你好，開發者，如果你設計過分散式系統和軟體，你可能知道系統設計就是做出關鍵決策來平衡各種權衡，這些權衡決定了系統的功能、效能和可維護性。
在建置或擴展系統時了解這些權衡有助於工程師和架構師做出符合業務和技術要求的明智選擇。
早些時候，我分享了許多流行的系統設計問題，例如API 網關與負載平衡器、水平與垂直擴展、 正向代理與反向代理以及50 個系統設計問題，今天，我們將深入研究15 個關鍵的系統設計權衡技術專業人士應該知道。
無論您是學習系統設計還是準備系統設計面試，這些權衡都將極大地幫助您闡明您的答案並證明您的面試選擇和設計的合理性。
不過，如果您正在學習這些概念作為面試準備的一部分，那麼我還建議您查看ByteByteGo 、 Design Guru 、 Exponent 、 Educative 、 Codemia.io 、 InterviewReddy.io和Udemy等網站，它們有許多很棒的系統設計課程
經驗豐富的開發人員和軟體架構師的 15 種系統設計權衡
言歸正傳，這裡列出了 15 個系統設計權衡，我認為這些權衡在設計實際系統中發揮重要作用。了解這些將幫助您更好地建立能夠經受生產時間考驗的系統。
1. 水平縮放與垂直縮放
垂直擴展或縱向擴展涉及透過加入更多 CPU、RAM 或儲存來增強現有伺服器的功能。
它很簡單，但有一個限制。水平擴展或橫向擴展意味著加入更多伺服器來分配負載。
雖然這種方法理論上可以處理無限增長，但它需要仔細管理分散式系統，並且可能會引入資料一致性和負載平衡等複雜性。
2. 有狀態架構與無狀態架構
有狀態系統維護會話資料，為使用者提供上下文，但它們可能更難以擴展和管理。
相較之下，無狀態系統將每個請求視為獨立的，這使得它們更容易擴展，但要求每個請求中包含所有必要的資訊。
3. 延遲與吞吐量
延遲是處理單一任務所花費的時間，而吞吐量是在給定時間範圍內處理的任務總數。
優化延遲意味著優先考慮快速響應，適用於線上遊戲或高頻交易等系統。
相反，最佳化吞吐量對於批次系統來說是理想的選擇，其目標是隨著時間的推移最大化處理的資料量。
4. SQL 與 NoSQL 資料庫
SQL 資料庫（如 MySQL 和 PostgreSQL）經過結構化並強制執行嚴格的架構，使其成為複雜查詢和 ACID 合規性的理想選擇。
NoSQL 資料庫（例如 MongoDB 和 Cassandra）為非結構化或半結構化資料提供了更高的靈活性、可擴展性和速度。選擇取決於應用程式的資料模型、一致性要求和可擴展性需求。
5. 一致性與可用性（CAP 定理）
這是高級工程師應該記住的另一個重要的系統設計概念和權衡。
根據CAP定理，分散式系統只能保證三個屬性中的兩個：一致性、可用性和分區容錯性。
一致性確保所有節點同時看到相同的資料，而可用性意味著系統始終執行。
選擇一致性而不是可用性對於金融交易至關重要，而對於社交媒體來源，可用性可能優先。
6. 強一致性與最終一致性
強一致性保證了所有節點的資料即時同步，這對金融系統至關重要。
最終一致性允許資料在節點之間更新，略有延遲，從而提高效能和可用性。
這種方法適合可以接受臨時不一致的應用程式，例如社交媒體更新。
7. 直讀與直寫緩存
在直讀快取中，資料在讀取未命中時載入到快取中。此方法可減少快取污染，但可能會增加未快取資料的延遲。
在直寫式快取中，資料同時寫入快取和資料庫，保證了一致性，但會犧牲寫入效能。
8. 同步與非同步處理
同步處理要求每個任務在下一個任務開始之前完成，這可能會導致效率低下和延遲。
非同步處理允許多個任務同時執行，減少等待時間並增強系統回應能力，適合非阻塞 I/O 操作或並行處理。
9. 批次與流處理
批次以區塊的形式處理資料，非常適合工資單處理等任務，其中整個資料集會立即處理。
流處理處理連續的資料流，適合即時分析，其中即時資料處理至關重要。
10. 可擴展性與效能
可擴展性是指系統透過加入資源來處理不斷增長的工作量的能力。另一方面，性能是指系統處理任務的速度。
通常，增強可擴展性可能會因網路延遲和資料同步等開銷增加而導致效能下降。
因此，必須在容納更多用戶和保持快速回應時間之間取得平衡。
11. 長輪詢與 WebSockets
長輪詢允許客戶端等待來自伺服器的資料，這是資源密集的並且可能導致延遲。
WebSocket 提供持久的雙向連接，支援即時資料傳輸。
這對於聊天系統或即時儀表板等需要持續更新的應用程式來說是理想的選擇。
WebSocket 的另一個好處是它們在連接埠 80 上執行，該連接埠也被 HTTP 使用，因此幾乎總是開啟的。您不需要在防火牆上打開另一個端口，這意味著您不必與網路團隊打交道，從而減少麻煩。
12. 標準化與標準化非規範化
規範化透過將資料劃分到相關表中來減少資料冗餘並提高資料完整性。
但是，這可能會導致複雜的連接和較慢的讀取速度。
非規範化將資料合併到更少的表中，加快了讀取操作的速度，但引入了冗餘，這會使更新和維護變得複雜。
13. 單體架構與微服務架構
這種權衡可能是系統設計面試中最重要的一個。
整體架構涉及單一、統一的程式碼庫，簡化了開發和部署，但使擴展和維護具有挑戰性。
微服務將系統分解為獨立的服務，從而實現可擴展性和靈活性，但代價是增加了操作複雜性。
14. TCP 與 UDP
軟體開發人員的經典權衡。
TCP 提供可靠、有序且經過錯誤檢查的資料傳輸，使其適合 Web 瀏覽和檔案傳輸等應用程式。
相比之下，UDP 提供更快的無連接通信，但不保證交付或訂單，這使其成為在線遊戲或視訊串流等應用程式的理想選擇，這些應用程式的速度至關重要，偶爾的資料遺失也是可以接受的。
15.REST 與 GraphQL
REST 使用標準 HTTP 方法和端點，這些方法和端點簡單且可擴展，但可能會導致資料過度擷取或取得不足。
另一方面，GraphQL 允許客戶端準確地查詢他們需要的內容，減少傳輸的資料量並提高效能，特別是對於複雜或嵌套的資料需求。
12 個最佳系統設計面試資源
而且，這裡列出了最佳系統設計書籍、 線上課程和練習網站，您可以查看這些書籍，以便更好地為系統設計面試做好準備。這些課程中的大多數也回答了我在這裡分享的問題。
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DesignGuru 的 Grokking 系統設計課程：一個互動式學習平台，提供實作練習和真實場景，以增強您的系統設計技能。
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Codemia.io ：這是另一個練習面試系統設計問題的好平台。它有超過 120 多個系統設計問題，其中許多是免費的，而且它還有一個適當的結構來解決這些問題。
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ByteByteGo ：Alex Xu 的一本現場書籍和課程，用於系統設計面試準備。它包含《系統設計訪談》第 1 捲和第 2 卷的所有內容，並將隨即將推出的第 3 卷進行更新。
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Exponent ：一個專為面試準備的網站，特別是針對亞馬遜和谷歌等 FAANG 公司，他們還有很棒的系統設計課程和許多其他材料，可以幫助您破解 FAAN 面試
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Alex Xu 的《系統設計面試》 ：本書深入探討了系統設計概念、策略和麵試準備技巧。
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Martin Kleppmann 的「設計資料密集型應用程式」 ：綜合指南，涵蓋了設計可擴展且可靠的系統的原則和實踐。
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LeetCode 系統設計 標籤：LeetCode 是一個受歡迎的技術面試準備平台。 LeetCode 上的系統設計標籤包含各種需要練習的問題。
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GitHub 上的「系統設計入門」 ：精選的資源列表，包括文章、書籍和影片，可幫助您準備系統設計面試。
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Educative 的系統設計課程：一個互動式學習平台，提供實作練習和真實場景，可增強您的系統設計技能。
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高可擴展性部落格：該部落格包含有關高流量網站和可擴展系統架構的文章和案例研究。
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YouTube 頻道：請參閱「Gaurav Sen」和「Tech Dummies」等頻道，以取得有關係統設計概念和麵試準備的富有洞察力的影片。
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InterviewReddy.io ：該網站由前 Google 工程師、受歡迎的 YouTuber 和系統設計簡化課程的建立者 Gaurav Sen 建立。如果您打算參加 FAANG 面試，您也可以查看此網站。
image_credit --- ByteByteGo
您還應該記住，透過參與實際專案和參加模擬面試，將理論知識與實際應用結合。不斷的練習和學習將使您對系統設計面試充滿信心。
這就是每個開發人員都需要了解的15 個基本系統設計權衡。了解這些系統設計權衡對於架構師和開發人員至關重要，因為它們可以設計出穩健、可擴展且可維護的系統。
透過權衡每種方法的優缺點，人們可以做出符合技術和業務要求的明智決策。
無論您是針對效能、可擴展性還是一致性進行最佳化，認識到這些權衡都將幫助您建立更好的系統，以滿足用戶期望並應對未來的成長。
祝您面試一切順利！
原文出處：https://dev.to/somadevtoo/15-system-design-tradeoffs-for-software-developer-interviews-613
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