Trilha Engenharia de Sistemas Distribuídos: tudo o que estudar, tópico por tópico

Compreensão do teorema CAP — Consistência, Disponibilidade e Tolerância a Partições — e os trade-offs do mundo real que arquitetos de sistemas distribuídos precisam fazer quando ocorrem partições de rede

O espectro de garantias de consistência — da serializabilidade estrita a read-your-writes, monotonic reads e consistência de sessão — e quando cada uma é apropriada

Como sistemas eventualmente consistentes convergem, estratégias de resolução de conflitos incluindo last-write-wins e CRDTs, e os padrões de design de aplicação necessários para lidar com dados desatualizados

Linearizabilidade como a garantia de consistência de objeto único mais forte, seu custo em latência e disponibilidade, e a distinção em relação à serializabilidade para operações com múltiplos objetos

Arquiteturas de replicação single-leader, multi-leader e leaderless — seus caminhos de escrita e leitura, garantias de durabilidade e trade-offs operacionais

Os problemas causados pelo replication lag — violações de read-after-write, falhas de monotonic reads, violações de causalidade — e as técnicas para detectá-los e mitigá-los

Como sistemas distribuídos elegem e mantêm um líder — incluindo prevenção de split-brain, números de época, fencing e o papel de serviços externos de coordenação

Topologias de replicação multi-datacenter, topologias circular e estrela, conflitos de escrita e sistemas leaderless (estilo Dynamo) com quóruns ajustáveis

Estratégias de particionamento de dados — por faixa, por hash e baseada em diretório — incluindo prevenção de hotspots, rebalanceamento e os desafios de consultas entre shards

Como o hashing consistente distribui carga e dados entre nós, nós virtuais para melhorar o balanceamento e sua aplicação em caches e bancos de dados distribuídos

Algoritmos de balanceamento de carga — round-robin, least-connections, power-of-two-choices — verificação de saúde, afinidade de sessão e os trade-offs entre balanceamento de carga L4 e L7

Estratégias de invalidação de cache, prevenção de cache stampede, os padrões write-through vs write-behind vs cache-aside, e os desafios de consistência de cache distribuído

Projetar sistemas que toleram falhas de nós, partições de rede e falhas parciais — incluindo redundância, degradação graciosa, bulkheads e análise de modos de falha

Falhas bizantinas em que nós enviam informações conflitantes ou maliciosas, o Problema dos Generais Bizantinos, algoritmos de consenso BFT e sua aplicabilidade em sistemas de produção

Máquinas de estado de circuit breaker (closed/open/half-open), design de timeouts, estratégias de retry com exponential backoff e jitter para evitar thundering herd na recuperação

Mecanismos de backpressure (contrapressão) para evitar sobrecarga entre produtor e consumidor, estratégias de rate limiting, load shedding e reactive streams para pipelines com controle de fluxo

Trade-offs entre mecanismos de armazenamento B-tree e LSM-tree, amplificação de leitura, amplificação de escrita, amplificação de espaço e por que cada mecanismo se adequa a diferentes perfis de carga de trabalho

Como o write-ahead logging garante recuperação de falhas, a replicação baseada em WAL, checkpointing e a interação entre o WAL e a durabilidade do mecanismo de armazenamento

Estratégias de compactação de LSM-tree — size-tiered, leveled e FIFO — seu impacto na amplificação de leitura/escrita, no uso de espaço e nos picos de latência em produção

Layouts de armazenamento orientados a colunas, técnicas de compressão (run-length encoding, bitmap indexes), execução vetorizada e por que formatos colunares (Parquet, ORC) aceleram consultas analíticas

As propriedades de transação ACID (atomicidade, consistência, isolamento, durabilidade) contrastadas com BASE (Basically Available, Soft state, Eventual consistency) e as implicações de design de cada modelo

O protocolo two-phase commit para atomicidade distribuída, seus modos de falha (crash do coordenador, bloqueio) e o padrão saga como alternativa baseada em coreografia para transações de longa duração

Os protocolos de consenso Paxos e Raft para alcançar acordo na presença de falhas, replicação de log, coordenação baseada em líder e sistemas de produção que os implementam

Disseminação baseada em gossip para associação a cluster, detecção de falhas (protocolo SWIM) e epidemic broadcast — como protocolos descentralizados alcançam consistência eventual em clusters de grande escala