设计一个架构师面试题时，需要确保题目能够全面考察候选人的技术能力、架构思维、问题解决能力和团队协作能力。
面试题：设计一个大规模在线教育平台
背景描述
你正在为一家大型在线教育平台设计架构。该平台需要支持数百万用户同时在线学习，提供直播课程、录播课程、在线测试、互动讨论等功能。平台需要具备高可用性、可扩展性和高性能。
需求
- 用户管理：支持用户注册、登录、个人信息管理等功能。
- 课程管理：支持课程的创建、编辑、发布、分类等功能。
- 直播功能：支持实时直播课程，包括推流、拉流、录制等功能。
- 录播功能：支持上传、存储和播放录播课程。
- 在线测试：支持创建、发布和批改在线测试。
- 互动讨论：支持用户之间的实时互动和讨论。
- 支付系统：支持多种支付方式，包括信用卡、支付宝、微信支付等。
- 监控与日志：实时监控系统性能，收集和分析日志。
问题
- 架构设计
- 整体架构图：请设计一个整体架构图，包括各个模块及其交互关系。
- 技术选型：请说明每个模块的技术选型及其原因。
- 高可用性：如何保证系统的高可用性？请详细描述。
- 可扩展性：如何保证系统的可扩展性？请详细描述。
- 数据库设计
- 数据库分片：请设计数据库分片策略，包括分片键的选择和分片规则。
- 读写分离：请设计读写分离策略，包括主从复制的配置和管理。
- 索引优化：请设计索引策略，包括哪些字段需要创建索引及其原因。
- 缓存设计
- 缓存策略：请设计缓存策略，包括哪些数据需要缓存及其原因。
- 缓存更新策略：请设计缓存更新策略，包括写通、写回或双写。
- 缓存淘汰策略：请设计缓存淘汰策略，包括 LRU、LFU 或 TTL。
- 负载均衡
- 负载均衡策略：请设计负载均衡策略，包括软件负载均衡和硬件负载均衡。
- 自动伸缩：请设计自动伸缩策略，包括如何监控负载并自动调整实例数量。
- 安全性
- 认证与授权：请设计认证与授权机制，包括 OAuth2 和 JWT。
- 数据加密：请设计数据加密策略，包括传输加密和存储加密。
- 监控与日志
- 监控系统：请设计监控系统，包括 Prometheus 和 Grafana。
- 日志系统：请设计日志系统，包括 ELK Stack 或 Fluentd。
- 容错机制
- 重试机制：请设计重试机制，包括指数退避。
- 熔断器：请设计熔断器机制，防止故障扩散。
- 支付系统
- 支付网关：请设计支付网关，支持多种支付方式。
- 支付安全：请设计支付安全策略，包括防止欺诈和确保支付安全。
示例回答结构
1. 架构设计
- 整体架构图：使用 Visio 或 Lucidchart 绘制架构图，包括用户管理、课程管理、直播、录播、在线测试、互动讨论、支付系统等模块。
- 技术选型：
- 用户管理：Spring Boot + Spring Security
- 课程管理：Spring Boot + MySQL
- 直播：Nginx + RTMP Module
- 录播：AWS S3 + CloudFront
- 在线测试：Spring Boot + Redis
- 互动讨论：WebSocket + Redis
- 支付系统：Spring Boot + Stripe
- 监控与日志：Prometheus + Grafana + ELK Stack
- 高可用性：
- 使用 Kubernetes 进行容器编排，确保服务的高可用性。
- 使用主从复制和读写分离保证数据库的高可用性。
- 可扩展性：
- 使用微服务架构，每个服务独立部署和扩展。
- 使用自动伸缩策略，根据负载动态调整实例数量。
2. 数据库设计
- 数据库分片：
- 分片键选择：用户ID、课程ID
- 分片规则：按用户ID哈希分片
- 读写分离：
- 主从复制配置：使用 MySQL 的主从复制功能。
- 管理：使用 ProxySQL 或 MaxScale 进行读写分离。
- 索引优化：
- 用户表：在用户名、邮箱字段上创建索引。
- 课程表：在课程名称、分类字段上创建索引。
3. 缓存设计
- 缓存策略：
- 用户信息、课程信息、热门课程列表等。
- 缓存更新策略：
- 写通：用户信息更新后立即更新缓存。
- 缓存淘汰策略：
- 使用 LRU 策略，淘汰最近最少使用的数据。
4. 负载均衡
- 负载均衡策略：
- 使用 Nginx 进行软件负载均衡。
- 自动伸缩：
- 使用 Kubernetes 的 Horizontal Pod Autoscaler 根据 CPU 使用率自动调整实例数量。
5. 安全性
- 认证与授权：
- 使用 OAuth2 进行认证，JWT 进行授权。
- 数据加密：
- 使用 HTTPS 加密数据传输。
- 对敏感数据（如密码）进行加密存储。
6. 监控与日志
- 监控系统：
- 使用 Prometheus 监控系统性能，Grafana 进行可视化。
- 日志系统：
- 使用 ELK Stack 收集和分析日志。
7. 容错机制
- 重试机制：
- 使用指数退避策略，重试失败的网络请求。
- 熔断器：
- 使用 Hystrix 或 Resilience4j 实现熔断器机制。
8. 支付系统
- 支付网关：
- 使用 Stripe 或 PayPal 作为支付网关。
- 支付安全：
- 使用 HTTPS 加密支付请求。
- 实现防欺诈策略，如监控异常支付行为。
通过这样的面试题，可以全面考察候选人的技术能力、架构思维和解决问题的能力。