Design Netflix
case study: Netflix
我们来设计一个类似 Netflix 的视频流媒体服务，对标 Amazon Prime Video、Disney Plus、Hulu、YouTube、Vimeo。
What is Netflix?
Netflix 是订阅制流媒体平台，用户可在 web / iOS / Android / TV 等设备观看内容。
Requirements
Functional requirements
- 用户可观看与分享视频
- 内容团队（或用户）可上传内容
- 支持搜索（title / tags）
- 支持评论
Non-Functional requirements
- 高 availability，低 latency
- 高 reliability，上传不丢
- 可扩展、高效
Extended requirements
- Geo-blocking
- 断点续播
- Metrics & analytics
Estimation and Constraints
注意：和面试官确认规模假设。
Traffic
假设 1B 用户，200M DAU，每人每天看 5 个视频：
$$ 200 \space million \times 5 \space videos = 1 \space billion/day $$
读写比 200:1，上传 5M/day：
$$ \frac{1}{200} \times 1 \space billion = 5 \space million/day $$
RPS
$$ \frac{1 \space billion}{(24 \space hrs \times 3600 \space seconds)} = \sim 12K \space requests/second $$
Storage
视频平均 100MB：
$$ 5 \space million \times 100 \space MB = 500 \space TB/day $$
10 年约 1,825 PB：
$$ 500 \space TB \times 365 \space days \times 10 \space years = \sim 1,825 \space PB $$
Bandwidth
$$ \frac{500 \space TB}{(24 \space hrs \times 3600 \space seconds)} = \sim 5.8 \space GB/second $$
High-level estimate
| Type | Estimate |
|---|---|
| Daily active users (DAU) | 200 million |
| Requests per second (RPS) | 12K/s |
| Storage (per day) | ~500 TB |
| Storage (10 years) | ~1,825 PB |
| Bandwidth | ~5.8 GB/s |
Data model design
users：用户信息
videos：title、streamURL、tags、userID
tags：标签
views：播放记录
comments：评论
选什么 database？
建议拆分为多服务，各自拥有表。可用 PostgreSQL 或 Apache Cassandra。
API design
Upload a video
uploadVideo(title: string, description: string, data: Stream<byte>, tags?: string[]): boolean
Streaming a video
streamVideo(videoID: UUID, codec: Enum<string>, resolution: Tuple<int>, offset?: int): VideoStream
Search for a video
searchVideo(query: string, nextPage?: string): Video[]
Add a comment
comment(videoID: UUID, comment: string): boolean
High-level design
Architecture
采用 microservices：
User Service：auth + user info
Stream Service：视频流播放
Search Service：搜索
Media Service：上传与处理
Analytics Service：指标与分析
Inter-service communication
REST/HTTP 或 gRPC + Service discovery / service mesh。
Video processing
- File Chunker：按 scene 或时间切 chunk
- Content Filter：版权/NSFW 检测，问题放 DLQ
- Transcoder：FFmpeg / AWS MediaConvert
- Quality Conversion：多分辨率输出，存 HDFS / object storage
用 message queue 解耦处理流程。
Video streaming
使用 CDN。Netflix 的 Open Connect 本质是自建 CDN。
支持 HLS 等自适应码率。断点续播用 offset。
Searching
Sharing
可用 URL shortener 服务。
Detailed design
Data Partitioning
Sharding + Consistent hashing。
Geo-blocking
用 IP 或地区配置，配合 CloudFront 或 Route53 地理策略。
Recommendations
用 ML / Collaborative Filtering，参考 Netflix research。
Metrics and Analytics
用 Apache Spark。
Caching
缓存静态内容，LRU eviction，cache miss 回源。
Media streaming and storage
CDN
Identify and resolve bottlenecks
提升 resilience：多实例、load balancers、DB replicas、分布式 cache 多副本。