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后端系统设计面试题集

总题数: 21道 | 重点领域: 架构设计、系统优化 | 难度分布: 中高级

本文档整理了后端系统设计的完整21道面试题目，涵盖架构设计、功能实现、性能优化等各个方面。

面试题目列表​

1. 让你设计一个 RPC 框架，怎么设计？​

核心组件：代理层、序列化、网络通信（Netty）、服务注册（Zookeeper）、负载均衡、容错

关键实现：

  • 动态代理生成客户端
  • 多种序列化方式（Protobuf/Hessian）
  • 服务注册与发现
  • 负载均衡（轮询/随机/一致性Hash）
  • 容错机制（重试/熔断/降级）

2. 如何设计一个秒杀功能？​

核心方案：

  1. 前端：按钮防重、倒计时
  2. 网关：限流（令牌桶1000 QPS）
  3. Redis：预减库存（DECR原子操作）
  4. MQ：削峰填谷（异步创建订单）
  5. 数据库：乐观锁防超卖
  6. 防刷：接口签名、单用户限流

3. 让你设计一个消息队列，怎么设计？​

核心设计：

  1. 存储：CommitLog（顺序写）+ ConsumeQueue（索引）
  2. 生产者：同步/异步发送
  3. 消费者：Push/Pull模式、消费者组
  4. 可靠性：消息确认、重试机制、死信队列
  5. 高可用：主从复制、故障转移

4. 让你设计一个线程池，怎么设计？​

核心参数：

  • corePoolSize：核心线程数
  • maximumPoolSize：最大线程数
  • keepAliveTime：空闲线程存活时间
  • workQueue：任务队列
  • handler：拒绝策略

执行流程：线程数小于核心数时创建核心线程，否则加入队列，队列满则创建非核心线程，达到最大线程数则执行拒绝策略

5. 让你设计一个 HashMap ，怎么设计？​

核心设计：

  1. 结构：数组 + 链表/红黑树
  2. Hash函数：(h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)
  3. 扩容：负载因子0.75，容量翻倍
  4. 树化：链表长度≥8转红黑树
  5. 线程安全：ConcurrentHashMap（CAS + Synchronized）

6. 让你设计一个短链系统，怎么设计？​

核心方案：

  1. 生成算法：自增ID转62进制 / Hash / 雪花算法
  2. 存储：MySQL存储映射 + Redis缓存热点
  3. 跳转：302重定向
  4. 统计：MQ异步统计点击数
  5. 优化：布隆过滤器防穿透、CDN加速

7. 让你实现一个订单超时取消功能，怎么设计？​

方案对比：

  1. 延迟队列：RabbitMQ延迟插件、RocketMQ延迟消息
  2. 定时任务：每分钟扫描未支付订单
  3. Redis过期：监听key过期事件（不可靠）
  4. 时间轮：Netty HashedWheelTimer

推荐方案：延迟队列 + 定时任务兜底

8. 让你实现一个分布式单例对象，如何实现？​

方案1：Redis SETNX

java
1Boolean success = redis.setnx("singleton:instance", "1", 3600);
2if (success) return new SingletonObject();

方案2：Zookeeper临时节点

java
1zkClient.create("/singleton", data, CreateMode.EPHEMERAL);

9. 商家想要知道自己店铺卖的最好的 top 50 商品，如何实现这个功能？​

实时统计：

java
1// Redis ZSET存储销量
2redis.zincrby("shop:" + shopId + ":sales", 1, productId);
3// 查询Top50
4Set<String> top50 = redis.zrevrange("shop:" + shopId + ":sales", 0, 49);

离线统计：定时任务从订单表统计，结果存Redis

10. 朋友圈点赞功能如何实现，简单说说？​

核心设计：

  1. 存储：Redis SET存储点赞用户ID
  2. 点赞：SADD post:{postId}:likes {userId}
  3. 取消：SREM post:{postId}:likes {userId}
  4. 统计：SCARD post:{postId}:likes
  5. 判断：SISMEMBER post:{postId}:likes {userId}
  6. 持久化：异步批量写入MySQL

11. 分布式锁一般都怎样实现？​

Redis实现：

java
1// 加锁
2redis.set(lockKey, requestId, "NX", "PX", 30000);
3// 解锁（Lua脚本保证原子性）
4if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then
5    return redis.call('del', KEYS[1])
6end

Zookeeper实现：创建临时顺序节点，最小节点获得锁

Redisson：自动续期、可重入、RedLock

12. 如果让你统计每个接口每分钟调用次数怎么统计？​

方案1：Redis INCR

java
1String key = "api:" + apiName + ":" + (timestamp / 60);
2redis.incr(key);
3redis.expire(key, 120);

方案2：滑动窗口（ZSET）

java
1redis.zadd(key, timestamp, uuid);
2redis.zremrangeByScore(key, 0, timestamp - 60000);
3long count = redis.zcard(key);

13. 让你设计一个文件上传系统，怎么设计？​

核心功能：

  1. 分片上传：大文件切分成小块（5MB）
  2. 断点续传：Redis记录已上传分片
  3. 秒传：MD5校验文件是否已存在
  4. 合并：所有分片上传完成后合并
  5. 存储：OSS/MinIO对象存储
  6. 安全：上传凭证、文件类型校验

14. 让你设计一个分布式 ID 发号器，怎么设计？​

方案对比：

  1. 雪花算法：1位符号 + 41位时间戳 + 10位机器ID + 12位序列号
  2. 数据库号段：批量获取ID段，本地分配
  3. Redis INCR：简单但依赖Redis
  4. 美团Leaf：号段模式 + 双buffer

推荐：雪花算法（高性能）或Leaf（高可用）

15. 什么是限流？限流算法有哪些？怎么实现的？​

限流算法：

  1. 固定窗口：计数器，简单但有临界问题
  2. 滑动窗口：精确但内存占用大
  3. 漏桶：平滑流量，无法应对突发
  4. 令牌桶：允许突发，推荐使用（Guava RateLimiter）

实现：

java
1RateLimiter limiter = RateLimiter.create(100); // 100 QPS
2if (limiter.tryAcquire()) {
3    // 处理请求
4}

16. 如何设计一个点赞系统？​

同问题10，核心使用Redis SET + 异步持久化

扩展功能：

  • 点赞通知：MQ异步发送
  • 点赞列表：ZSET按时间排序
  • 热点优化：本地缓存 + 布隆过滤器

17. 即时通讯项目中怎么实现历史消息的下拉分页加载？​

游标分页：

java
1// 使用消息ID作为游标
2List<Message> messages = messageMapper.selectByUserId(
3    userId, lastMessageId, 20
4);
5// WHERE user_id = ? AND id < ? ORDER BY id DESC LIMIT 20

优化：

  • Redis缓存最近100条消息
  • 分表存储历史消息（按月分表）
  • 冷数据归档到对象存储

18. HashMap 是不是线程安全的？如果让你来实现一个线程安全的 HashMap 你要怎么设计？如果不用加锁你要怎么设计？​

HashMap不是线程安全的

线程安全实现：

  1. ConcurrentHashMap：分段锁（JDK7）/ CAS+Synchronized（JDK8）
  2. Collections.synchronizedMap：全局锁，性能差
  3. 无锁实现：CopyOnWriteMap（写时复制，适合读多写少）

19. 让你设计一个购物车功能，怎么设计？​

核心设计：

  1. 存储：Redis Hash，key=cart:{userId}，field=productId，value=quantity
  2. 添加：HINCRBY cart:{userId} {productId} {quantity}
  3. 删除：HDEL cart:{userId} {productId}
  4. 查询：HGETALL cart:{userId}
  5. 持久化：定期同步到MySQL或下单时同步
  6. 优化：购物车商品信息缓存、库存校验

学习指南​

核心要点：

  • 系统架构设计原则
  • 高并发系统设计
  • 分布式系统解决方案
  • 性能优化策略

学习路径建议：

  1. 掌握系统设计的基本方法
  2. 熟悉高并发场景的解决方案
  3. 理解分布式系统的设计原则
  4. 学习性能优化和故障排查
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