创建照片分享应用
译者：飞龙
自豪地采用谷歌翻译
在我发布我们的第一个系统设计面试问题后 - 如何设计 twitter，我们得到了更多这样的教程的很多请求。
Gainlo 团队亲自挑选了一系列既经典又易于扩展的系统设计面试问题。 因此，我相信这些问题可以帮助你更好地了解如何进行系统设计面试。
同样值得注意的是，Gaino 团队提供的分析仅用于系统设计面试展示。 生产中的真正解决方案可能非常不同，因为我们在这里极大简化了问题。
创建照片分享应用
如何创建像 Instagram 的照片分享应用？
更具体地说，该系统允许人们相互关注，分享/评论/喜欢图片，也许还有一些其他功能，如探索，广告等等。
我们想在这里分析这个问题有几个原因。 首先，图片共享系统非常流行。 我没有选择一个奇怪问题，在现实世界中几乎没有应用。 相反，有很多像 Pinterest，Flickr 等类似的产品。
其次，问题是通用的，这在系统设计面试中是非常普遍的。 通常，面试官不会要求你解决一个明确的问题，这正是让很多人不舒服的东西。
最后，分析涵盖了可扩展性，数据库，数据分析等广泛的主题，以便它可以在其他系统设计面试问题中重用。
概要解决方案
我们在以前的文章中多次强调，建议先从概要解决方案开始，然后再深入研究各种细节。
这种方法的优点是，你能清楚你想要解决什么问题，而且面试官不太可能困惑。
为了设计图片共享系统，确定两个主要对象 - 用户对象和图片对象是相当直接的。
就我个人而言，我想使用关系数据库来解释，因为它通常更容易理解。在这种情况下，我们将有用户表，其中包含名称，电子邮件，注册日期等信息。图片表也是一样。
此外，我们还需要存储两个关系 - 用户关注关系和用户图片关系。这是非常自然的，值得注意的是用户关注不是双向的。
因此，拥有这样的数据模型可以让用户相互关注。为了检查用户的信息流，我们可以从他关注的人中提取所有照片。
潜在的规模问题
上面的解决方案应该可以正常工作。作为一名面试官，我总是想问，当我们拥有数百万用户时，如何解决这个问题会出现什么问题？
这个问题是一个好方法，测试候选人是否可以预见潜在的规模问题，优于只问你如何解决某个问题。
当然，没有标准的答案，我想列举几个想法作为灵感。
1. 响应时间
当用户达到一定数量时，通常会看到响应时间慢成为瓶颈。
例如，一个开销大的操作是呈现用户的信息流。服务器必须检查用户所关注的每个人，从中获取所有图片，并根据特定的算法对其进行排名。当用户关注大量图片的人时，操作可能会很慢。
这里可以应用各种方法。如果是瓶颈，我们可以升级排名算法。如果按照日期排序，我们可以使用无限滚动功能，从每个人中读取前 N 张最近的图片。或者我们可以使用离线流水线，预先计算一些可以加快排名的信号。
关键是，不可能有人关注数百个用户（谁说的？），但可能有人有成千上万的图片。所以核心是加快图片的获取和排名。
2. 架构扩展
当只有数十个用户和图片时，我们可以从一台服务器存储和提供所有的东西。
但是，对于数百万用户来说，单个服务器远远不够，由于存储，内存，CPU 限制等问题。这就是为什么当有大量请求时，很常看到服务器崩溃。
为了扩展架构，经验法则是面向服务的架构（SOA）优于单一的应用。
不要把所有的东西放在一起，最好把整个系统按服务分成小的组件，并把每个组件分开。例如，我们可以将数据库与负载均衡器的 Web 应用（在不同的服务器上）分开。
3. 数据库扩展
即使我们把数据库放在一个单独的服务器上，也不能存储无限的数据。
在某个时候，我们需要扩展数据库。对于这个特定的问题，我们可以通过将数据库分割成像用户数据库，评论数据库等子数据库来进行垂直分割（Partition），或者根据美国用户，欧洲用户等属性进行分割来进行水平分割（Sharding）。
你可以查看这篇文章来深入分析可扩展性问题。
信息流排名
讨论如何在用户的时间线中对信息流（图片）进行排名也很有趣。
尽管按照时间顺序排列所有内容是相当简单的，但这是否是最好的方法？ 这样的开放式问题在系统设计面试中非常普遍。
其实，可以有不少的选择。 例如，结合时间和用户喜欢这张照片的可能性的算法绝对是有希望的。
为了设计这样的算法，一个常用的策略是提出一个评分机制，将各种特征作为指标并计算每张图片的最终分数。
直观地说，重要的功能包括喜欢/评论的数量，用户是否喜欢许多照片的所有者等等。 由于简单，可以使用线性组合作为起点。
然后，值得尝试像协同过滤这样的更先进的机器学习算法。
图像优化
由于图片共享系统充满了图像，我想问一下可以优化哪些图片相关的内容？
首先，通常建议在生产中分开存储所有照片。 Amazon S3 是最受欢迎的存储系统之一。但是，你不需要能够提出这个。
重点是图像通常很大，很少更新。所以独立的图像存储系统有很多优点。例如，当文件是静态的时候，缓存和复制可以简单得多。
其次，为了节省空间，应该压缩图像。一种常用的方法是仅存储/提供压缩版本的图像。实际上，Google 照片使用这种方式，并提供无限的免费存储。
总结
在这篇文章中，还有一些话题没有涉及，比如如何在 Instagram 中构建探索功能。我希望你可以花一些时间考虑一下。
另外供参考，你可以查看 Instagram 的基础设施和 Flickr 架构。但是，我不认为他们对系统设计面试非常有帮助，因为他们太过专注于技术而不是设计原则。
如果你觉得这篇文章有帮助，请分享给你的朋友，我会很感谢。 你也可以在这里查看更多的系统设计面试问题和分析。