System Design Components You Must Know (องค์ประกอบ System Design ที่ต้องรู้)

1. Load Balancers

Load balancer คืออุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เป็น reverse proxy และกระจายทราฟฟิกของเครือข่ายหรือแอปพลิเคชันไปยังเซิร์ฟเวอร์หลายตัว Load balancers ใช้เพื่อเพิ่มความจุ (รองรับผู้ใช้พร้อมกัน) และความน่าเชื่อถือของแอปพลิเคชัน

  Client 1 ─┐
  Client 2 ─┼──► [ Load Balancer ] ──► Server 1
  Client 3 ─┘         │               Server 2
                       └─────────────► Server 3

Types of Load Balancers:

• Layer 4 (Transport Layer): กระจายทราฟฟิกโดยดูจาก IP addresses และ ports
• Layer 7 (Application Layer): กระจายทราฟฟิกโดยดูจากข้อมูลระดับแอปพลิเคชัน เช่น HTTP headers หรือ cookies

Common Load Balancing Algorithms:

• Round Robin: กระจายคำขอไปยังกลุ่มเซิร์ฟเวอร์ตามลำดับวนไปเรื่อยๆ
• Least Connections: ส่งทราฟฟิกไปยังเซิร์ฟเวอร์ที่มีการเชื่อมต่อ active น้อยที่สุด
• IP Hash: ใช้ IP address ของ client เพื่อกำหนดว่าเซิร์ฟเวอร์ใดจะได้รับคำขอ

2. Web Server

Web server คือระบบคอมพิวเตอร์ที่ประมวลผลคำขอผ่าน HTTP ซึ่งเป็นโปรโตคอลเครือข่ายพื้นฐานที่ใช้ในการเผยแพร่ข้อมูลบน World Wide Web

Common Web Servers:

• Nginx
• Apache

3. Cache (แคช)

Cache คือส่วนประกอบฮาร์ดแวร์หรือซอฟต์แวร์ที่จัดเก็บข้อมูลเพื่อให้สามารถตอบสนองคำขอข้อมูลนั้นในอนาคตได้เร็วขึ้น

                    ┌─────────┐
                    │  Cache  │
                    └────┬────┘
                         │
          Cache Hit ◄────┤────► Cache Miss
               │         │              │
               ▼         │              ▼
          [ App ] ◄───── ┘        [ Database ]
                                        │
                                   store in cache
                                        │
                                        ▼
                                    [ Cache ]

Caching Strategies:

• Cache-Aside: แอปพลิเคชันมีหน้าที่ในการอ่านและเขียนข้อมูลลงใน cache เอง
• Read-Through: Cache มีหน้าที่ในการอ่านข้อมูลจากฐานข้อมูลให้
• Write-Through: ข้อมูลจะถูกเขียนลงใน cache และฐานข้อมูลพร้อมกัน
• Write-Back: ข้อมูลจะถูกเขียนลงใน cache ก่อน แล้วจึงเขียนลงฐานข้อมูลแบบ asynchronously ในภายหลัง

Common Caching Technologies:

• Redis
• Memcached

4. Application Server

Application server คือเซิร์ฟเวอร์ที่โฮสต์แอปพลิเคชัน ทำหน้าที่จัดเตรียม framework สำหรับนักพัฒนาในการสร้างและรันแอปพลิเคชัน

5. Database Server

Database server คือเซิร์ฟเวอร์ที่ใช้แอปพลิเคชันฐานข้อมูลในการให้บริการข้อมูลแก่โปรแกรมคอมพิวเตอร์หรือคอมพิวเตอร์เครื่องอื่น ตามโมเดล client–server

Types of Databases:

• Relational (SQL): ข้อมูลถูกเก็บในตารางที่มีแถวและคอลัมน์ ตัวอย่าง: MySQL, PostgreSQL, Oracle
• NoSQL: ข้อมูลถูกเก็บในรูปแบบที่ไม่ใช่ตาราง ตัวอย่าง: MongoDB, Cassandra, DynamoDB

6. Distributed Messaging Systems

Distributed messaging systems ใช้เพื่ออำนวยความสะดวกในการสื่อสารระหว่างส่วนประกอบต่าง ๆ ของระบบแบบกระจาย (distributed system)

• Message Queue: โมเดลการสื่อสารแบบจุดต่อจุด (point-to-point) ที่ข้อความถูกส่งจากผู้ผลิต (producer) ไปยังผู้บริโภค (consumer) ตัวอย่าง: RabbitMQ, Amazon SQS
• Pub/Sub: โมเดล publish-subscribe ที่ข้อความถูก publish ไปยังหัวข้อ (topic) และได้รับโดย subscribers ทั้งหมดของหัวข้อนั้น ตัวอย่าง: Apache Kafka, Google Cloud Pub/Sub
• Streaming: โมเดลการประมวลผลข้อมูลแบบเรียลไทม์ที่ข้อมูลถูกประมวลผลในขณะที่ถูกสร้างขึ้น ตัวอย่าง: Apache Kafka, Amazon Kinesis

7. Distributed File Systems

Distributed file system คือระบบไฟล์ที่กระจายอยู่บนไฟล์เซิร์ฟเวอร์หรืออุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลหลายตัว

Common Distributed File Systems:

• Hadoop Distributed File System (HDFS)
• Google File System (GFS)
• Amazon S3

8. API (Application Programming Interface)

API คือชุดของกฎและโปรโตคอลสำหรับการสร้างและโต้ตอบกับแอปพลิเคชันซอฟต์แวร์

Common API Styles:

• REST (Representational State Transfer): สถาปัตยกรรมแบบ stateless ที่ใช้ HTTP methods (GET, POST, PUT, DELETE) ในการทำงานกับทรัพยากร
• RPC (Remote Procedure Call): Client จะเรียกใช้ procedure หรือฟังก์ชันบนเซิร์ฟเวอร์ระยะไกล
• GraphQL: ภาษา query สำหรับ APIs ที่อนุญาตให้ clients ขอข้อมูลที่ต้องการได้อย่างแม่นยำ

9. Content Delivery Networks (CDN)

CDN คือเครือข่ายของ proxy servers และศูนย์ข้อมูลที่กระจายอยู่ตามภูมิศาสตร์ เป้าหมายคือเพื่อให้มีความพร้อมใช้งานและประสิทธิภาพสูงโดยการกระจายบริการไปตามพื้นที่ที่ใกล้กับผู้ใช้ปลายทาง

  [ Origin Server ]
         │  (sync content)
  ┌──────┼──────────────┐
  │      │              │
  ▼      ▼              ▼
Edge(US) Edge(EU)  Edge(Asia)
  ▲                     ▲
  │                     │
User(US)           User(Thailand)
  (nearest edge)    (nearest edge)

10. Cloud Computing & Cloud Infrastructure

Cloud computing คือความพร้อมใช้งานตามความต้องการของทรัพยากรระบบคอมพิวเตอร์ โดยเฉพาะที่เก็บข้อมูลและพลังประมวลผล โดยที่ผู้ใช้ไม่ต้องจัดการเองโดยตรง

Cloud Service Models:

• Infrastructure as a Service (IaaS): ให้บริการทรัพยากรประมวลผลแบบเสมือนจริงผ่านอินเทอร์เน็ต
• Platform as a Service (PaaS): ให้บริการแพลตฟอร์มที่อนุญาตให้ลูกค้าพัฒนา รัน และจัดการแอปพลิเคชันโดยไม่ต้องยุ่งยากกับการสร้างและบำรุงรักษาโครงสร้างพื้นฐาน
• Software as a Service (SaaS): ให้บริการแอปพลิเคชันซอฟต์แวร์ผ่านอินเทอร์เน็ตโดยคิดค่าบริการแบบสมาชิก

11. Notifications and Alerts

Notifications และ alerts ใช้เพื่อแจ้งเตือนผู้ใช้หรือผู้ดูแลระบบเกี่ยวกับเหตุการณ์สำคัญในระบบ

Common Notification Channels:

• Email
• SMS
• Push notifications

12. Observability Tools

Observability คือความสามารถในการวัดสถานะภายในของระบบโดยการตรวจสอบผลลัพธ์ภายนอก

The Three Pillars of Observability:

• Logs: บันทึกของเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในระบบ
• Metrics: การแสดงข้อมูลในรูปแบบตัวเลขที่วัดได้ในช่วงเวลาหนึ่ง
• Traces: การแสดงภาพของชุดเหตุการณ์ที่สัมพันธ์กันแบบกระจาย ที่เข้ารหัสการไหลของคำขอตั้งแต่ต้นจนจบผ่านระบบแบบกระจาย

13. Full-Text Search

Full-text search คือเทคนิคในการค้นหาเอกสารที่เก็บไว้ในคอมพิวเตอร์หรือคอลเลกชันในฐานข้อมูลแบบ full-text

Common Full-Text Search Engines:

• Elasticsearch
• Apache Solr

14. API Gateway

API Gateway คือเซิร์ฟเวอร์พร็อกซีที่ทำหน้าที่เป็นจุดเข้าใช้งานเดียวสำหรับ API ทั้งหมดของระบบ

Common API Gateway Features:

• Authentication and authorization
• Rate limiting
• Request routing
• Response transformation