.
- Учитывайте пограничные случаи: обрабатывайте повторяющиеся URL-адреса, коллизии и URL-адреса с истекшим сроком действия.
- Оптимизируйте производительность: используйте механизмы кэширования, такие как Redis или Memcached, для ускорения перенаправления.
2. Создайте масштабируемый ограничитель скорости
Cloudflare и Amazon API Gateway являются примерами сервисов, предлагающих масштабируемые функции ограничения скорости для защиты веб-приложений и API от чрезмерных запросов и злоупотреблений.
Вот основные моменты дизайна:
- Ознакомьтесь с требованиями: определите политику ограничения скорости, например количество запросов в минуту или в секунду.
- Выберите алгоритм ограничения скорости: используйте алгоритмы ведра маркеров или дырявого ведра в зависимости от желаемого поведения.
- Спроектируйте хранилище данных: храните пользовательские токены в памяти или используйте распределенное хранилище данных, такое как Redis.
- Внедрите промежуточное ПО: создайте промежуточное ПО для обработки логики ограничения скорости до того, как запросы достигнут основного приложения.
- Управление распределенными системами: используйте согласованный алгоритм хеширования для распределения токенов по нескольким серверам.
- Мониторинг и настройка. Непрерывно контролируйте производительность системы и корректируйте ограничения скорости по мере необходимости.
3. Создайте Twitter или аналогичную платформу для социальных сетей
Twitter и Facebook являются примерами крупномасштабных платформ социальных сетей, которые занимаются регистрацией пользователей, отношениями, публикациями и созданием временной шкалы, управляя огромными объемами данных и трафика.
Вот основные моменты дизайна:
- Поймите требования: определите основные функции, такие как регистрация пользователей, отношения между подписчиками и подписчиками, твиты и создание временной шкалы.
- Разработайте модели данных: определите схему для пользователей, твитов и отношений.
- Выберите правильную базу данных: используйте комбинацию баз данных, таких как реляционные базы данных для пользовательских данных и базы данных NoSQL для твитов и отношений.
- Внедрение API-интерфейсов: разработка API-интерфейсов RESTful для регистрации пользователей, твитов и создания временной шкалы.
- Оптимизация временных шкал: используйте подходы «разветвление при записи» или «разветвление при чтении» для эффективного создания пользовательских временных шкал.
- Обеспечьте масштабируемость: используйте сегментирование, кэширование и балансировку нагрузки, чтобы система оставалась производительной при высоких нагрузках.
- Обеспечьте отказоустойчивость: внедрите репликацию данных и стратегии резервного копирования для предотвращения потери данных.
4. Создайте веб-краулер
Googlebot и Bingbot — это веб-сканеры, используемые поисковыми системами Google и Bing соответственно для сканирования, индексации и ранжирования веб-сайтов на основе различных факторов, таких как релевантность и популярность.
Вот основные моменты дизайна:
- Поймите требования: определите объем сканирования, например количество веб-сайтов, глубину сканирования и типы индексируемого контента.
- Выберите правильную стратегию сканирования: внедрите алгоритмы поиска в ширину (BFS) или поиска в глубину (DFS) в зависимости от желаемого поведения сканирования.
- Обработка URL-адресов: используйте границу URL-адресов для хранения и управления URL-адресами, которые необходимо сканировать.
- Создайте синтаксический анализатор: создайте синтаксический анализатор для извлечения соответствующей информации с веб-страниц, такой как ссылки, метаданные и текст.
- Храните данные: используйте комбинацию баз данных, например реляционную базу данных для структурированных данных и базу данных NoSQL для неструктурированных данных.
- Управляйте параллельной обработкой: реализуйте параллелизм с помощью многопоточных или распределенных вычислительных сред, таких как Apache Spark или Hadoop.
- Управляйте вежливостью: соблюдайте директивы о задержке сканирования веб-сайта и избегайте перегрузки серверов.
5. Создайте систему онлайн-чата
WhatsApp и Slack являются примерами систем онлайн-чатов, которые поддерживают обмен сообщениями в режиме реального времени, групповые чаты и доставку сообщений в автономном режиме, обеспечивая при этом безопасность и конфиденциальность благодаря сквозному шифрованию.
Вот основные моменты дизайна:
- Поймите требования: определите ключевые функции, такие как обмен сообщениями один на один, групповые чаты и доставка сообщений в автономном режиме.
- Разработайте модели данных: определите схему для пользователей, сообщений и чатов.
- Выберите правильную базу данных: используйте комбинацию баз данных, например реляционную базу данных для пользовательских данных и базу данных NoSQL для сообщений и чатов.
- Реализуйте протоколы связи: используйте WebSocket или длительный опрос для обмена сообщениями в реальном времени и HTTP для доставки сообщений в автономном режиме.
- Спроектируйте хранилище сообщений: храните сообщения в распределенной базе данных или очереди сообщений для обеспечения масштабируемости и отказоустойчивости.
- Управление синхронизацией данных. Внедрение механизмов для обеспечения доставки и синхронизации сообщений между устройствами.
- Оптимизация производительности: используйте стратегии кэширования и индексирования для ускорения извлечения и поиска сообщений.
- Обеспечьте безопасность и конфиденциальность: внедрите сквозное шифрование и аутентификацию для защиты пользовательских данных и коммуникаций.
6. Проектирование распределенной файловой системы
Распределенная файловая система Hadoop (HDFS) и Amazon S3 — широко используемые распределенные файловые системы, предназначенные для хранения и управления большими объемами данных на нескольких машинах, обеспечивая при этом высокую доступность и отказоустойчивость.
Вот основные моменты дизайна:
- Ознакомьтесь с требованиями: определите ожидаемое количество файлов, размеры файлов и шаблоны доступа.
- Разработайте архитектуру файловой системы: используйте архитектуру «главный-подчиненный» или одноранговую архитектуру в зависимости от желаемой масштабируемости и отказоустойчивости.
- Управление секционированием файлов. Внедрите методы секционирования данных, такие как последовательное хеширование или секционирование по диапазону, для распределения файлов по нескольким узлам.
- Реализуйте репликацию данных: используйте стратегии репликации, такие как согласованность на основе кворума или согласованность в конечном счете, чтобы обеспечить надежность и доступность данных.
- Оптимизируйте доступ к данным: реализуйте стратегии кэширования и предварительной выборки для повышения производительности чтения.
- Управление метаданными: используйте централизованное или распределенное хранилище метаданных для управления файловыми метаданными и структурами каталогов.
- Обеспечьте отказоустойчивость и восстановление: внедрите механизмы для обнаружения и восстановления после сбоев узлов, такие как проверки работоспособности и автоматическое восстановление после отказа.
7. Создайте балансировщик нагрузки
Amazon Elastic Load Balancing (ELB) и Google Cloud Load Balancing — это примеры облачных балансировщиков нагрузки, которые автоматически распределяют входящий трафик между несколькими серверами для обеспечения высокой доступности и отказоустойчивости.
Вот основные моменты дизайна:
- Понимание требований: Определите ожидаемое количество клиентов, серверов и шаблоны трафика.
- Выберите алгоритм балансировки нагрузки. Внедрите такие алгоритмы, как циклический алгоритм, наименьшее количество соединений или наименьшее время отклика, в зависимости от желаемого поведения распределения.
- Разработайте архитектуру балансировщика нагрузки: используйте аппаратный или программный балансировщик нагрузки в зависимости от требуемой производительности и гибкости.
- Управление постоянством сеанса: реализуйте такие механизмы, как закрепленные сеансы или сходство сеансов, чтобы гарантировать, что клиенты поддерживают согласованное подключение к определенному серверу.
- Управляйте проверками работоспособности: отслеживайте работоспособность серверов и автоматически удаляйте неработоспособные серверы из балансировщика нагрузки.
- Обеспечьте отказоустойчивость: внедрите резервные балансировщики нагрузки и автоматические механизмы аварийного переключения, чтобы предотвратить единые точки отказа.
8. Создайте сеть доставки контента (CDN)
Akamai и Cloudflare являются ведущими сетями доставки контента, которые кэшируют и обслуживают контент с пограничных серверов, расположенных ближе к конечным пользователям, повышая производительность и уменьшая задержку.
Вот основные моменты дизайна:
- Поймите требования: определите типы обслуживаемого контента, ожидаемое количество пользователей и их географическое распределение.
- Разработайте архитектуру CDN: используйте иерархическую или плоскую архитектуру в зависимости от желаемой масштабируемости и производительности.
- Реализуйте стратегии кэширования: используйте политики вытеснения кэша, такие как наименее недавно использовавшиеся (LRU) или время жизни (TTL), для управления контентом на пограничных серверах.
- Оптимизируйте доставку контента. Внедрите такие методы, как маршрутизация запросов, предварительная выборка и сжатие, чтобы повысить производительность доставки контента.
- Управляйте согласованностью кеша. Внедрите механизмы аннулирования кеша, чтобы обеспечить предоставление пользователям актуального содержимого.
- Мониторинг и анализ производительности. Собирайте и анализируйте показатели производительности для постоянной оптимизации производительности CDN и распределения ресурсов.
9. Создайте ограничитель скорости API
GitHub и Google Maps API являются примерами сервисов, которые реализуют ограничение скорости API для поддержания стабильности и безопасности, позволяя разработчикам получать доступ к своим ресурсам в определенных пределах.
Вот основные моменты дизайна:
- Ознакомьтесь с требованиями: определите политику ограничения скорости, например количество запросов в минуту или секунду, а также область ограничения скорости (на пользователя, IP-адрес или конечную точку API).
- Разработайте механизм ограничения скорости: реализуйте фиксированное окно, скользящее окно или алгоритм корзины маркеров на основе желаемого поведения ограничения скорости.
- Сохранение данных об ограничении скорости: используйте структуры данных в памяти или распределенные хранилища данных, такие как Redis, для хранения и управления информацией об ограничении скорости.
- Внедрение промежуточного программного обеспечения: создайте промежуточное программное обеспечение для обработки логики ограничения скорости и обеспечения ограничений скорости до того, как запросы достигнут основного приложения.
- Управление распределенными системами: используйте согласованный алгоритм хеширования или распределенные блокировки для синхронизации ограничений скорости между несколькими серверами.
- Мониторинг и настройка. Непрерывно контролируйте производительность системы и корректируйте ограничения скорости по мере необходимости, чтобы сбалансировать взаимодействие с пользователем и стабильность системы.
10. Создайте хранилище ключей и значений
Redis и Amazon DynamoDB — это популярные хранилища ключ-значение, используемые для быстрого и масштабируемого хранения и извлечения данных, часто используемые для кэширования, управления сеансами и аналитики в реальном времени.
Вот основные моменты дизайна:
- Поймите требования: определите ожидаемое количество ключей, размеры значений и шаблоны доступа.
- Спроектируйте секционирование данных: внедрите методы секционирования данных, такие как согласованное хеширование или секционирование по диапазону, для распределения ключей по нескольким узлам.
- Реализуйте репликацию данных: используйте стратегии репликации, такие как ведущий-ведомый или на основе кворума, чтобы обеспечить надежность и доступность данных.
- Оптимизируйте доступ к данным: внедрите стратегии кэширования и индексирования для повышения производительности чтения и записи.
- Обработка вытеснения данных: используйте политики вытеснения, такие как наименее использовавшиеся (LRU) или время жизни (TTL), для управления использованием памяти.
- Обеспечьте отказоустойчивость. Внедрите механизмы для обнаружения и восстановления после сбоев узлов, такие как проверка работоспособности и автоматическое переключение при сбое.
Готовясь к собеседованию по проектированию систем, помните, что эти вопросы предназначены для оценки вашей способности проектировать масштабируемые, эффективные и надежные системы. Очень важно понимать ключевые концепции и компромиссы, связанные с каждой проблемой, и уметь четко излагать свой мыслительный процесс.
Потренируйтесь отвечать на эти вопросы, используя структурированный подход, начиная с понимания требований и выдвижения предположений, затем переходите к проектированию моделей данных, выбору правильных баз данных и алгоритмов и, наконец, к оптимизации системы для обеспечения производительности и отказоустойчивости. Будьте готовы обсудить альтернативные решения и обосновать свой выбор дизайна.
Помните, что интервьюеров интересует не только ваше окончательное решение, но и мыслительный процесс и компромиссы, которые вы принимаете во внимание при разработке системы. Отрабатывая ответы на эти вопросы, сосредоточьтесь на разработке структурированного подхода, учитывающего масштабируемость, надежность и эффективность разрабатываемой вами системы. И самое главное, не забывайте четко и эффективно излагать свои идеи, так как это важный навык, который интервьюеры будут оценивать на протяжении всего процесса.
Распространенные ошибки и как их избежать
При решении вопросов на собеседовании по проектированию системы важно знать о распространенных ошибках и понимать, как их избежать. Вот несколько ключевых моментов, о которых следует помнить:
- Непонимание проблемы. Крайне важно полностью понять проблему и ее требования, прежде чем погрузиться в дизайн. Потратьте время, чтобы прояснить любые неясности и убедиться, что у вас есть четкое представление о масштабах и целях системы.
Как этого избежать. Задавайте вопросы интервьюеру, чтобы прояснить требования, и не стесняйтесь переформулировать проблему своими словами, чтобы подтвердить свое понимание.
- Слишком быстрый переход к решению. Если вы начнете с решения, прежде чем анализировать проблему и рассматривать альтернативы, это может привести к неоптимальному дизайну.
Как избежать. Применяйте пошаговый подход к анализу проблемы, определению ключевых компонентов и изучению различных вариантов дизайна, прежде чем остановиться на решении.
- Игнорирование масштабируемости, надежности и производительности. Игнорирование этих факторов может привести к тому, что проекты не будут соответствовать требованиям крупномасштабных систем.
Как этого избежать. Помните о масштабируемости, надежности и производительности на протяжении всего процесса проектирования и будьте готовы обсуждать компромиссы и оптимизации, связанные с этими факторами.
- Не обсуждать компромиссы. При проектировании системы часто приходится находить компромиссы между различными факторами, такими как согласованность и доступность или хранение и вычисления. Если вы не обсудите эти компромиссы, интервьюеры могут усомниться в вашем понимании проблемы.
Как этого избежать. Будьте активны в обсуждении компромиссов и обосновании вашего выбора дизайна. Это покажет интервьюерам, что вы понимаете сложности проектирования системы и можете принимать обоснованные решения.
- Плохая коммуникация. Неспособность четко изложить свой мыслительный процесс и выбор дизайна может затруднить интервьюерам оценку ваших способностей решать проблемы и дизайнерских навыков.
Как этого избежать. Потренируйтесь говорить четко и лаконично о своем выборе дизайна и используйте диаграммы или наглядные пособия, когда это уместно, чтобы проиллюстрировать свою точку зрения.
Для получения более подробной информации посетите мой блог на тему Что отличает вас от других в интервью по проектированию системы.
Заключение
Умение проходить собеседования по проектированию систем является важным навыком для технических специалистов, стремящихся продвинуться по карьерной лестнице. В этом блоге мы рассмотрели 10 самых популярных вопросов для собеседования по проектированию систем.
➡ Подробнее об этих вопросах читайте в разделах «Собеседование по проектированию системы» и Собеседование по проектированию продвинутой системы.
Готовясь к интервью, помните, что интервьюеров интересует не только ваше окончательное решение, но и ваш мыслительный процесс и способность идти на компромиссы. Сосредоточьтесь на понимании требований, анализе проблемы и разработке масштабируемых, эффективных и надежных систем, четко сообщая о своем мыслительном процессе и выборе дизайна.
Помните, что практика — это ключ к успеху на собеседованиях по проектированию систем. Решайте различные проблемы проектирования, обсуждайте альтернативные решения и совершенствуйте свои навыки в оценке компромиссов и принятии обоснованных решений. Поступая таким образом, вы будете на пути к успешному прохождению собеседований по проектированию систем и получению работы своей мечты в области технологий. Удачи и удачного проектирования системы!
➡ Проверьте Основы проектирования систем Grokking для получения списка общих концепций проектирования систем.
Продолжайте узнавать больше об интервью по системному проектированию:
Спасибо за прочтение
- 📰 Посмотрите мой контент на Интервью по кодированию и проектированию систем
- 🔔 Подпишитесь на меня: LinkedIn| Твиттер| "Новостная рассылка"
