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拍脑袋估算法

拍脑袋估算法​

定义：一种快速评估系统规模与资源需求的粗略估算技术，常用于架构设计初期。 目标：帮助系统设计者“感知”系统负载、流量、存储、带宽等需求的数量级，以指导后续设计方案。

1. 场景指标​

1.1 数据量单位​

info

字节 (Byte)：是基本单位，1 字节 = 8 位（bit）。

1 个 ASCII 字符 = 1 字节。

次方 (Power)近似值（Approximate）全称（Full name）简称（Short name）
2¹⁰≈ 1 千（Thousand）1 千字节（Kilobyte）1 KB
2²⁰≈ 100 万（Million）1 兆字节（Megabyte）1 MB
2³⁰≈ 10 亿（Billion）1 千兆字节（Gigabyte）1 GB
2⁴⁰≈ 1 万亿（Trillion）1 太字节（Terabyte）1 TB
2⁵⁰≈ 1000 万亿（Quadrillion）1 拍字节（Petabyte）1 PB

1.2 典型计算机操作耗时分级​

CPU缓存 > 内存 > 网络 > 磁盘 > 跨洋通信：操作速度依次降低，耗时呈指数级上升。

操作名称耗时（数量级）说明
L1 缓存引用0.5 纳秒 (ns)极快，CPU 最近一级缓存
分支预测失败5 ns会导致 CPU pipeline 回退，耗时增加
L2 缓存引用7 ns稍慢于 L1，但仍非常快
互斥锁加/解锁100 ns用于线程同步的原语，耗时比缓存高
主内存访问100 ns比缓存慢一个数量级
Zippy 压缩 1KB10 微秒 (µs)耗时微秒级，CPU 密集型操作
通过 1Gbps 网络传输 2KB 数据20 µs网络开销开始显现
内存中顺序读取 1MB250 µs大块数据时内存吞吐限制开始显现
数据中心内网络往返延迟500 µs一次 Ping 或 RPC 往返时间
磁盘寻道（机械硬盘）10 毫秒 (ms)随机访问，极慢
从网络读取 1MB 数据10 ms顺序传输也较慢，受带宽与延迟影响
从磁盘顺序读取 1MB 数据30 ms顺序访问较快但仍远慢于内存
跨洋往返一次（CA ↔ 荷兰）150 ms典型跨洲网络 RTT

1.3 高可用​

可用性等级每天最多停机每周最多停机每月最多停机每年最多停机
99%14.40 分钟1.68 小时7.31 小时3.65 天
99.99%8.64 秒1.01 分钟4.38 分钟52.60 分钟
99.999%0.864 秒6.05 秒26.30 秒5.26 分钟
99.9999%86.4 毫秒0.604 秒2.63 秒31.56 秒

2. 常见估算维度​

维度说明
QPS每秒请求数（Queries Per Second），衡量系统吞吐能力
存储容量日数据量 × 保存天数
带宽数据传输量/单位时间，决定网络需求
并发用户数活跃用户中同时在线或发起请求的比例
热点数据一段时间内频繁访问的数据，占总数据的比例

3. 常见假设公式与估算方法​

  • 默认值参考
假设维度常用默认值/经验值
每用户每日请求10 ~ 100 次
并发比例1% ~ 10%
单次请求大小1KB ~ 10KB（视接口数据而定）
日活 DAU10% ~ 30% × 注册用户数
热数据占比10% ~ 20%
日志保留周期7天 / 30天 / 180天 等
  • 用户活跃度类指标
指标全称含义举例应用场景
MAUMonthly Active Users月活跃用户数，30 天内至少登录过一次的用户某社交平台月活 3 亿衡量平台整体规模与渗透率
WAUWeekly Active Users周活跃用户数，7 天内活跃用户游戏产品周活 500 万活跃粘性分析、运营活动判断
DAUDaily Active Users日活跃用户数，日均使用平台的用户数量电商平台日活 5000 万衡量日常用户粘性、负载基线
DAU/MAU活跃比（粘性）日活 / 月活，反映用户活跃度与粘性通常 20% ~ 40%DAU 高于 MAU 的 1/3 则表示高粘性
  • 系统负载类指标
指标含义举例应用场景
QPSQueries Per Second，每秒处理请求数5000 QPS 的 Web 接口核心接口性能评估，负载测试基准
TPSTransactions Per Second，每秒事务处理数1000 TPS 的支付网关交易系统吞吐能力设计
并发数（Concurrency）同一时刻系统同时处理的请求数秒杀活动同时 10 万人在线后端连接池、线程池配置依据
响应时间（Latency）每次请求的处理时间，常见 P95/P99P99 = 120ms 表示 99% 请求在 120ms 内完成性能 SLA 指标，用户体验保障
  • 存储类指标
指标含义举例应用场景
数据增长率每日/每月产生数据量每日新增日志 100GB数据仓库扩容、分区规划
热数据比例高频访问数据占比10% 数据占 90% 请求缓存设计、冷热分层
存储保留期数据保留多长时间日志保留 90 天存储成本、合规需求评估
  • 网络与通信类指标
指标含义举例应用场景
带宽（Bandwidth）单位时间内传输数据总量（MBps、Gbps）视频系统出口带宽 5GbpsCDN、负载均衡、数据上云
RTT（Round Trip Time）客户端与服务端一次请求-响应的总耗时CA 到荷兰 RTT ≈ 150ms网络延迟评估、跨地域架构设计
丢包率网络中数据包丢失的比例0.1% 被视为异常实时通信、直播、音视频质量保障
  • 传输速率易混淆
info

网络用 Gbps（位）为主，硬盘用 GB/s（字节）为主；传输时别忘 8 倍换算！

项目5Gbps5GB/s
全称5 Gigabits per second5 Gigabytes per second
中文每秒传输 5 吉比特每秒传输 5 吉字节
单位换算1 Byte = 8 bits1 GB = 1024 MB
关系5Gbps = 0.625GB/s5GB/s = 40Gbps
场景使用单位举例
网络带宽Gbps（位）光纤宽带常见 1Gbps、10Gbps
存储传输GB/s（字节）NVMe SSD 读写速度 3.5GB/s
视频流量评估两者都可需要根据场景进行换算

3.1 用户上传图片​

  • 日活（DAU）：100 万
  • 每用户每天上传 2 张图，平均每张 200KB
  • 日请求：100万 × 2 = 200万次
  • 日数据量：200 万 × 200KB ≈ 400 GB
  • 月存储：400 GB × 30 ≈ 12 TB

3.2 直播平台​

  • 目标 DAU：1000 万

  • 高峰并发直播用户：50 万

  • 单个直播 QPS：5 次交互（弹幕、点赞等）

  • 峰值 QPS ≈ 50 万 × 5 = 250 万

  • 单日新增视频片段 200TB

  • 每段视频 20% 为高频访问，则 CDN 需缓存 40TB 热数据

3.3 Twitter 系统容量预估​

项目假设值
月活跃用户（MAU）3 亿
每日活跃用户占比50%（即 DAU = 1.5 亿）
每用户每日发推数量平均 2 条
含媒体的推文占比10%
数据保留时间5 年
指标估算值公式
日活跃用户 DAU1.5 亿
推文平均 QPS3,500QPS = 150,000,000 × 2 ÷ (24 × 3600) ≈ 3,500
峰值 QPS7,000假设峰值为 2 倍平均
每日媒体存储30 TB1.5 亿 × 2 × 10% = 3000 万条 ，3000 万 × 1 MB = 30 TB/天
5 年累计媒体存储~55 PB30 TB/天 × 365 × 5 ≈ 55 PB

3.4 网络带宽估算​

  • 日活跃用户 DAU：10,000,000（1千万）

  • 每人每天发帖数：10 条

  • 每条平均大小：1KB

# 总数据量
10,000,000 用户 × 10 条/人 × 1KB = 100,000,000 KB = 100,000 MB = 100 GB/天

# 24 小时均匀分布
100 GB/day ≈ 800 Gbit/day
一天 = 86400 秒
800,000 Mbit ÷ 86400 ≈ 9.26 Mbps

#  高峰期估算（按10%时间内完成）
10% 的时间段内（约 2.4 小时 = 8640 秒）
800,000 Mbit ÷ 8640 ≈ 92.6 Mbps

场景网络带宽需求
📅 平均分布≈ 9.26 Mbps
🚀 高峰写入（10%时间内）≈ 92.6 Mbps
🧱 再加 20% 预留（冗余、重试、元数据）建议准备 约 120 Mbps 的上行带宽
0%