🏗️ 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-order
        this.capacity = capacity;
    }

    public int get(int key) {
        return super.getOrDefault(key, -1);
    }

    public void put(int key, int value) {
        super.put(key, value);
    }

    @Override
    protected 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）

🧠 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！