Temel Veri Yapıları ve Algoritmalar - Sistem Tasarımı Bağlamı

Veri yapısı ve algoritma seçimi, sistem tasarımında soyut bir mülakat konusu değil; latency, bellek, tutarlılık ve maliyet kararının temelidir. Yanlış yapı, doğru mimariyi bile yavaşlatabilir.

Hızlı Karar

İhtiyaç	Başlangıç Seçimi	Dikkat
Anahtar ile hızlı erişim	Hash map / key-value store	Bellek ve hash collision riski
Sıralı arama veya range query	B-tree / LSM tree	Yazma maliyeti ve compaction
En yeni/en sık kullanılan veri	LRU/LFU cache	Yanlış eviction kullanıcı deneyimini bozar
Düğümler arası ilişki	Graph modeli	Traversal maliyeti hızla büyüyebilir

Üretim Kontrol Listesi

Problem: Veri erişim deseni okuma ağırlıklı mı, yazma ağırlıklı mı, range query mi?
Çözüm: Seçilen yapı beklenen veri hacmi, concurrency ve dağıtık çalışma şekline uyuyor mu?
Trade-off: Daha hızlı erişim çoğu zaman daha fazla bellek veya daha karmaşık invalidation ister.
Hata durumu: Hot key, memory leak, hash collision ve O(n) tarama üretimde görünür hale getirilmeli.
Ölçüm: p95/p99 latency, memory footprint, cache hit ratio, lock contention ve GC baskısı izlenmeli.
Güvenlik/maliyet: Kullanıcı kontrollü input algoritmik karmaşıklık saldırısı yaratabilir; bellek tüketimi doğrudan altyapı maliyetidir.

Veri Yapıları Diyagramı

Veri Yapıları (Üretim Kullanım Senaryoları)

Dizi/List

Spring Framework'te dependency injection container
@Autowired List<Service> ile birden fazla bean enjeksiyonu
Sabit boyutlu ve dinamik diziler
Bellek yakınlığı avantajları

Bağlı Liste

LRU önbellek uygulaması
Mesajlaşma sistemlerinde kuyruk yapıları
Spring Cloud Stream mesaj işleme
O(1) ekleme/silme

Hash Tablosu/Map

Spring önbellek soyutlamaları
Thread-safe işlemler için ConcurrentHashMap
Redis ile dağıtık önbellekleme
Ortalama O(1) arama süresi

Ağaç Yapıları

Veritabanlarında B-tree indeksleri
Otomatik tamamlama için trie yapıları
İş kurallarında karar ağaçları
Dengeli ağaçlar ile garanti edilen performans

Grafik Yapıları

Spring IoC container'da bağımlılık grafikleri
Sosyal ağlar
Öneri sistemleri
Circuit breaker durum makineleri

Algoritmalar (Gerçek Dünya Uygulamaları)

Arama Algoritmaları

Sıralama Algoritmaları

Önbellekleme Algoritmaları

LRU/LFU tahliye politikaları
Write-through/write-back stratejileri
Dağıtık önbellek tutarlılığı
Önbellek değiştirme politikaları

Yük Dengeleme

Round-robin algoritması
Ağırlıklı round-robin
Spring Cloud LoadBalancer'da en az bağlantı algoritmaları
Dağıtık sistemler için tutarlı karma

Uzlaşma Algoritmaları

Dağıtık sistemlerde Raft
Dağıtık uzlaşma için Paxos
Mikroservislerde lider seçimi
Bizans hata toleransı

Performans Sonuçları

Zaman Karmaşıklığı

Önbellek sistemlerinde O(1) hash aramaları
Veritabanı indeks aramalarında O(log n)
Sıralama işlemlerinde O(n log n)
Kaçınılması gereken O(n²) iç içe döngüler

Alan Karmaşıklığı

Bellek verimli veri yapıları
Çöp toplama (garbage collection) dikkate alınması
Heap dışı depolama stratejileri
Bellek havuzları ve nesne tekrar kullanımı

Dağıtık Sistemler

CAP teoremi dengeleri
Sonunda tutarlılık modelleri
Bölümlendirme stratejileri
Ağ gecikmesi dikkate alınması

Dağıtık Sistem Desenleri

Lider Seçimi

ZooKeeper tabanlı lider seçimi
Servis koordinasyonu için etcd
Özel uygulama desenleri
Split-brain önleme

Dağıtık Kilitleme

Süreli Redis tabanlı kilitler
Tutarlılık için veritabanı kilitleri
İyimser ve kötümser kilitleme
Deadlock tespiti ve önlenmesi

Sonunda Tutarlılık

CRDT'ler (Çakışmasız çoğaltılmış veri tipleri)
Nedensellik takibi için vektör saatler
Çakışma çözümü için sürüm vektörleri
Veri yayılımı için gossip protokolleri

Hata Tespiti

Canlılık tespiti için heartbeat mekanizması
Hata tespiti için zaman aşımı stratejileri
Phi accrual hata dedektörü
Uyarlanabilir zaman aşımı algoritmaları

Ölçeklenebilirlik Desenleri

Yatay Ölçekleme

Durumsuz servis tasarımı
Paylaşımsız mimari
Mikroservis ayrıştırması
Veritabanı parçalama stratejileri

Dikey Ölçekleme

Kaynak optimizasyonu teknikleri
JVM ayarları parametreleri
Donanım yükseltme stratejileri
Performans darboğazı tespiti

Önbellekleme Stratejileri

Çok katmanlı önbellek hiyerarşisi
Önbellek geçersiz kılma stratejileri
Write-through ve write-behind karşılaştırması
Önbellek baskını önleme

Veritabanı Ölçekleme

Okuma ölçekleme için okuma kopyaları
Yazma ölçekleme için parçalama
Bölümlendirme stratejileri
Parçalar arası sorgu zorlukları

Mesaj Kuyruğu

Asenkron işleme desenleri
Backpressure yönetimi mekanizmaları
Mesaj sıralama garantileri
Dead letter queue yönetimi

Algoritma Karmaşıklık Analizi

Yaygın İşlemler

Veri Yapısı	Erişim	Arama	Ekleme	Silme
Dizi	O(1)	O(n)	O(n)	O(n)
Bağlı Liste	O(n)	O(n)	O(1)	O(1)
Hash Tablosu	O(1)	O(1)	O(1)	O(1)
İkili Ağaç	O(log n)	O(log n)	O(log n)	O(log n)
B-Tree	O(log n)	O(log n)	O(log n)	O(log n)

Sıralama Algoritmaları

Algoritma	En İyi Durum	Ortalama Durum	En Kötü Durum	Alan
Quick Sort	O(n log n)	O(n log n)	O(n²)	O(log n)
Merge Sort	O(n log n)	O(n log n)	O(n log n)	O(n)
Heap Sort	O(n log n)	O(n log n)	O(n log n)	O(1)
Tim Sort	O(n)	O(n log n)	O(n log n)	O(n)

Üretim Ortamı Uygulama Örnekleri

LRU Önbellek Uygulaması

java

@Component
public class LRUCache<K, V> {
    private final int capacity;
    private final Map<K, Node<K, V>> cache;
    private final Node<K, V> head, tail;
    
    public LRUCache(int capacity) {
        this.capacity = capacity;
        this.cache = new ConcurrentHashMap<>();
        this.head = new Node<>();
        this.tail = new Node<>();
        head.next = tail;
        tail.prev = head;
    }
    
    // Implementation details...
}

Yük Dengeleme için Tutarlı Karma

java

@Component
public class ConsistentHashLoadBalancer {
    private final SortedMap<Integer, String> circle = new TreeMap<>();
    private final int virtualNodes = 100;
    
    public void addServer(String server) {
        for (int i = 0; i < virtualNodes; i++) {
            circle.put(hash(server + i), server);
        }
    }
    
    public String getServer(String key) {
        int hash = hash(key);
        SortedMap<Integer, String> tailMap = circle.tailMap(hash);
        return tailMap.isEmpty() ? circle.firstEntry().getValue() : tailMap.firstEntry().getValue();
    }
}

Temel Veri Yapıları ve Algoritmalar - Sistem Tasarımı Bağlamı ​

Hızlı Karar ​

Üretim Kontrol Listesi ​

Veri Yapıları Diyagramı ​

Veri Yapıları (Üretim Kullanım Senaryoları) ​

Dizi/List ​

Bağlı Liste ​

Hash Tablosu/Map ​

Ağaç Yapıları ​

Grafik Yapıları ​

Algoritmalar (Gerçek Dünya Uygulamaları) ​

Arama Algoritmaları ​

Sıralama Algoritmaları ​

Önbellekleme Algoritmaları ​

Yük Dengeleme ​

Uzlaşma Algoritmaları ​

Performans Sonuçları ​

Zaman Karmaşıklığı ​

Alan Karmaşıklığı ​

Dağıtık Sistemler ​

Dağıtık Sistem Desenleri ​

Lider Seçimi ​

Dağıtık Kilitleme ​

Sonunda Tutarlılık ​

Hata Tespiti ​

Ölçeklenebilirlik Desenleri ​

Yatay Ölçekleme ​

Dikey Ölçekleme ​

Önbellekleme Stratejileri ​

Veritabanı Ölçekleme ​

Mesaj Kuyruğu ​

Algoritma Karmaşıklık Analizi ​

Yaygın İşlemler ​

Sıralama Algoritmaları ​

Üretim Ortamı Uygulama Örnekleri ​

LRU Önbellek Uygulaması ​

Yük Dengeleme için Tutarlı Karma ​

Bellek Yönetimi ​

JVM Bellek Optimizasyonu ​

Dağıtık Bellek ​

Güvenlik Dikkatleri ​

Algoritma Güvenliği ​

Veri Yapısı Güvenliği ​

Temel Veri Yapıları ve Algoritmalar - Sistem Tasarımı Bağlamı

Hızlı Karar

Üretim Kontrol Listesi

Veri Yapıları Diyagramı

Veri Yapıları (Üretim Kullanım Senaryoları)

Dizi/List

Bağlı Liste

Hash Tablosu/Map

Ağaç Yapıları

Grafik Yapıları

Algoritmalar (Gerçek Dünya Uygulamaları)

Arama Algoritmaları

Sıralama Algoritmaları

Önbellekleme Algoritmaları

Yük Dengeleme

Uzlaşma Algoritmaları

Performans Sonuçları

Zaman Karmaşıklığı

Alan Karmaşıklığı

Dağıtık Sistemler

Dağıtık Sistem Desenleri

Lider Seçimi

Dağıtık Kilitleme

Sonunda Tutarlılık

Hata Tespiti

Ölçeklenebilirlik Desenleri

Yatay Ölçekleme

Dikey Ölçekleme

Önbellekleme Stratejileri

Veritabanı Ölçekleme

Mesaj Kuyruğu

Algoritma Karmaşıklık Analizi

Yaygın İşlemler

Sıralama Algoritmaları

Üretim Ortamı Uygulama Örnekleri

LRU Önbellek Uygulaması

Yük Dengeleme için Tutarlı Karma

Bellek Yönetimi

JVM Bellek Optimizasyonu

Dağıtık Bellek

Güvenlik Dikkatleri

Algoritma Güvenliği

Veri Yapısı Güvenliği