本文以一个模拟面试场景展开，深入探讨了如何设计一个支持每日亿级写入和 10 万 QPS 的 MySQL 高并发架构。文章通过五大关卡层层递进，从分库分表、分片键选择、读写分离、多级缓存，到缓存一致性解决热点问题，再到冷热数据分离和在线 DDL 等核心问题进行了详细分析。作者不仅指出了每一步的解决方案，还阐述了背后的原理和权衡考量，强调了从“代码实现者”到“架构师”的思维转变，为读者提供了构建高可用、高性能分布式系统设计的实践指导和思想启发。
如果你是一位后端工程师，你一定明白，从能写一手熟练的SQL，到能驾驭一个高并发、海量数据的系统，中间隔着一道巨大的鸿沟。这道鸿沟，就是“架构设计能力”。
在如今的面试中，尤其是高级岗位的面试，面试官早已不满足于考察你是否知道“索引为什么用B+树”。他们更想知道，当流量的洪水涌来时，你是否能筑起一道坚固的堤坝。
下面，我们就来完整拆解一个源自真实业务的高压面试场景。它不是孤立的知识点问答，而是一场对系统设计能力的终极考验。
场景降临：一个无法回避的挑战
想象一下，你走进面试室，在和面试官进行了简短的交流后，他抛出了这样一个问题：
“我们来聊个有挑战的场景。假设你来负责一个核心系统的数据库架构设计，这个系统有几个鲜明的特点：
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业务：一个国民级App的计费日志系统，或者类似朋友圈的动态（Feed）流。
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写入：压力极大，核心单表每天的新增数据会达到1亿条。
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读取：同样惊人，高峰QPS预计会摸高到10万次/秒，读请求占绝对大头。
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数据：典型的时序数据，持续增长，几乎没有更新和删除。查询维度通常是用户ID和时间范围。
很明显，单体MySQL在这里撑不过一天。现在，请你从数据库架构师的角度，给出一个完整的优化方案，并告诉我们，你为什么这么设计。”
这个问题一出，气氛立刻变得严肃起来。这不再是“纸上谈兵”，而是一场真刀真枪的架构攻防战。
关卡拆解：五大核心问题的深度拷问
一个经验丰富的面试官，会通过一系列追问，层层递进，探知你的技术深度。
第一关：地基之争 —— Partitioning 还是 Sharding？
“每天1亿的新增数据，单表扛不住是肯定的。要解决存储瓶颈，你是打算用分区表（Partitioning）还是水平分表（Sharding）？说说你的选择和理由。”
这个问题看似是二选一，实则是一道“送命题”。
一个优秀的回答应该毫不犹豫地选择水平分表（Sharding）。理由很简单：分区表本质上只是将一个大表的数据块按规则（如按月）存放在不同的物理文件中，但它所有的数据和索引依然在同一台服务器上。面对每天1亿、一年超365亿的增量，任何单机的磁盘I/O和容量都会被迅速打穿。分区表解决不了物理极限的问题，而水平分表，才是将数据和压力分散到不同服务器的“屠龙之术”。
如果你能进一步指出分区表在超大数据量下，其元数据管理本身也会成为新的瓶颈，那无疑会是一个加分项。
第二关：蓝图绘制 —— 分片键、数量与架构选型
“好，既然定了水平分表。那具体怎么做？分片键（Sharding Key）怎么选？大概要分多少个片？用客户端分片还是中间件分片？”
这个问题将考察点从“做什么”推向了“怎么做”，直击落地细节。
一个经得起推敲的回答需要包含以下几点：
1）分片键
紧扣“查询多基于用户ID”的线索，选择user_id作为分片键是顺理成章的。这能保证同一个用户的数据落在同一个库里，完美避免了代价高昂的跨库查询。更进一步，你还需要考虑到潜在的“数据倾斜”问题（如大V用户的数据量远超普通人），并给出初步的应对思路。
2）分片数量
这不是一个凭感觉的数字，而是一个需要量化估算的过程。可以这样推算：业界普遍认为MySQL单表在5000万到1亿行时性能较好。那么一年就需要(1亿/天 * 365天) / 5000万 ≈ 730个分片。考虑到业务增长和扩容的便利性，设计一个支持1024或2048个分片的方案会是更具前瞻性的选择。
3）架构选型
你需要清晰地对比两种主流方案的利弊。是选择在业务代码中集成的客户端分片（如Sharding-JDBC），它性能损耗小但与业务耦合；还是选择独立的中间件分片（如MyCAT），它对应用透明但增加了架构的复杂度和运维成本。这里的选择没有绝对的对错，关键在于你能否结合团队技术栈和业务发展阶段，给出合理的权衡。
第三关：流量洪峰 —— 如何优雅地应对10万QPS？
“写入和存储解决了，但还有10万的读取QPS。数据库肯定扛不住，你打算怎么设计来支撑这么高的读取性能？”
这是对系统整体吞吐能力的核心拷问。
答案必然指向两大经典武器：读写分离和多级缓存。你的回答不应只是名词的堆砌，而应该是一幅清晰的流量走向图：
1）读写分离
在每一个分片库的内部，再构建一主多从（Master-Slave）的集群。写请求只打到主库，而海量的读请求则由多个从库来分担。从库不够？加！这是水平扩展读取能力最直接的手段。
2）多级缓存
这是抵挡10万QPS的第一道，也是最强大的防线。一个请求的旅程应该是这样的：
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首先访问应用服务器的本地缓存（L1 Cache, 如Caffeine），速度最快。
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若未命中，则访问分布式缓存集群（L2 Cache, 如Redis）。绝大部分的读请求应该在这里被终结。
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只有当两级缓存全部“失守”，请求才被允许“穿透”到最后的数据库层。
第四关：架构之魂 —— 缓存一致性与热点难题
“聊到缓存，就避不开一致性。当数据发生变更时，你如何确保缓存和数据库的数据一致？另外，如果出现某个大V用户被频繁访问，形成了热点，你的缓存架构要如何应对？”
如果说前面的问题考验的是广度，那么这个问题考验的就是深度。
1）一致性
你需要熟练地阐述Cache-Aside Pattern（旁路缓存）这个经典模式：读时，先读缓存，没有再读库，然后回写缓存；写时，先更新数据库，然后删除缓存。为什么是删除而不是更新？因为删除操作更轻量，且能避免复杂场景下的数据不一致。
2）热点难题
这几乎是所有高并发系统的“阿喀琉斯之踵”。你需要像一位经验丰富的老兵，准确地识别并拆解三大“敌人”：
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缓存穿透（查不存在的数据）：用布隆过滤器在入口处进行拦截。
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缓存击穿（热点Key突然失效）：用分布式锁，确保在缓存重建时，只有一个线程去请求数据库。
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缓存雪崩（大量Key同时失效）：通过给缓存过期时间增加随机值，打散失效时间点来避免。
终极考验：远见与落地 —— 历史数据与在线变更
“几年后，数据会达到PB级。那些3年前的日志，访问频率极低，但一直放在MySQL里成本很高。你会怎么处理这些冷数据？另外，万一业务需要加个字段，你怎么在这么多分片上做DDL操作？”
这个问题考察的是架构师的远见、成本意识和在“高速飞行的飞机上换引擎”的能力。
1）冷热分离
你需要展现出数据生命周期管理的思维。将超过一定期限（如一年）且访问频率极低的“冷数据”，从昂贵的MySQL集群中归档到成本更低的存储系统，如HBase、ClickHouse或是云厂商的对象存储（OSS/S3）。这既是为核心库“减负”，也是为公司“省钱”。
2）在线DDL
直接在分片大表上执行ALTER TABLE是一个灾难性的操作。你必须知道，这需要借助gh-ost或pt-online-schema-change这样的专业工具，通过创建“影子表”的方式，在不锁主表、不影响线上业务的前提下，完成平滑的表结构变更。
结语：从“答题者”到“架构师”
如果你能一路过关斩将，清晰且有条理地回答完以上所有问题，那么你所展示的，早已不是一个“代码实现者”的技能，而是一位优秀架构师所必备的全局视野、权衡能力和实战经验。
在技术的道路上，真正的成长，往往就体现在这些从点到面的思考跃迁中。而卓越的系统，也正是在对每一个“如果……”的深思熟虑中，被精心打磨出来的。
作者丨Fox
来源丨公众号：Fox爱分享（ID：dcl_yc）
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