PPL - TUGAS 9 - Desain Sistem Aplikasi Instagram

Nama: Muhammad Razan Athallah
NRP: 5025211008
Kelas: PPL A
Tahun: 2023/2024 (Genap)

Tugas kesembilan (pertemuan 13) merupakan latihan untuk membuat desain sistem aplikasi Instagram yang terdiri dari system requirements, estimasi kapasitas, HLD, LLD, dll. Referensi saya ambil dari: https://www.geeksforgeeks.org/design-instagram-a-system-design-interview-question/

Instagram adalah layanan jejaring sosial berbagi foto dan video Amerika yang dimiliki oleh Meta Platforms. Hal ini memungkinkan pengguna untuk mengunggah media yang dapat diedit dengan filter, diatur berdasarkan hashtag, dan dikaitkan dengan lokasi melalui penandaan geografis. Postingan dapat dibagikan secara publik atau dengan pengikut yang telah disetujui sebelumnya.

System Requirements

Persyaratan Fungsional

Pada persyaratan fungsional ini, hanya akan dibahas fitur-fitur instagram yang unik dan membedakan dari kebanyakan aplikasi. 

• Posting foto dan video: Pengguna dapat memposting foto dan video di Instagram. 
• Follow dan unfollow pengguna: Pengguna dapat mengikuti dan berhenti mengikuti pengguna lain di Instagram. 
• Like dan unlike postingan: Pengguna dapat menyukai atau tidak menyukai postingan dari akun yang mereka ikuti. 
• Cari foto dan video: Pengguna dapat mencari foto dan video berdasarkan keterangan dan lokasi. 
• Hasilkan umpan berita: Pengguna dapat melihat umpan berita yang terdiri dari foto dan video (dalam urutan kronologis) dari semua pengguna yang mereka ikuti.

Persyaratan Non-Fungsional

• Skalabilitas: Sistem harus dapat diskalakan untuk menangani jutaan pengguna dalam hal sumber daya komputasi dan penyimpanan. 
• Latensi: Latensi untuk menghasilkan umpan berita harus rendah. 
• Ketersediaan: Sistem harus sangat tersedia. 
• Daya Tahan: Konten apa pun yang diunggah (foto dan video) tidak boleh hilang. 
• Konsistensi: Kita bisa sedikit berkompromi pada konsistensi. Dapat diterima jika konten (foto atau video) memerlukan waktu untuk ditampilkan di feed pengikut yang berada di wilayah yang jauh. 
• Keandalan: Sistem harus mampu mentolerir kegagalan perangkat keras dan perangkat lunak.

Estimasi Kapasitas

Misalkan Instagram memiliki 1 miliar pengguna, dengan 500 juta pengguna aktif harian. Asumsikan 60 juta foto dan 35 juta video dibagikan di Instagram setiap hari. Dapat dianggap 3 MB sebagai ukuran maksimum setiap foto dan 150 MB sebagai ukuran maksimum setiap video yang diunggah di Instagram. Rata-rata, setiap pengguna mengirimkan 20 permintaan (jenis apa pun) per hari.

Estimasi Penyimpanan

Foto: 60 juta foto/hari * 3 MB = 180 TeraBytes / hari 

Video: 35 juta video/hari * 150 MB = 5250 TB / hari 

Total ukuran konten = 180 + 5250 = 5430 TB 

Total Ruang yang diperlukan untuk Setahun: 

5430 TB /hari * 365 (hari dalam setahun) = 1981950 TB = 1981,95 PetaBytes

Estimasi Bandwidth

5430 TB/(24 * 60* 60) = 5430 TB/86400 detik ~= 62,84 GB/s ~= 502,8 Gbps 

Bandwidth masuk ~ = 502,8 Gbps 

Katakanlah rasio pembaca dan penulis adalah 100:1. 

Bandwidth keluar yang diperlukan ~ = 100 * 502,8 Gbps ~= 50,28 Tbps

High Level Design

Sistem kami harus memungkinkan kami mengunggah, melihat, dan mencari gambar dan video pada tingkat tinggi. Untuk mengunggah gambar dan video, kita perlu menyimpannya, dan saat mengambilnya, kita perlu mengambil data dari penyimpanan. Selain itu, pengguna juga harus diperbolehkan untuk mengikuti satu sama lain. Pada tingkat tinggi, Instagram dapat dipandang sebagai sebuah sistem dengan komponen dan interaksi utama berikut:

Komponen

• Klien:  Aplikasi seluler, aplikasi web, dan API yang menyediakan antarmuka bagi pengguna untuk berinteraksi dengan sistem. 
• Otentikasi & Otorisasi:  Menangani login pengguna, registrasi, dan kontrol akses. 
• Manajemen Konten:  Mengelola konten buatan pengguna seperti foto, video, streaming langsung, cerita, dan pesan. 
• Pembuatan Umpan: Mempersonalisasi umpan berita untuk setiap pengguna berdasarkan pengikut, aktivitas, dan keterlibatan mereka. 
• Grafik Sosial:  Melacak hubungan antar pengguna (pengikut, pengikut, teman). 
• Penemuan & Pencarian:  Memungkinkan pencarian pengguna, hashtag, lokasi, dan konten.
• Notifikasi:  Memberi tahu pengguna tentang peristiwa relevan seperti suka, komentar, sebutan, dan mengikuti. 
• Analisis & Pelaporan:  Melacak keterlibatan pengguna, kinerja konten, dan penggunaan platform secara keseluruhan.

Interaksi

• Pengguna membuat konten: Klien mengunggah foto/video. Manajemen Konten menyimpan media dan metadata. Pembuatan Umpan memperbarui umpan pengguna dan pengikut yang relevan. Pemberitahuan menginformasikan pengguna yang tertarik. 
• Interaksi pengguna dengan konten: Klien mengirimkan tindakan suka/komentar/berbagi. Manajemen Konten dan Grafik Sosial memperbarui data yang relevan. Pembuatan Feed berpotensi merombak feed berdasarkan interaksi baru. Pemberitahuan menginformasikan pengguna yang tertarik.
• Pengguna menemukan konten baru: Klien menggunakan fungsi pencarian. Discovery & Search mengidentifikasi konten yang relevan. Klien menampilkan hasil pencarian. 
• Pengguna mengelola koneksi: Klien mengirimkan permintaan mengikuti/berhenti mengikuti. Grafik Sosial memperbarui koneksi. Pembuatan Umpan menyesuaikan berdasarkan perubahan hubungan. 
• Pengguna memantau aktivitas: Klien memeriksa umpan notifikasi. Pemberitahuan memberikan pembaruan tentang peristiwa yang relevan.

Pertimbangan Desain Utama

• Skalabilitas:  Sistem harus menangani jutaan pengguna dan volume data yang sangat besar. 
• Kinerja:  Memberikan waktu respons yang cepat untuk interaksi pengguna dan pengiriman konten. 
• Keandalan:  Pastikan ketersediaan tinggi dan cegah kehilangan data. 
• Keamanan:  Melindungi data dan privasi pengguna. 
• Keterlibatan:  Fitur desain yang mendorong interaksi pengguna dan pembuatan konten.

Low Level Design

Berikut rincian komponen dan interaksi utama untuk desain tingkat rendah Instagram:

• Layanan Pengguna: Menangani pendaftaran pengguna, login, otentikasi, dan manajemen profil. Menyimpan data pengguna seperti nama pengguna, email, bio, gambar profil, dll. Terintegrasi dengan penyedia otentikasi sosial (misalnya, Facebook, Google). 
• Layanan Pos: Menangani pengunggahan, pengeditan, dan penghapusan foto dan video. Menyimpan metadata postingan seperti keterangan, tagar, lokasi, stempel waktu, dll. Memproses media yang diunggah untuk mengubah ukuran, memfilter, dan membuat thumbnail. Mengelola transcoding foto dan video untuk perangkat dan resolusi berbeda. 
• Layanan Pakan: Menghasilkan umpan berita yang dipersonalisasi untuk setiap pengguna berdasarkan pengikut, suka, aktivitas, dan keterlibatan mereka. Memanfaatkan sistem terdistribusi seperti Apache Kafka atau RabbitMQ untuk pembaruan dan pemberitahuan waktu nyata. Memanfaatkan lapisan cache seperti Redis untuk pengambilan feed cepat dan mengurangi beban database. 
• Layanan Penyimpanan: Menyimpan foto dan video yang diunggah secara efisien dan andal. Memanfaatkan solusi penyimpanan objek yang dapat diskalakan seperti Amazon S3, Google Cloud Storage, atau Azure Blob Storage. Menerapkan mekanisme redundansi dan pemulihan bencana untuk perlindungan data. 
• Layanan Pencarian: Memungkinkan pencarian pengguna, hashtag, dan lokasi. Mengindeks pengguna, postingan, dan hashtag berdasarkan parameter yang relevan. Menggunakan algoritma pengindeksan dan pencarian yang efisien untuk hasil yang cepat dan akurat. 
• Layanan Komentar: Menangani penambahan, pengeditan, dan penghapusan komentar pada postingan. Melacak rangkaian komentar dan hubungan orang tua-anak. Memberi tahu pengguna tentang komentar baru pada postingan mereka sendiri atau komentar yang mereka ikuti. 
• Layanan Pemberitahuan: Memberi tahu pengguna tentang peristiwa yang relevan seperti suka, komentar, sebutan, dan mengikuti. Mengirimkan notifikasi ke perangkat seluler melalui platform seperti Firebase Cloud Messaging atau Amazon SNS. Memanfaatkan sistem antrian untuk pengiriman notifikasi asinkron. 
• Layanan Analisis: Melacak keterlibatan pengguna, kinerja postingan, dan penggunaan platform secara keseluruhan. Mengumpulkan data tentang tampilan, suka, komentar, berbagi, dan klik. Memberikan wawasan untuk meningkatkan pengalaman pengguna, mengoptimalkan rekomendasi konten, dan menargetkan iklan.

API Design

Posting foto dan video

Berikut potensi desain API untuk mengunggah foto dan video ke Instagram: 

• POST /media:  Mengirimkan foto atau video baru. 
• PUT /media/{media_id}:  Memperbarui metadata yang ada untuk item media. 
• DELETE /media/{media_id}:  Menghapus item media.

Follow dan unfollow pengguna

Berikut desain API potensial untuk mengikuti dan berhenti mengikuti pengguna di Instagram: 

• POST /users/{user_id}/follow: Mengikuti pengguna yang ditentukan. 
• DELETE /users/{user_id}/follow:  Berhenti mengikuti pengguna tertentu. 
• GET /users/{user_id}/following:  Mengambil daftar pengguna yang diikuti oleh pengguna tertentu (diberi halaman). 
• GET /users/{user_id}/followers:  Mengambil daftar pengguna yang mengikuti pengguna tertentu (diberi halaman).

Like dan unlike post

Mendesain API untuk menyukai dan tidak menyukai postingan melibatkan banyak pertimbangan. Berikut rincian aspek-aspek utama yang perlu dipikirkan: 

• GET /posts/{post_id}: Mengambil detail postingan, termasuk jumlah suka/tidak suka. 
• POST /posts/{post_id}/like: Mendaftarkan suka untuk postingan oleh pengguna yang diautentikasi. 
• POST /posts/{post_id}/dislike: Mendaftarkan ketidaksukaan terhadap postingan oleh pengguna yang diautentikasi. 
• DELETE /posts/{post_id}/like: Menghapus suka pada postingan oleh pengguna yang diautentikasi (jika sudah dilakukan sebelumnya). 
• DELETE /posts/{post_id}/dislike: Menghapus ketidaksukaan terhadap postingan oleh pengguna yang diautentikasi (jika sudah dilakukan sebelumnya).

Cari foto dan video

• Biasanya permintaan POST ke  /search endpoint. 
• Parameter kueri mencakup: query: Istilah penelusuran, media_type: Memfilter hasil berdasarkan foto, video, atau keduanya, Filter tambahan: rentang tanggal, lokasi, orang, dll. (jika didukung).

Database Design

Penting untuk memilih jenis database yang tepat untuk sistem Instagram kita, namun manakah pilihan yang tepat — SQL atau NoSQL? Data kami pada dasarnya bersifat relasional, dan kami memerlukan urutan data (postingan harus muncul dalam urutan kronologis) dan tidak ada data yang hilang bahkan jika terjadi kegagalan (daya tahan data). Selain itu, dalam kasus kami, kami akan mendapatkan keuntungan dari kueri relasional seperti mengambil pengikut atau gambar berdasarkan ID pengguna. Oleh karena itu, database berbasis SQL memenuhi persyaratan ini.

Tabel users

{ 

userId: string[HashKey] 

name: string 

emailId: string 

creationDateInUtc: long 

}

Tabel user_follows

{ 

followingUserId_followerUserId: string [HashKey] 

followingUserId: string [RangeKey] 

followerUserId: string 

creationDateInUtc: long 

}

Tabel user_posts

{ 

uploadId: string[Hashkey] 

userId: string[RangeKey] 

imageLocation: string 

uploadDateInUtc: long 

caption: string 

}

Tabel user_feeds

{ 

userId: string[Hashkey] 

uploadId: string 

creationDateInUtc: long[RangeKey] 

}

Kesimpulan

Desain instagram mencakup cara menyimpan postingan dan video, menyukai dan tidak menyukai postingan, menampilkan feed, memposting postingan atau video, bagaimana kita dapat memasang hashtag. Desain sistem nstagram adalah arsitektur kompleks dan canggih yang mengutamakan skalabilitas, ketersediaan, keamanan, dan pengalaman pengguna. Keberhasilan platform ini tidak hanya disebabkan oleh antarmuka yang ramah pengguna tetapi juga karena infrastruktur backend yang kuat yang mendukung basis pengguna yang besar dan konten dinamis.