系統設計系列文19：深入探討 Follow 功能

昨天把 Database 拆成多個 Shard，解決了單一 Database 裝不下所有資料的問題。

今天把這個概念套用在一個具體場景上——Follow 功能，順便討論「業界到底怎麼做 Follow」，包含資料庫怎麼選、常見的演算法有哪些。

原本只能算 MVP

回想 Day 2，Follow 資料表只有三個欄位：

• Follow
  • id：BIGINT（Primary Key）
  • follower：BIGINT（Foreign Key → User.id）
  • followee：BIGINT（Foreign Key → User.id）

這樣的設計在使用者不多時完全沒問題，但那只是最陽春的 MVP，撐不住社群網路的真實規模。

問題出在哪：兩種查詢方向會打架

假設老川爆紅，追蹤者衝到幾千萬人，這時候常見的查詢有三種：

Pikachu 追蹤了誰？         → 查 follower = Pikachu
誰追蹤了老川？              → 查 followee = 老川
Pikachu 有沒有追蹤老川？    → 查 follower = Pikachu AND followee = 老川

Day 18 教我們把 Follow 表 Sharding，但不管用 follower 還是 followee 當 Shard Key，都只能讓其中一個方向變快：

用 follower 切，查「Pikachu 追蹤了誰」只要問一個 Shard；但查「誰追蹤 老川」得問每一個 Shard 再合併結果，這叫 Scatter-Gather，非常費時。反過來用 followee 切也一樣，只是情況相反。

單靠 SQL 加 Sharding 解決不了這個兩難，因此業界在做 Follow 這個功能，通常不會只靠一種資料庫。

Follow 系統的資料庫

中大型社群平台的 Follow 系統，通常是好幾種資料庫分工：

1. 關聯式資料庫 (RDBMS) — 儲存核心關係

• 適用場景：儲存最基礎的「追蹤者與被追蹤者」關聯表。
• 優缺點：
  • 優點：具備強大的 ACID 特性，保證「追蹤」這個動作的正確性
  • 缺點：當資料量達到數億等級時，複雜的 JOIN 操作或大規模查詢會導致效能嚴重下滑，必須依賴 Sharding

2. 鍵值與快取資料庫 (Key-Value / Cache)

• 適用場景：
  • 快取使用者的「追蹤名單」或「粉絲名單」（通常使用 Redis 的 Set 或 Sorted Set 結構）。
• 優缺點：
  • 優點：讀寫速度極快（微秒等級），能扛住社群平台每秒數十萬次的查詢
  • 缺點：資料存在記憶體中，成本較高且不適合做為唯一的永久儲存媒介

3. 圖形資料庫 (Graph Database)

• 適用場景：專門用來處理「二度關係」、「三度關係」或「共同好友推薦」（例如推薦你「朋友的朋友」）。
• 優缺點：
  • 優點：原生就是為了「節點（使用者）」與「邊（追蹤關係）」設計，查詢 Social Graph 的效能遠超傳統 SQL
  • 缺點：不適合用來處理大量常規的資料寫入，通常做為輔助推薦系統的次要資料庫

4. 寬列/分散式資料庫 (Wide-Column / NoSQL)

• 適用場景：像 Twitter (X) 或 Instagram 這類頂級規模的平台，需要儲存萬億級別的動態（Feed）與追蹤關聯。
• 優缺點：
  • 優點：寫入效能極高，支援無限制的 Horizontal Scaling，沒有 SPOF（Single Point of Failure）問題
  • 缺點：採用 Eventual Consistency，可能發生「我剛點追蹤，重新整理卻還沒顯示」的微小延遲。

業界做法

中大型社群平台的標準做法通常是：

1. 使用 MySQL / PostgreSQL 作為單一事實來源（Source of Truth），確保追蹤資料不遺失
2. 前端查詢時，一律由 Redis 提供 Cache 後的 follower/followee 列表，以達到極速回應
3. 利用非同步處理將數據更新到 Graph Database 進行好友推薦計算

這種混搭策略有個名字，叫 Polyglot Persistence，前面 Day 16 也有提到過。

綜合考量規模與需求後，我們的 PokeThreads 正式採用 SQL + Redis + Graph Database 三件套：

• SQL 顧正確性
• Redis 扛前線的即時查詢
• Graph Database 負責「共同好友」「你可能認識的人」這類深度關係運算

Wide-Column Store 則是到 Twitter、Instagram 那種等級時，才需要認真考慮的選項。

常見的演算法

雙向索引：解決 Scatter-Gather

如同前面提到的，善用 Cache 在 Redis 額外維護資料，這兩份清單各自用一個 Redis Set 儲存：

followers:{user_id}  → 誰追蹤了這個人
following:{user_id}  → 這個人追蹤了誰

實際建立資料的時候，Pikachu 追蹤 Charmander 這個動作，會同時觸發兩筆 Set 寫入：

SADD following:Pikachu   Charmander    # Pikachu 追蹤的人多了 Charmander
SADD followers:Charmander Pikachu      # Charmander 的粉絲多了 Pikachu

取消追蹤則是相反的操作，把兩邊的紀錄一起刪掉。

寫入時同時更新兩份資料，查詢時就能直接從對應的結構拿結果，不需要再次進行複雜的查表作業。

共同好友：Set 交集運算

「Pikachu 和 Charmander 有哪些共同好友」這種問題，如果 following:{user_id} 存的是 Redis Set，答案就是取兩個 Set 的交集：

SINTER following:Pikachu following:Charmander

Redis 原生支援 Set 交集運算，不需要自己寫迴圈比對，這也是 Redis 常被拿來實作「共同關注」功能的原因。

深度關係：Graph 走訪

如果要問「朋友的朋友的朋友」這種 N 度關係，SQL 的 JOIN 每多一層關係就慢一截，因為它本來就不是為了走訪關係鏈設計的。

Graph Database 把使用者當節點（Node）、Follow 當邊（Edge），查詢時用 Graph Traversal 演算法（例如 BFS）沿著邊直接找下去，不需要像 SQL 那樣自己 JOIN 數次，層數增加對它的影響也小很多，適合拿來算「共同好友」「你可能認識的人」。

Consistent Hashing：Wide-Column Store 怎麼切

Cassandra、ScyllaDB 這類 Wide-Column Store，內部切分資料的方式叫 Consistent Hashing，概念上跟 Day 18 的 Hash-based Sharding 都是用到 Hash，但多做了一件事：把節點跟資料都映射到同一個雜湊環上，新增節點時只需要搬動環上相鄰的一小段資料，不像固定公式的 Hash Sharding，一改除數就要全部重新搬家。

Consistent Hashing 的環狀結構跟加減節點的運作方式，Day 21 會搭配圖解完整拆解；有興趣先自行了解的話，也可以參考 GeeksforGeeks 的內容。

完整架構長這樣

把資料庫分工跟演算法擺在一起，寫入與讀取的路徑大致是：

Follow / Unfollow 先寫進 SQL 確保正確，再發布事件到 Message Queue（Day 12 介紹的老朋友），由背景 Worker 分別同步到 Redis 跟 Graph Database。

之後的查詢，追蹤／粉絲清單找 Redis，好友推薦找 Graph Database，SQL 只在背景默默扮演 Source of Truth，不直接扛前線流量。

小結

Follow 表看起來只是一張關聯表，但撐到真實規模時，需要：

• SQL：Source of Truth，靠 Day 18 的 Sharding 撐住規模
• Redis：雙向索引解決 Scatter-Gather，Set 交集運算做共同好友
• Graph Database：非同步處理深度關係推薦
• Wide-Column Store：規模再大一個量級時的終極選項，內部用 Consistent Hashing 切分

而這份 Follow 資料，正是 Feed 在組裝內容時最先要查的東西——Day 3 那支最陽春的 Fan-out on Read Query，第一步就是靠它找出「這個人追蹤了誰」。當 Follow 關係本身變得又大又複雜，Feed 原本的做法還撐得住嗎？這是明天會討論的問題。

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