一份热乎的字节面试真题！（附答案）

面试题目如下：

  • 说说 Redis 为什么快

  • Redis 有几种数据结构，底层分别是怎么存储的

  • Redis 挂了怎么办？Redis 有几种持久化方式

  • 多线程情况下，如何保证线程安全？

  • 用过 volatile 吗？底层原理是？

  • MySQL 的索引结构，聚簇索引和非聚簇索引的区别

  • MySQL 有几种高可用方案，你们用的是哪一种

  • 说说你做过最有挑战性的项目

  • 秒杀采用什么方案

  • 聊聊分库分表，需要停服嘛

  • 你怎么防止优惠券有人重复刷？

  • 抖音评论系统怎么设计

  • 怎么设计一个短链地址

  • 有一个数组，里面元素非重复，先升序再降序，找出里面最大的值

01 说说 Redis 为什么快

| 基于内存存储实现

内存读写是比在磁盘快很多的，Redis 基于内存存储实现的数据库，相对于数据存在磁盘的 MySQL 数据库，省去磁盘 I/O 的消耗。

| 高效的数据结构

MySQL 索引为了提高效率，选择了 B+ 树的数据结构。其实合理的数据结构，就是可以让你的应用/程序更快。

先看下 Redis 的数据结构&内部编码图：

 

 

 

SDS 简单动态字符串：

  • 字符串长度处理：Redis 获取字符串长度，时间复杂度为 O(1)，而 C 语言中，需要从头开始遍历，复杂度为 O（n）;

  • 空间预分配：字符串修改越频繁的话，内存分配越频繁，就会消耗性能，而 SDS 修改和空间扩充，会额外分配未使用的空间，减少性能损耗。

  • 惰性空间释放：SDS 缩短时，不是回收多余的内存空间，而是 free 记录下多余的空间，后续有变更，直接使用 free 中记录的空间，减少分配。

字典：Redis 作为 K-V 型内存数据库，所有的键值就是用字典来存储。字典就是哈希表，比如 HashMap，通过 key 就可以直接获取到对应的 value。而哈希表的特性，在 O（1） 时间复杂度就可以获得对应的值。

跳跃表如上图：

  • 跳跃表是 Redis 特有的数据结构，就是在链表的基础上，增加多级索引提升查找效率。

  • 跳跃表支持平均 O（logN），最坏 O（N） 复杂度的节点查找，还可以通过顺序性操作批量处理节点。

| 合理的数据编码

Redis 支持多种数据类型，每种基本类型，可能对多种数据结构。什么时候，使用什么样数据结构，使用什么样编码，是 Redis 设计者总结优化的结果。

  • String：如果存储数字的话，是用 int 类型的编码；如果存储非数字，小于等于 39 字节的字符串，是 embstr；大于 39 个字节，则是 raw 编码。

  • List：如果列表的元素个数小于 512 个，列表每个元素的值都小于 64 字节（默认），使用 ziplist 编码，否则使用 linkedlist 编码。

  • Hash：哈希类型元素个数小于 512 个，所有值小于 64 字节的话，使用 ziplist 编码,否则使用 hashtable 编码。

  • Set：如果集合中的元素都是整数且元素个数小于 512 个，使用 intset 编码，否则使用 hashtable 编码。

  • Zset：当有序集合的元素个数小于 128 个，每个元素的值小于 64 字节时，使用 ziplist 编码，否则使用 skiplist（跳跃表）编码。

| 合理的线程模型

I/O 多路复用：

多路 I/O 复用技术可以让单个线程高效的处理多个连接请求，而 Redis 使用用 epoll 作为 I/O 多路复用技术的实现。

并且，Redis 自身的事件处理模型将 epoll 中的连接、读写、关闭都转换为事件，不在网络 I/O 上浪费过多的时间。

02 Redis 有几种数据结构，底层分别是怎么存储的

常用的 Redis 有以下这五种基本类型：

  • String（字符串）

  • Hash（哈希）

  • List（列表）

  • Set（集合）

  • zset（有序集合）

它还有三种特殊的数据结构类型：

  • Geospatial

  • Hyperloglog

  • Bitmap

| Redis 的五种基本数据类型

String（字符串）：

  • 简介：String 是 Redis 最基础的数据结构类型，它是二进制安全的，可以存储图片或者序列化的对象，值最大存储为 512M

  • 简单使用举例：set key value、get key 等

  • 应用场景：共享session、分布式锁，计数器、限流

  • 内部编码有 3 种，int（8 字节长整型）/embstr（小于等于 39 字节字符串）/raw（大于 39 个字节字符串)

Hash（哈希）：

  • 简介：在 Redis 中，哈希类型是指 v（值）本身又是一个键值对（k-v）结构

  • 简单使用举例：hset key field value 、hget key field

  • 内部编码：ziplist（压缩列表） 、hashtable（哈希表）

  • 应用场景：缓存用户信息等

List（列表）：

  • 简介：列表（list）类型是用来存储多个有序的字符串，一个列表最多可以存储 2^32-1 个元素

  • 简单实用举例：lpush key value [value ...] 、lrange key start end

  • 内部编码：ziplist（压缩列表）、linkedlist（链表）

  • 应用场景：消息队列，文章列表

Set（集合）：

  • 简介：集合（set）类型也是用来保存多个的字符串元素，但是不允许重复元素

  • 简单使用举例：sadd key element [element ...]、smembers key

  • 内部编码：intset（整数集合）、hashtable（哈希表）

  • 应用场景：用户标签,生成随机数抽奖、社交需求

有序集合（zset）：

    • 简介：已排序的字符串集合，同时元素不能重复

    • 简单格式举例：zadd key score member [score member ...]，zrank key member

    • 底层内部编码：ziplist（压缩列表）、skiplist（跳跃表）

    • 应用场景：排行榜，社交需求（如用户点赞）。

| Redis 的三种特殊数据类型

如下：

  • Geo：Redis 3.2 推出的，地理位置定位，用于存储地理位置信息，并对存储的信息进行操作。

  • HyperLogLog：用来做基数统计算法的数据结构，如统计网站的 UV。

  • Bitmaps：用一个比特位来映射某个元素的状态，在 Redis 中，它的底层是基于字符串类型实现的，可以把 bitmaps 成作一个以比特位为单位的数组。

03 Redis 挂了怎么办？Redis 有几种持久化方式

Redis 是基于内存的非关系型 K-V 数据库，既然它是基于内存的，如果 Redis 服务器挂了，数据就会丢失。为了避免数据丢失了，Redis 提供了持久化，即把数据保存到磁盘。

Redis 提供了 RDB 和 AOF 两种持久化机制，它持久化文件加载流程如下：

| RDB

RDB，就是把内存数据以快照的形式保存到磁盘上。

什么是快照?可以这样理解，给当前时刻的数据，拍一张照片，然后保存下来。

RDB 持久化，是指在指定的时间间隔内，执行指定次数的写操作，将内存中的数据集快照写入磁盘中，它是 Redis 默认的持久化方式。

执行完操作后，在指定目录下会生成一个 dump.rdb 文件，Redis 重启的时候，通过加载 dump.rdb 文件来恢复数据。

RDB 触发机制主要有以下几种：

RDB 的优点：适合大规模的数据恢复场景，如备份，全量复制等。

RDB 缺点：没办法做到实时持久化/秒级持久化；新老版本存在 RDB 格式兼容问题

| AOF

AOF（append only file） 持久化，采用日志的形式来记录每个写操作，追加到文件中，重启时再重新执行 AOF 文件中的命令来恢复数据。它主要解决数据持久化的实时性问题。默认是不开启的。

AOF 的工作流程如下：

 AOF的优点：数据的一致性和完整性更高。

AOF 的缺点：AOF 记录的内容越多，文件越大，数据恢复变慢。

04 多线程情况下，如何保证线程安全？

加锁，比如悲观锁 select for update，sychronized 等，如，乐观锁，乐观锁如 CAS 等，还有 redis 分布式锁等等。

05 用过 volatile 吗？它是如何保证可见性的，原理是什么

volatile 关键字是 Java 虚拟机提供的的最轻量级的同步机制，它作为一个修饰符， 用来修饰变量。它保证变量对所有线程可见性，禁止指令重排，但是不保证原子性。

我们先来看下 java 内存模型（jmm）：

  • Java 虚拟机规范试图定义一种 Java 内存模型，来屏蔽掉各种硬件和操作系统的内存访问差异，以实现让 Java 程序在各种平台上都能达到一致的内存访问效果。

  • Java 内存模型规定所有的变量都是存在主内存当中，每个线程都有自己的工作内存。这里的变量包括实例变量和静态变量，但是不包括局部变量，因为局部变量是线程私有的。

  • 线程的工作内存保存了被该线程使用的变量的主内存副本，线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行，而不能直接操作操作主内存。并且每个线程不能访问其他线程的工作内存。

volatile 变量，保证新值能立即同步回主内存，以及每次使用前立即从主内存刷新，所以我们说 volatile 保证了多线程操作变量的可见性。

volatile 保证可见性跟内存屏障有关。我们来看一段 volatile 使用的 demo 代码：

public class Singleton {  
    private volatile static Singleton instance;  
    private Singleton (){}  
    public static Singleton getInstance() {  
    if (instance == null) {  
        synchronized (Singleton.class) {  
        if (instance == null) {  
            instance = new Singleton();  
        }  
        }  
    }  
    return instance;  
    }  
}

编译后，对比有 volatile 关键字和没有 volatile 关键字时所生成的汇编代码，发现有 volatile 关键字修饰时，会多出一个 lock addl $0x0,(%esp)，即多出一个 lock 前缀指令，lock 指令相当于一个内存屏障。

lock 指令相当于一个内存屏障，它保证以下这几点：

  • 重排序时不能把后面的指令重排序到内存屏障之前的位置

  • 将本处理器的缓存写入内存

  • 如果是写入动作，会导致其他处理器中对应的缓存无效

第 2 点和第 3 点就是保证 volatile 保证可见性的体现嘛。

06 MySQL 的索引结构，聚簇索引和非聚簇索引的区别

如下：

  • 一个表中只能拥有一个聚集索引，而非聚集索引一个表可以存在多个。

  • 索引是通过二叉树的数据结构来描述的，我们可以这么理解聚簇索引：索引的叶节点就是数据节点。而非聚簇索引的叶节点仍然是索引节点，只不过有一个指针指向对应的数据块。

  • 聚集索引：物理存储按照索引排序；非聚集索引：物理存储不按照索引排序。

07 MySQL 有几种高可用方案，你们用的是哪一种

如下：

  • 主从或主主半同步复制

  • 半同步复制优化

  • 高可用架构优化

  • 共享存储

  • 分布式协议

| 主从或主主半同步复制

用双节点数据库，搭建单向或者双向的半同步复制。架构如下：

通常会和 proxy、keepalived 等第三方软件同时使用，即可以用来监控数据库的健康，又可以执行一系列管理命令。如果主库发生故障，切换到备库后仍然可以继续使用数据库。

这种方案优点是架构、部署比较简单，主机宕机直接切换即可。

缺点是完全依赖于半同步复制，半同步复制退化为异步复制，无法保证数据一致性；另外，还需要额外考虑 haproxy、keepalived 的高可用机制。

| 半同步复制优化

半同步复制机制是可靠的，可以保证数据一致性的。但是如果网络发生波动，半同步复制发生超时会切换为异步复制，异复制是无法保证数据的一致性的。

因此，可以在半同复制的基础上优化一下，尽可能保证半同复制。如双通道复制方案：

  • 优点：这种方案架构、部署也比较简单，主机宕机也是直接切换即可。比方案 1 的半同步复制，更能保证数据的一致性。

  • 缺点：需要修改内核源码或者使用 mysql 通信协议，没有从根本上解决数据一致性问题。

| 高可用架构优化

保证高可用，可以把主从双节点数据库扩展为数据库集群。

Zookeeper可以作为集群管理，它使用分布式算法保证集群数据的一致性，可以较好的避免网络分区现象的产生：

  • 优点：保证了整个系统的高可用性，扩展性也较好，可以扩展为大规模集群。

  • 缺点：数据一致性仍然依赖于原生的 mysql 半同步复制；引入 Zookeeper 使系统逻辑更复杂。

| 共享存储

共享存储实现了数据库服务器和存储设备的解耦，不同数据库之间的数据同步不再依赖于 MySQL 的原生复制功能，而是通过磁盘数据同步的手段，来保证数据的一致性。

DRBD 磁盘复制：DRBD 是一个用软件实现的、无共享的、服务器之间镜像块设备内容的存储复制解决方案。

主要用于对服务器之间的磁盘、分区、逻辑卷等进行数据镜像，当用户将数据写入本地磁盘时，还会将数据发送到网络中另一台主机的磁盘上，这样的本地主机（主节点）与远程主机（备节点）的数据就可以保证实时同步。

常用架构如下：

当本地主机出现问题，远程主机上还保留着一份相同的数据，即可以继续使用，保证了数据的安全。

  • 优点：部署简单，价格合适，保证数据的强一致性

  • 缺点：对 IO 性能影响较大，从库不提供读操作

| 分布式协议

分布式协议可以很好解决数据一致性问题。常见的部署方案就是 MySQL cluster，它是官方集群的部署方案，通过使用 NDB存储引擎实时备份冗余数据，实现数据库的高可用性和数据一致性。

如上图：

  • 优点：不依赖于第三方软件，可以实现数据的强一致性

  • 缺点：配置较复杂；需要使用 NDB 储存引擎；至少三节点

08 说说你做过最有挑战性的项目，你负责那个模块，哪些最有挑战性，说说你做了哪些优化

项目这块的话，大家可以结合自己实际做的项目说哈。

09 秒杀采用什么方案

设计一个秒杀系统，需要考虑这些问题：

如何解决这些问题呢？

  • 页面静态化

  • 按钮至灰控制

  • 服务单一职责

  • 秒杀链接加盐

  • 限流

  • 分布式锁

  • MQ 异步处理

  • 限流&降级&熔断

| 页面静态化

秒杀活动的页面，大多数内容都是固定不变的，如商品名称，商品图片等等，可以对活动页面做静态化处理，减少访问服务端的请求。
秒杀用户会分布在全国各地，有的在上海，有的在深圳，地域相差很远，网速也各不相同。
为了让用户最快访问到活动页面，可以使用 CDN（Content Delivery Network，内容分发网络）。CDN 可以让用户就近获取所需内容。

| 按钮至灰控制

秒杀活动开始前，按钮一般需要置灰的。只有时间到了，才能变得可以点击。这是防止，秒杀用户在时间快到的前几秒，疯狂请求服务器，然后秒杀时间点还没到，服务器就自己挂了。

| 服务单一职责

我们都知道微服务设计思想，也就是把各个功能模块拆分，功能那个类似的放一起，再用分布式的部署方式。

如用户登录相关的，就设计个用户服务，订单相关的就搞个订单服务，再到礼物相关的就搞个礼物服务等等。那么，秒杀相关的业务逻辑也可以放到一起，搞个秒杀服务，单独给它搞个秒杀数据库。” 服务单一职责有个好处：如果秒杀没抗住高并发的压力，秒杀库崩了，服务挂了，也不会影响到系统的其他服务。

| 秒杀链接加盐

链接如果明文暴露的话，会有人获取到请求 Url，提前秒杀了。因此，需要给秒杀链接加盐。可以把 URL 动态化，如通过 MD5 加密算法加密随机的字符串去做 url。

| 限流

一般有两种方式限流：nginx 限流和 redis 限流。

  • 为了防止某个用户请求过于频繁，我们可以对同一用户限流

  • 为了防止黄牛模拟几个用户请求，我们可以对某个 IP 进行限流

  • 为了防止有人使用代理，每次请求都更换 IP 请求，我们可以对接口进行限流

  • 为了防止瞬时过大的流量压垮系统，还可以使用阿里的 Sentinel、Hystrix 组件进行限流

| 分布式锁

可以使用 redis 分布式锁解决超卖问题。使用 Redis 的 SET EX PX NX + 校验唯一随机值,再删除释放锁。

if（jedis.set(key_resource_id, uni_request_id, "NX", "EX", 100s) == 1）{ //加锁
    try {
        do something  //业务处理
    }catch(){
  }
  finally {
       //判断是不是当前线程加的锁,是才释放
       if (uni_request_id.equals(jedis.get(key_resource_id))) {
        jedis.del(lockKey); //释放锁
        }
    }
}

在这里，判断是不是当前线程加的锁和释放锁不是一个原子操作。如果调用 jedis.del() 释放锁的时候，可能这把锁已经不属于当前客户端，会解除他人加的锁。

 

 为了更严谨，一般也是用 lua 脚本代替。lua 脚本如下：

if redis.call('get',KEYS[1]) == ARGV[1] then 
   return redis.call('del',KEYS[1]) 
else
   return 0
end;

| MQ 异步处理

如果瞬间流量特别大，可以使用消息队列削峰，异步处理。用户请求过来的时候，先放到消息队列，再拿出来消费。

| 限流&降级&熔断

如下：

  • 限流，就是限制请求，防止过大的请求压垮服务器

  • 降级，就是秒杀服务有问题了，就降级处理，不要影响别的服务

  • 熔断，服务有问题就熔断，一般熔断降级是一起出现

10 聊聊分库分表，分表为什么要停服这种操作，如果不停服可以怎么做

分库分表方案：

  • 水平分库：以字段为依据，按照一定策略（hash、range 等），将一个库中的数据拆分到多个库中。

  • 水平分表：以字段为依据，按照一定策略（hash、range 等），将一个表中的数据拆分到多个表中。

  • 垂直分库：以表为依据，按照业务归属不同，将不同的表拆分到不同的库中。

  • 垂直分表：以字段为依据，按照字段的活跃性，将表中字段拆到不同的表（主表和扩展表）中。

常用的分库分表中间件：

  • sharding-jdbc（当当）

  • Mycat

  • TDDL（淘宝）

  • Oceanus（58 同城数据库中间件）

  • vitess（谷歌开发的数据库中间件）

  • Atlas（Qihoo 360）

分库分表可能遇到的问题：

  • 事务问题：需要用分布式事务啦

  • 跨节点 Join 的问题：解决这一问题可以分两次查询实现

  • 跨节点的 count，order by，group by 以及聚合函数问题：分别在各个节点上得到结果后在应用程序端进行合并

  • 数据迁移，容量规划，扩容等问题

  • ID 问题：数据库被切分后，不能再依赖数据库自身的主键生成机制啦，最简单可以考虑 UUID

  • 跨分片的排序分页问题（后台加大 pagesize 处理？）

分表要停服嘛？不停服怎么做？

不用。不停服的时候，应该怎么做呢，分五个步骤：

    • 编写代理层，加个开关（控制访问新的 DAO 还是老的 DAO，或者是都访问），灰度期间，还是访问老的 DAO。

    • 发版全量后，开启双写，既在旧表新增和修改，也在新表新增和修改。日志或者临时表记下新表 ID 起始值，旧表中小于这个值的数据就是存量数据，这批数据就是要迁移的。

    • 通过脚本把旧表的存量数据写入新表。

    • 停读旧表改读新表，此时新表已经承载了所有读写业务，但是这时候不要立刻停写旧表，需要保持双写一段时间。

    • 当读写新表一段时间之后，如果没有业务问题，就可以停写旧表啦。

11 你怎么防止优惠券有人重复刷？

对于重复请求，要考虑接口幂等和接口防重。防刷的话，可以限流以及加入黑名单处理。

  • 为了防止某个用户请求优惠券过于频繁，我们可以对同一用户限流。

  • 为了防止黄牛等模拟几个用户请求，我们可以对某个 IP 进行限流。

  • 为了防止有人使用代理，每次请求都更换 IP 请求，我们可以对接口进行限流。

12 抖音评论系统怎么设计，如果加入好友关系呢？

需要考虑性能，以及可扩展性。大家平时有没有做过评论、好友关注等项目需求呀，发挥你聪明的小脑袋瓜，怎么去回答好这道题吧。

13 怎么设计一个短链地址，要考虑跨机房部署问题

| 为什么需要短连接？

为什么需要短连接呢？长链接不香吗？因为有些平台有长度限制，并且链接太长容易被识别为超链接等等。

| 短链接的原理

其实就是一个 302 重定向而已。

302 状态码表示临时重定向。

| 短链接生成的方法

可以用哈希算法生成短链，但是会存在哈希冲突。怎么解决呢？可以用布隆过滤器。

有没有别的方案？自增序列算法，每次收到一个长链时，就分配一个 ID，并转成 62 进制拼接到短域后面。因为高并发下，ID 自增生成器可能成为瓶颈。

一般有四种分布式 ID 生成方法：

  • uuid，它保证对在同一时空中的所有机器都是唯一的，但是这种方式生成的 id 比较长，并且是无序的，插入浪费空间。

  • Snowflake 雪花算法，这种方案不错，但是如果某台机器的系统时钟回拨，有可能造成 ID 冲突重复，或者 ID 乱序（考虑跨机房部署问题）。

  • MySQL 自增主键，在高并发下，db 的写压力会很大

  • 用 Redis 做自增 id 生成器，性能高，但要考虑持久性的问题；或者改造雪花算法，通过改造 workId 解决时钟回拨的问题）

14 有一个整型数组，数组元素不重复，数组元素先升序后降序，找出最大值

例如：1,3,5,7,9,8,6,4,2，请写一个函数找出数组最大的元素

这道题大家都会觉得很简单，因为用快速排序排一下，时间复杂是 O(nlgn)，面试官可能不是很满意。其实可以用二分查找法，只要找到升序最后一个元素即可。

我们以 1,6,5,4,2 为例子，用二分法图解一下哈：

 如何用二分法缩小空间呢？只要比较中间元素与其下一个元素大小即可：

 如果中间元素大于其下一个元素大小，证明最大值在左侧，因此右指针左移;

如果中间元素小于其下一个元素大小，证明最大值在左侧，因此右指针左移

因为 nums[mid]=5>nums[mid+1]=4，因此右指针左移，right=mid-1=2-1=1。

 mid=left+(right-left)/2=left=0，因为 nums[mid]=1<nums[mid+1]=6，所以左指针右移，left=mid+1=1。

 最后得出最大值是 nums[left]=nums[1]=6，实现代码如下：

class Solution {

    public static void main(String[] args) {

        int[] nums = {1,3,5,7,9,8,6,4,2};
        System.out.println(getLargestNumInArray(nums));
    }

    private static int getLargestNumInArray(int[] nums) {
        if (nums == null || nums.length == 0) {
            return -1;
        }

        int left = 0, right = nums.length - 1;
        while (left <= right) {
            int mid = left + ((right - left) / 2);
            if (nums[mid] < nums[mid + 1]) {
                left = mid + 1;
            } else {
                right = mid - 1;
            }
        }

        return nums[left];
    }
}

参考：

捡田螺的小男孩

https://mp.weixin.qq.com/s/ADflq-kUSK5ZVF1zeVLoCw

posted @ 2022-03-20 00:17  Vincent-yuan  阅读(710)  评论(0)  编辑  收藏  举报