目次

Part 1
　Chapter 1　システム設計に関する概念を俯瞰する
　　1.1　トレードオフについての議論
　　1.2　あなたは本書を読むべきでしょうか？
　　1.3　本書の概要
　　1.4　前奏曲：システムのさまざまなサービスにおける、スケーリングについての簡単な議論
　　　1.4.1　始まり：アプリケーションの小規模な初期デプロイメント
　　　1.4.2　GeoDNSでのスケーリング
　　　1.4.3　キャッシングサービスの追加
　　　1.4.4　コンテンツ配信ネットワーク
　　　1.4.5　水平スケーラビリティとクラスタ管理、継続的インテグレーション、継続的デプロイメントについての簡単な議論
　　　1.4.6　機能的分割と横断的な関心の集約
　　　1.4.7　バッチあるいはストリーミングによる抽出、変換、書き出し（ETL）の処理
　　　1.4.8　その他の一般的なサービス
　　　1.4.9　クラウド vs ベアメタル
　　　1.4.10　サーバレス：Function as a Service（FaaS）
　　　1.4.11　結論：バックエンドサービスのスケーリング
　　まとめ
　Chapter 2　典型的なシステム設計面接の流れ
　　2.1　要件を明確にし、トレードオフについて議論する
　　2.2　API仕様の草案を作成する
　　　2.2.1　一般的なAPIエンドポイント
　　2.3　ユーザーとデータ間の接続と処理
　　2.4　データモデルを設計する
　　　2.4.1　複数のサービスがデータベースを共有することの欠点の例
　　　2.4.2　ユーザー更新の競合を防ぐために利用可能な技術
　　2.5　ロギング、モニタリング、アラート
　　　2.5.1　モニタリングの重要性
　　　2.5.2　オブザーバビリティ
　　　2.5.3　アラートへの対応
　　　2.5.4　アプリケーションレベルのロギングツール
　　　2.5.5　ストリーミングあるいはバッチ処理によるデータ品質の監査
　　　2.5.6　データ異常を検出するための異常検知
　　　2.5.7　検知されないエラーと監査
　　　2.5.8　オブザーバビリティに関する参考情報
　　2.6　検索バー
　　　2.6.1　導入
　　　2.6.2　Elasticsearchを用いた検索バーの実装
　　　2.6.3　Elasticsearchインデックスと取り込み
　　　2.6.4　SQLの代わりにElasticsearchを利用する
　　　2.6.5　サービスでの検索の実装
　　　2.6.6　検索に関する読み物
　　2.7　その他の議論
　　　2.7.1　アプリケーションの運用と拡張
　　　2.7.2　ほかのタイプのユーザーのサポート
　　　2.7.3　代替となるアーキテクチャの決定
　　　2.7.4　ユーザビリティとフィードバック
　　　2.7.5　エッジケースと新しい制約
　　　2.7.6　クラウドネイティブの概念
　　2.8　面接後の振り返りと評価
　　　2.8.1　面接後できるだけ早く振り返りを書く
　　　2.8.2　自己評価を書く
　　　2.8.3　言及しなかった詳細な事項
　　　2.8.4　面接のフィードバック
　　2.9　会社を面接する
　　まとめ
　Chapter 3　非機能要件
　　3.1　スケーラビリティ
　　　3.1.1　ステートレスサービスとステートフルサービス
　　　3.1.2　基本的なロードバランサーの概念
　　3.2　可用性
　　3.3　フォールトトレランス
　　　3.3.1　レプリケーションと冗長性
　　　3.3.2　前方誤り訂正と誤り訂正符号
　　　3.3.3　サーキットブレーカー
　　　3.3.4　指数バックオフとリトライ
　　　3.3.5　ほかのサービスのレスポンスのキャッシング
　　　3.3.6　チェックポインティング
　　　3.3.7　デッドレターキュー
　　　3.3.8　ロギングと定期的な監査
　　　3.3.9　バルクヘッドパターン
　　　3.3.10　フォールバックパターン
　　3.4　パフォーマンス／レイテンシとスループット
　　3.5　整合性
　　　3.5.1　フルメッシュ
　　　3.5.2　コーディネーションサービス
　　　3.5.3　分散キャッシュ
　　　3.5.4　ゴシッププロトコル
　　　3.5.5　ランダムリーダー選択
　　3.6　精度
　　3.7　複雑性と保守性
　　　3.7.1　継続的デプロイメント（CD）
　　3.8　コスト
　　3.9　セキュリティ
　　3.10　プライバシー
　　　3.10.1　外部サービス vs 内部サービス
　　3.11　クラウドネイティブ
　　3.12　さらなる参考情報
　　まとめ
　Chapter 4　データベースのスケーリング
　　4.1　ストレージサービスに関する簡単な前置き
　　4.2　データベースを使用する場合と避ける場合
　　4.3　レプリケーション
　　　4.3.1　レプリカの分散
　　　4.3.2　シングルリーダーレプリケーション
　　　4.3.3　マルチリーダーレプリケーション
　　　4.3.4　リーダーレスレプリケーション
　　　4.3.5　HDFSレプリケーション
　　　4.3.6　さらなる参考文献
　　4.4　シャーディングされたデータベースによるストレージ容量のスケーリング
　　　4.4.1　シャーディングされたRDBMS
　　4.5　イベントの集約
　　　4.5.1　単一層集約
　　　4.5.2　多層集約
　　　4.5.3　パーティショニング
　　　4.5.4　イベントの種類が非常に多い場合
　　　4.5.5　レプリケーションとフォールトトレランス
　　4.6　バッチおよびストリーミングETL
　　　4.6.1　簡単なバッチETLパイプライン
　　　4.6.2　メッセージング用語
　　　4.6.3　KafkaとRabbitMQ
　　　4.6.4　Lambdaアーキテクチャ
　　4.7　非正規化
　　4.8　キャッシング
　　　4.8.1　読み取り戦略
　　　4.8.2　書き込み戦略
　　4.9　別サービスとしてのキャッシング
　　4.10　異なる種類のデータのキャッシュの例とその手法
　　4.11　キャッシュの無効化
　　　4.11.1　ブラウザキャッシュの無効化
　　　4.11.2　キャッシングサービスでのキャッシュ無効化
　　4.12　キャッシュウォーミング
　　4.13　さらなる参考文献
　　　4.13.1　キャッシングの参考文献
　　まとめ
　Chapter 5　分散トランザクション
　　5.1　イベント駆動アーキテクチャ（EDA）
　　5.2　イベントソーシング
　　5.3　変更データキャプチャ（CDC）
　　5.4　イベントソーシングとCDCの比較
　　5.5　トランザクションスーパーバイザー
　　5.6　Saga
　　　5.6.1　コレオグラフィ
　　　5.6.2　オーケストレーション
　　　5.6.3　比較
　　5.7　その他のトランザクションタイプ
　　5.8　さらなる参考文献
　　まとめ
　Chapter 6　機能的分割のための共通サービス
　　6.1　サービスのさまざまな共通機能
　　　6.1.1　セキュリティ
　　　6.1.2　エラーチェック
　　　6.1.3　パフォーマンスと可用性
　　　6.1.4　ロギングと分析
　　6.2　サービスメッシュ／サイドカーパターン
　　6.3　メタデータサービス
　　6.4　サービスディスカバリ
　　6.5　機能的分割とさまざまなフレームワーク
　　　6.5.1　アプリの基本的なシステム設計
　　　6.5.2　Webサーバアプリケーションの目的
　　　6.5.3　Webとモバイルのフレームワーク
　　6.6　ライブラリ vs サービス
　　　6.6.1　言語に依存するか、テクノロジーに依存しないか
　　　6.6.2　レイテンシの予測可能性
　　　6.6.3　動作の予測可能性と再現性
　　　6.6.4　ライブラリのスケーリングに関する考慮事項
　　　6.6.5　その他の考慮事項
　　6.7　一般的なAPIパラダイム
　　　6.7.1　OSI（Open Systems Interconnection）参照モデル
　　　6.7.2　REST
　　　6.7.3　RPC（Remote Procedure Call）
　　　6.7.4　GraphQL
　　　6.7.5　WebSocket
　　　6.7.6　比較
　　まとめ

Part 2
　Chapter 7　Craigslistの設計
　　7.1　ユーザーストーリーと要件
　　7.2　API
　　7.3　SQLデータベーススキーマ
　　7.4　初期の高レベルアーキテクチャ
　　7.5　モノリス型アーキテクチャ
　　7.6　SQLデータベースとオブジェクトストアの使用
　　7.7　移行は厄介な作業である
　　7.8　投稿の書き込みと読み取り
　　7.9　機能的パーティショニング
　　7.10　キャッシング
　　7.11　CDN
　　7.12　SQLクラスタによる読み取りのスケーリング
　　7.13　書き込みスループットのスケーリング
　　　7.13.1　Kafkaのようなメッセージブローカーを使用する
　　7.14　電子メールサービス
　　7.15　検索
　　7.16　古い投稿の削除
　　7.17　モニタリングとアラート
　　7.18　これまでのアーキテクチャ議論のまとめ
　　7.19　その他の可能な議論トピック
　　　7.19.1　投稿の報告
　　　7.19.2　グレースフルデグラデーション（優雅な機能低下）
　　　7.19.3　複雑さ
　　　7.19.4　アイテムカテゴリ／タグ
　　　7.19.5　分析とレコメンデーション
　　　7.19.6　A/Bテスト
　　　7.19.7　サブスクリプションと保存された検索
　　　7.19.8　検索サービスへの重複リクエストを許可する
　　　7.19.9　検索サービスへの重複リクエストを避ける
　　　7.19.10　レートリミットの導入
　　　7.19.11　大量の投稿
　　　7.19.12　地域の規制
　　まとめ
　Chapter 8　レートリミットサービスの設計
　　8.1　レートリミットサービスの代替案とそれが実現不可能な理由
　　8.2　レートリミットを行わない場合
　　8.3　機能要件
　　8.4　非機能要件
　　　8.4.1　スケーラビリティ
　　　8.4.2　パフォーマンス
　　　8.4.3　複雑さ
　　　8.4.4　セキュリティとプライバシー
　　　8.4.5　可用性と耐障害性
　　　8.4.6　精度
　　　8.4.7　整合性
　　8.5　ユーザーストーリーと必要なサービスコンポーネントの議論
　　8.6　高レベルアーキテクチャ
　　8.7　ステートフルアプローチ／シャーディング
　　8.8　全てのカウントを各ホストに保存する
　　　8.8.1　高レベルアーキテクチャ
　　　8.8.2　カウントの同期
　　8.9　レートリミットアルゴリズム
　　　8.9.1　トークンバケット
　　　8.9.2　リーキーバケット
　　　8.9.3　固定ウィンドウカウンター
　　　8.9.4　スライディングウィンドウログ
　　　8.9.5　スライディングウィンドウカウンター
　　8.10　サイドカーパターンの採用
　　8.11　ロギング、モニタリング、アラート
　　8.12　クライアントライブラリで機能を提供する
　　8.13　さらなる参考文献
　　まとめ
　Chapter 9　通知／アラートサービスの設計
　　9.1　機能要件
　　　9.1.1　通知サービスはアップタイムモニタリングには適さない
　　　9.1.2　ユーザーとデータ
　　　9.1.3　受信者チャンネル
　　　9.1.4　テンプレート
　　　9.1.5　トリガー条件
　　　9.1.6　購読者、送信者グループ、受信者グループの管理
　　　9.1.7　ユーザー機能
　　　9.1.8　分析
　　9.2　非機能要件
　　9.3　初期の高レベルアーキテクチャ
　　9.4　オブジェクトストア：通知の設定と送信
　　9.5　通知テンプレート
　　　9.5.1　通知テンプレートサービス
　　　9.5.2　追加機能
　　9.6　スケジュールされた通知
　　9.7　通知アドレス指定グループ
　　9.8　購読解除リクエストの処理
　　9.9　配信失敗の処理
　　9.10　重複した通知に関するクライアント側の考慮事項
　　9.11　優先度
　　9.12　検索
　　9.13　モニタリングとアラート
　　9.14　通知／アラートサービスの可用性モニタリングとアラート
　　9.15　その他の議論可能なトピック
　　9.16　最終ノート
　　まとめ
　Chapter 10　データベースバッチ監査サービスの設計
　　10.1　なぜ監査が必要なのか?
　　10.2　SQLクエリの結果に対する条件文による検証の定義
　　10.3　シンプルなSQLバッチ監査サービス
　　　10.3.1　監査スクリプト
　　　10.3.2　監査サービス
　　10.4　要件
　　10.5　高レベルアーキテクチャ
　　10.5.1　バッチ監査ジョブの実行
　　10.5.2　アラートの処理
　　10.6　データベースクエリの制約
　　　10.6.1　クエリ実行時間の制限
　　　10.6.2　送信前のクエリ文字列のチェック
　　　10.6.3　ユーザーは早めにトレーニングを受けるべきである
　　10.7　同時に大量なクエリが実行されることを防止する
　　10.8　データベーススキーマメタデータのほかのユーザー
　　10.9　データパイプラインの監査
　　10.10　ロギング、モニタリング、アラート
　　10.11　その他の可能な監査タイプ
　　　10.11.1　データセンター間の整合性監査
　　　10.11.2　上流と下流のデータの比較
　　10.12　その他の議論可能なトピック
　　10.13　参考文献
　　まとめ
　Chapter 11　オートコンプリート／タイプアヘッド
　　11.1　オートコンプリートの用途
　　11.2　検索とオートコンプリート
　　11.3　機能要件
　　　11.3.1　オートコンプリートサービスの範囲
　　　11.3.2　いくつかのUXの詳細
　　　11.3.3　検索履歴の考慮
　　　11.3.4　コンテンツモデレーションと公平性
　　11.4　非機能要件
　　11.5　高レベルアーキテクチャの計画
　　11.6　重み付けトライアプローチと初期の高レベルアーキテクチャ
　　11.7　実装の詳細
　　　11.7.1　各ステップは独立したタスクであるべき
　　　11.7.2　ElasticsearchからHDFSに関連ログを取得する
　　　11.7.3　検索文字列を単語に分割し、ほかの単純な操作を行う
　　　11.7.4　不適切な単語をフィルタリングする
　　　11.7.5　ファジーマッチングとスペル修正
　　　11.7.6　単語のカウント
　　　11.7.7　適切な単語のフィルタリング
　　　11.7.8　頻出の新しい未知の単語の管理
　　　11.7.9　重み付けトライの生成と配布
　　11.8　サンプリングアプローチ
　　11.9　ストレージ要件の処理
　　11.10　単語ではなくフレーズの処理
　　　11.10.1　オートコンプリート候補の最大長
　　　11.10.2　不適切な候補のフィルタリング
　　11.11　ロギング、モニタリング、アラート
　　11.12　その他の考慮事項とさらなる議論
　　まとめ
　Chapter 12　Flickrの設計
　　12.1　ユーザーストーリーと機能要件
　　12.2　非機能要件
　　12.3　高レベルアーキテクチャ
　　12.4　SQLスキーマ
　　12.5　CDN上のディレクトリとファイルの整理
　　12.6　写真のアップロード
　　　12.6.1　クライアントでのサムネイル生成
　　　12.6.2　バックエンドでのサムネイル生成
　　　12.6.3　サーバサイドとクライアントサイドの両方の生成の実装
　　12.7　画像とデータのダウンロード
　　　12.7.1　リストページの整合性の取れた読み込み
　　12.8　モニタリングとアラート
　　12.9　その他のサービス
　　　12.9.1　プレミアム機能
　　　12.9.2　支払いと税金サービス
　　　12.9.3　検閲／コンテンツモデレーション
　　　12.9.4　広告
　　　12.9.5　パーソナライゼーション
　　12.10　その他の可能な議論トピック
　　まとめ
　Chapter 13　コンテンツ配信ネットワークの設計
　　13.1　CDNの利点と欠点
　　　13.1.1　CDNを使用する利点
　　　13.1.2　CDNを使用する欠点
　　　13.1.3　CDNを使用して画像を提供する際の予期せぬ問題の例
　　13.2　要件
　　13.3　CDNの認証と認可
　　　13.3.1　CDNにおける認証と認可のステップ
　　　13.3.2　キーローテーション
　　13.4　高レベルアーキテクチャ
　　13.5　ストレージサービス
　　　13.5.1　クラスタ内
　　　13.5.2　クラスタ外
　　　13.5.3　評価
　　13.6　一般的な操作
　　　13.6.1　読み取り／ダウンロード
　　　13.6.2　書き込み：ディレクトリ作成、ファイルアップロード、ファイル削除
　　13.7　キャッシュの無効化
　　13.8　ロギング、モニタリング、アラート
　　13.9　メディアファイルのダウンロードに関して議論できる事柄
　　まとめ
　Chapter 14　テキストメッセージングアプリの設計
　　14.1　要件
　　14.2　設計の第一歩
　　14.3　初期の高レベル設計
　　14.4　接続サービス
　　　14.4.1　接続の作成
　　　14.4.2　送信者のブロック
　　14.5　送信者サービス
　　　14.5.1　メッセージの送信
　　　14.5.2　その他の議論
　　14.6　メッセージサービス
　　14.7　メッセージ送信サービス
　　　14.7.1　導入
　　　14.7.2　高レベルアーキテクチャ
　　　14.7.3　メッセージ送信の手順
　　　14.7.4　いくつかの質問
　　　14.7.5　可用性の向上
　　14.8　検索
　　14.9　ロギング、モニタリング、アラート
　　14.10　その他の議論になる可能性のあるトピック
　　まとめ
　Chapter 15　Airbnbの設計
　　15.1　要件
　　15.2　設計に関する決定事項
　　　15.2.1　レプリケーション
　　　15.2.2　部屋が借りられる状態かを保持するためのデータモデル
　　　15.2.3　重複予約の処理
　　　15.2.4　検索結果にランダム性を導入する
　　　15.2.5　予約フロー中の部屋のロック
　　15.3　高レベルアーキテクチャ
　　15.4　機能的パーティショニング
　　15.5　リスティングの作成または更新
　　15.6　承認サービス
　　15.7　予約サービス
　　15.8　予約可能確認サービス
　　15.9　ロギング、監視、アラート
　　15.10　その他の議論可能なトピック
　　　15.10.1　規制との付き合い方
　　まとめ
　Chapter 16　ニュースフィードの設計
　　16.1　機能要件
　　16.2　高レベルアーキテクチャ
　　16.3　フィードを事前に準備する
　　16.4　検証とコンテンツモデレーション
　　　16.4.1　ユーザーのデバイス上の記事の変更
　　　16.4.2　記事のタグ付け
　　　16.4.3　モデレーションサービス
　　16.5　ロギング、モニタリング、アラート
　　　16.5.1　テキストだけでなく画像も提供する
　　　16.5.2　高レベルアーキテクチャ
　　16.6　その他の議論可能なトピック
　　まとめ
　Chapter 17　Amazonの売上トップ10の商品のダッシュボードの設計
　　17.1　要件
　　17.2　まず初めに考えること
　　17.3　初期の高レベルアーキテクチャ
　　17.4　集計サービス
　　　17.4.1　商品IDによる集計
　　　17.4.2　ホストIDと商品IDのマッチング
　　　17.4.3　タイムスタンプの保存
　　　17.4.4　ホスト上の集計プロセス
　　17.5　バッチパイプライン
　　17.6　ストリーミングパイプライン
　　　17.6.1　単一ホストでのハッシュテーブルとmax-heap
　　　17.6.2　複数のホストへの水平スケーリングと多層集計
　　17.7　近似
　　　17.7.1　Count-Min Sketch
　　17.8　Lambdaアーキテクチャを使用したダッシュボード
　　17.9　Kappaアーキテクチャアプローチ
　　　17.9.1　LambdaアーキテクチャとKappaアーキテクチャの比較
　　　17.9.2　ダッシュボードのKappaアーキテクチャ
　　17.10　ロギング、モニタリング、アラート
　　17.11　その他の議論可能なトピック
　　17.12　参考文献
　　まとめ

Appendix
　Appendix A　モノリスとマイクロサービス
　　A.1　モノリスの利点
　　A.2　モノリスの欠点
　　A.3　マイクロサービスの利点
　　　A.3.1　製品要件／ビジネス機能のアジャイルかつ迅速な開発とスケーリング
　　　A.3.2　モジュール性と置換可能性
　　　A.3.3　障害の分離と耐障害性
　　　A.3.4　所有権と組織構造
　　A.4　サービスの欠点
　　　A.4.1　コンポーネントの重複
　　　A.4.2　追加コンポーネントの開発と維持のコスト
　　　A.4.3　分散トランザクション
　　　A.4.4　参照整合性
　　　A.4.5　複数のサービスにまたがる機能開発とデプロイメントの調整
　　　A.4.6　インターフェイス
　　A.5　参考文献
　Appendix B　OAuth 2.0認可とOpenID Connect認証
　　B.1　認可と認証
　　B.2　前置き：シンプルなログイン、cookieベースの認証
　　B.3　シングルサインオン
　　B.4　シンプルなログインの欠点
　　　B.4.1　複雑さと保守性の欠如
　　　B.4.2　部分的な認可がない
　　B.5　OAuth 2.0フロー
　　　B.5.1　OAuth 2.0の用語
　　　B.5.2　初期のクライアントセットアップ
　　　B.5.3　バックチャンネルとフロントチャンネル
　　B.6　その他のOAuth 2.0フロー
　　B.7　OpenID Connect認証
　Appendix C　C4モデル
　Appendix D　2フェーズコミット（2PC）