📖 本篇简介：场景设计题考的是"把需求落成表结构和方案"——给你一个业务，你要能说出表怎么建、索引怎么加、怎么扩展。本篇精选 20 道高频场景设计题，覆盖短链、秒杀、Feed 流、计数器、分布式 ID、缓存、评论、分布式锁、多租户、附近查询、对账、滑动窗口限流等。前置知识：第 9、17、18、23、26 章；本系列示例基于 MySQL 8.0。
目录
- 1 场景设计答题框架
- 题目 1：设计一个短链接系统
- 题目 2：设计一个秒杀库存系统
- 题目 3：设计一个Feed时间线
- 题目 4：设计一个关注关系表
- 题目 5：设计一个点赞计数器
- 题目 6：设计订单分库分表方案
- 题目 7：设计一个优惠券系统
- 题目 8：设计分布式ID生成
- 题目 9：设计MQ与DB双写方案
- 题目 10：设计一个热点数据缓存
- 题目 11：设计一个评论系统
- 题目 12：设计一个分布式锁
- 题目 13：设计一个多租户SaaS库
- 题目 14：设计附近的人查询
- 题目 15：设计一个对账系统
- 题目 16：设计大报表聚合查询
- 题目 17：设计定时任务调度表
- 题目 18：设计数据归档方案
- 题目 19：设计多数据源路由
- 题目 20：设计滑动窗口限流
- 速查速记
- 常见坑与注意事项
- 复习清单
- 练习题
1 场景设计答题框架
场景设计别一上来就建表，按这个框架答：需求澄清 → 表结构 → 索引 → 扩展（缓存/分库/异步）→ 一致性与兜底。
| 步骤 | 要回答的问题 |
|---|---|
| 需求 | QPS、读写比、数据量、一致性要求 |
| 表结构 | 核心表、字段、状态机 |
| 索引 | where/order by 列、联合索引 |
| 扩展 | 缓存、分库分表、异步 |
| 兜底 | 幂等、对账、降级 |
题目 1：设计一个短链接系统
考点
- 短码生成；映射存储。
参考答案
1. 映射表：(short_code, long_url, created_at, expire_at)；
2. 短码唯一索引：short_code 主键/唯一；
3. 生成：发号器取 ID 转 62 进制，或哈希；
4. 跳转：查 long_url，302 重定向；
5. 访问统计：异步计数，不阻塞跳转。
-- 短链映射表，本示例基于 MySQL 8.0
CREATE TABLE t_short_link (
short_code VARCHAR(16) PRIMARY KEY, -- 短码，唯一
long_url VARCHAR(2048) NOT NULL,
expire_at DATETIME,
created_at DATETIME DEFAULT NOW()
);
追问
- 问：短码冲突？答：唯一索引 + 生成时冲突重试。
- 问：访问量大？答：长 URL 结果挡 Redis 缓存。
题目 2：设计一个秒杀库存系统
考点
- 防超卖；分层拦截。
参考答案
1. 前端限流 + 验证码挡机器人；
2. Redis 预扣：Lua 原子判断+扣减；
3. MQ 异步下单：DB 匀速消费；
4. DB 原子扣：WHERE stock>0 最终核对；
5. 对账：Redis 与 DB 库存定时校正。
追问
- 问：Redis 扣了下单失败？答：失败回补 Redis，异步补偿。
- 问：超卖兜底？答：DB 条件扣 + 对账。
题目 3：设计一个Feed时间线
考点
- 推/拉模式；收件箱。
参考答案
1. 发件箱：用户自己发的动态；
2. 收件箱：粉丝各自的时间线；
3. 推模式：发动态写进粉丝收件箱，读快；
4. 大V 走拉模式：避免写放大；
5. 存储：收件箱缓存 + 分表，正文存 MySQL/OSS。
追问
- 问：大V发动态？答：大V走拉模式，粉丝读时聚合。
- 问：已读未读？答：存上次拉取时间，不存逐条。
题目 4：设计一个关注关系表
考点
- 双向索引；唯一约束。
参考答案
1. 一行一条：(user_id, followee_id)；
2. 主键 (user_id, followee_id) 防重复；
3. 反向索引 followee_id 查粉丝；
4. 好友：双向都有记录；
5. 分页：按 ID 游标。
追问
- 问：要冗余粉丝表吗？答：高频大流量可冗余，接受异步同步。
- 问：拉黑怎么存？答：单独关系类型字段。
题目 5：设计一个点赞计数器
考点
- 计数高频写；合并。
参考答案
1. 点赞明细：(obj_id, user_id) 唯一，防重复赞；
2. 计数：Redis 维护点赞数，高频写；
3. 异步回写：计数定时刷 DB 汇总表；
4. 谁赞了：明细分页查；
5. 取消赞：明细删除 + Redis 减。
-- 点赞明细表，本示例基于 MySQL 8.0
CREATE TABLE t_like (
obj_id BIGINT, user_id BIGINT, created_at DATETIME DEFAULT NOW(),
PRIMARY KEY (obj_id, user_id) -- 一个对象一人只赞一次
);
追问
- 问：计数放 DB 行不行？答：高频写热点行锁，放 Redis。
- 问：Redis 丢计数？答：定时从明细 count 重建校正。
题目 6：设计订单分库分表方案
考点
- 分片键；路由。
参考答案
1. 按 user_id 哈希分 8/16 库；
2. 单表千万级；
3. 分布式 ID：趋势递增；
4. 商家维度：路由表/ES；
5. 扩容：双写迁移。
追问
- 问：跨分片查询？答：避免，复杂检索走 ES。
- 问：分片数怎么定？答：预留 2 的幂，控制单表千万内。
题目 7：设计一个优惠券系统
考点
- 模板 + 用户券；库存。
参考答案
1. 模板表：面额、库存、有效期；
2. 用户券表：谁领了、状态；
3. 领券原子扣库存；
4. 一人一单：UNIQUE(user_id, tpl_id)；
5. 过期定时处理。
追问
- 问：用券幂等？答：
WHERE status=未用，用过不能再用。 - 问：超发？答：库存条件扣 + 对账。
题目 8：设计分布式ID生成
考点
- 全局唯一；趋势递增。
参考答案
1. 号段模式：DB 一段段取，简单；
2. 雪花算法：时间戳+机器+序列，本地生成；
3. 时钟回拨：记录上次时间，回拨报错/等待；
4. 趋势递增：B+ 树顺序插入；
5. 高可用：号段库主从，雪花多机房机器位隔离。
追问
- 问：雪花机器位怎么分配？答：ZK/配置中心分配，避免冲突。
- 问：号段缺点？答：号段库是单点（主从兜底）。
题目 9：设计MQ与DB双写方案
考点
- 本地消息表。
参考答案
1. 同事务写业务表 + 消息表；
2. 后台扫消息表投递 MQ；
3. 消费幂等：按消息 ID；
4. 失败重试 + 死信；
5. 对账兜底。
追问
- 问：消息表和业务表不同库？答：用事务消息，不能本地事务。
- 问：消息顺序？答：同分片有序。
题目 10：设计一个热点数据缓存
考点
- Cache-Aside；防穿透击穿雪崩。
参考答案
1. 读：缓存 miss 查库回填；
2. 写：更库 + 删缓存；
3. 穿透：空值缓存/布隆；
4. 击穿：热点 key 互斥重建；
5. 雪崩：TTL 加随机。
追问
- 问：先更库还是先删缓存？答：先更库再删缓存。
- 问：删缓存失败？答：重试队列/binlog 订阅。
题目 11：设计一个评论系统
考点
- 按对象分片；分页。
参考答案
1. 按 obj_id 分表；
2. 评论游标分页；
3. 热门评论缓存；
4. 晒图 OSS；
5. 计数冗余：comment_count。
追问
- 问：评论数怎么统计？答：Redis 计数 + 冗余字段。
- 问：嵌套评论？答：二级回复树状/平铺。
题目 12：设计一个分布式锁
考点
- 加锁；释放；超时。
参考答案
1. Redis SET NX EX：加锁带过期；
2. 唯一 value：释放时校验 value 防误删；
3. Lua 原子释放；
4. 看门狗续期：业务长时自动续；
5. DB 锁：SELECT ... FOR UPDATE 也可但性能差。
-- Redis 分布式锁（伪代码）
SET lock:order:123 <uuid> NX EX 10 -- 加锁，10秒自动释放
-- 释放时Lua: if get==uuid then del
追问
- 问：锁超时业务没执行完？答：看门狗续期。
- 问：Redis 主从切换丢锁？答：RedLock 或接受极小概率。
题目 13：设计一个多租户SaaS库
考点
- 隔离级别。
参考答案
1. 独立库：隔离最强、成本高；
2. 共享库独立 schema：折中；
3. 共享库共享表 + tenant_id：成本低，所有查询带 tenant_id；
4. 行级隔离：tenant_id 建索引；
5. 选型：大客户独立库，小客户共享表。
追问
- 问：共享表怎么防串数据？答：所有 SQL 强制带 tenant_id。
- 问：大租户影响小租户？答：资源隔离/独立库。
题目 14：设计附近的人查询
考点
- 地理空间；Redis GEO。
参考答案
1. 实时用 Redis GEO：GEOADD/GEOSEARCH；
2. MySQL BBox 粗筛：经纬度范围 + 空间索引；
3. 精算距离：筛后 ST_Distance；
4. GeoHash 网格：查周边网格；
5. 缓存热门区域。
追问
- 问：为什么不全 MySQL？答：全表算距离慢，实时用 GEO。
- 问：网格跨边界？答：查自己+周围8格。
题目 15：设计一个对账系统
考点
- 三方核对；差异处理。
参考答案
1. 权威源：以交易/流水为准；
2. T+1 全量：夜间比对；
3. 差异清单：自动输出；
4. 自动补偿：可修的自动订正；
5. 人工工单：复杂差异。
追问
- 问：对账压在线库？答：迁从库/离线。
- 问：差异率高？答：停自动补偿，人工查根因。
题目 16：设计大报表聚合查询
考点
- 别在线库跑大聚合；预聚合。
参考答案
1. 别在 OLTP 跑大报表：拖垮在线；
2. 预聚合表：定时按天/维度汇总；
3. 数仓/ClickHouse：分析走列存；
4. 实时：流式预聚合；
5. 缓存结果：报表结果缓存。
追问
- 问：非要实时？答：预聚合 + 缓存，别现算。
- 问：预聚合表怎么建？答：按维度 group by 提前算好落表。
题目 17：设计定时任务调度表
考点
- 状态；防重；分片。
参考答案
1. 任务表：任务 ID、状态、下次执行时间；
2. 抢占执行：UPDATE ... SET status=执行中 WHERE id=? AND status=待执行；
3. 防重：状态条件抢占；
4. 失败重试；
5. 分片：多实例按 ID 取模抢不同任务。
-- 抢占一个待执行任务，本示例基于 MySQL 8.0
UPDATE t_job SET status = 1, update_time = NOW()
WHERE id = (SELECT id FROM t_job WHERE status = 0 LIMIT 1)
AND status = 0; -- 条件防多个实例抢到同一任务
追问
- 问：任务执行中宕机？答：超时扫描重置状态重新调度。
- 问：重复执行？答：状态条件抢占天然幂等。
题目 18：设计数据归档方案
考点
- 冷热分离；可恢复。
参考答案
1. 在线只留近 N 月；
2. 按时间分区：DROP 老分区；
3. 迁移校验后删；
4. 归档库可查；
5. 备份兜底。
追问
- 问：DELETE 大表？答：优先 DROP 分区/分批删。
- 问：归档后查不到？答：归档库提供只读入口。
题目 19：设计多数据源路由
考点
- 读写分离；分片路由。
参考答案
1. 主写从读：按 SQL 类型路由；
2. 分片路由：按分片键选库表；
3. 路由层：中间件或 SDK；
4. 写后读主：一致性读走主；
5. 故障切流：从库延迟大切回主。
追问
- 问：路由怎么实现？答：ShardingSphere 或自研动态数据源。
- 问：跨分片？答：业务规避，复杂检索走 ES。
题目 20：设计滑动窗口限流
考点
- 计数；窗口；Redis。
参考答案
1. 固定窗口：简单但临界突刺；
2. 滑动窗口：Redis ZSET 记录每次请求时间戳；
3. ZREMRANGEBYSCORE：清窗口外；
4. ZCARD：窗口内计数；
5. 超限拒绝。
追问
- 问：固定窗口缺点？答：窗口边界瞬间 2 倍流量。
- 问：更省内存？答：漏桶/令牌桶，或滑动日志近似。
速查速记
| 场景 | 核心方案 | 兜底 |
|---|---|---|
| 短链 | 短码映射表 | 唯一索引冲突重试 |
| 秒杀 | Redis预扣+MQ | DB条件扣+对账 |
| 计数器 | Redis+明细 | 定时重建 |
| 分布式锁 | SET NX EX+Lua | 看门狗续期 |
| 附近查询 | Redis GEO | BBox粗筛 |
| 限流 | ZSET滑动窗口 | 超限拒绝 |
| 报表 | 预聚合+数仓 | 别在线跑 |
| 对账 | T+1三方核对 | 差异工单 |
常见坑与注意事项
- 坑 1：计数器直接高频写 DB——热点行锁竞争，应放 Redis 异步回写；
- 坑 2：分布式锁不设过期——持有者宕机死锁，必须带 EX；
- 坑 3：大报表直接在线库跑聚合——拖垮 OLTP，预聚合/数仓；
- 坑 4：所有查询不带 tenant_id——多租户串数据；
- 坑 5：附近查询全表算距离——慢，用 Redis GEO/BBox；
- 注意：本题为通用场景设计，结合公开高频题型，不涉及具体公司业务。
复习清单
| 场景 | 关键 | 易错点 |
|---|---|---|
| 短链 | 短码唯一 | 跳转别阻塞 |
| 秒杀 | 分层拦截 | 别把洪峰打DB |
| 计数器 | Redis+明细 | 别高频写库 |
| 分布式锁 | NX+EX+校验value | 别误删别人锁 |
| 多租户 | tenant_id | 别漏条件 |
| 对账 | 权威源比对 | 别压在线库 |
| 归档 | 校验后删 | 别DELETE大表 |
| 限流 | 滑动窗口ZSET | 固定窗口临界突刺 |
练习题
练 1：设计一个点赞系统，要求防重复赞、能查点赞数、高并发不被热点行锁拖垮。
<details>
<summary>参考答案</summary>
点赞明细表 (obj_id, user_id) 主键唯一防重复赞；点赞计数放 Redis（INCR/DECR）抗高频写，定时从明细 count 回写 DB 汇总表；取消赞删除明细并 Redis 减计数；Redis 计数异常时用明细重建校正。
</details>
练 2：要求设计一个分布式锁，说明加锁和释放的关键细节。
<details>
<summary>参考答案</summary>
加锁：SET lock:key <唯一uuid> NX EX 10，NX 保证只有一个客户端拿到，EX 防死锁。释放：用 Lua 脚本先 GET 比对 uuid 再 DEL，避免误删别人的锁；业务执行时间可能超过锁过期时用看门狗自动续期。Redis 主从切换极端情况可能丢锁，强一致场景可用 RedLock 或接受极小概率。
</details>
下一篇预告：第 39 章 高频性能优化真题精讲
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