腾讯云后端15连问！（一）

前言

 

大家好，我是捡田螺的小男孩，最近一位朋友（6年工作经验）面了腾讯云，以下是面试题和答案。加油，一起卷。

 

1.聊聊项目，好的设计，好的代码
2.谈谈什么是零拷贝？
3.一共有几种 IO 模型？NIO 和多路复用的区别？
4.Future 实现阻塞等待获取结果的原理？
5.ReentrantLock和 Synchronized 的区别？Synchronized 的原理？
6.聊聊AOS？ReentrantLock的实现原理？
7.乐观锁和悲观锁， 让你来写你怎么实现？
8.Paxos 协议了解？工作流程是怎么样的？
9.B+树聊一下？B+树是不是有序？B+树和B-树的主要区别？
10.TCP的拥塞机制
11.工作中有过JVM实践嘛
12.数据库分库分表的缺点是啥？
13.分布式事务如何解决？TCC 了解？
14.RocketMQ 如何保证消息的准确性和安全性？
15.算法题：三个数求和

1.聊聊项目，好的设计，好的代码

项目的话，你可以聊聊你平时做的项目，尤其有亮点的项目。如果没有什么特别亮点的项目，也可以说说一些好的设计，或者你优化了什么接口，性能提升了多少，优化了什么慢SQL都可以。甚至是一些好的代码写法都可以。

 

如果是讲优化接口的话，你可以看下我这篇文章哈：

 

记一次接口性能优化实践总结：优化接口性能的八个建议

 

如果是代码优化细节，可以看我这篇:

 

工作四年，分享50个让你代码更好的小建议

 

如果是慢SQL优化，可以看下我之前MySQL专栏系列文章哈：

 

 •  看一遍就理解：order by详解
 •  看一遍就理解：group by详解
实战！聊聊如何解决MySQL深分页问题
 •  后端程序员必备：书写高质量SQL的30条建议
 •  阿里一面，给了几条SQL，问需要执行几次树搜索操作？
 •  生产问题分析！delete in子查询不走索引？！

2. 谈谈什么是零拷贝？

零拷贝是指计算机执行IO操作时，CPU不需要将数据从一个存储区域复制到另一个存储区域，从而可以减少上下文切换以及CPU的拷贝时间。它是一种I/O操作优化技术。

 

传统 IO 的执行流程

 

传统的IO流程，包括read和write的过程。

 

 •  read：把数据从磁盘读取到内核缓冲区，再拷贝到用户缓冲区
 •  write：先把数据写入到socket缓冲区，最后写入网卡设备。
1.用户应用进程调用read函数，向操作系统发起IO调用，上下文从用户态转为内核态（切换1）
2.DMA控制器把数据从磁盘中，读取到内核缓冲区。
3.CPU把内核缓冲区数据，拷贝到用户应用缓冲区，上下文从内核态转为用户态（切换2），read函数返回
4.用户应用进程通过write函数，发起IO调用，上下文从用户态转为内核态（切换3）
5.CPU将用户缓冲区中的数据，拷贝到socket缓冲区
6.DMA控制器把数据从socket缓冲区，拷贝到网卡设备，上下文从内核态切换回用户态（切换4），write函数返回

 

传统IO的读写流程，包括了4次上下文切换（4次用户态和内核态的切换），4次数据拷贝（两次CPU拷贝以及两次的DMA拷贝)。

 

零拷贝实现方式：

 

零拷贝并不是没有拷贝数据，而是减少用户态/内核态的切换次数以及CPU拷贝的次数。零拷贝一般有这三种实现方式：

 

 •  mmap+write
 •  sendfile
 •  带有DMA收集拷贝功能的sendfile

mmap+write

 

mmap就是用了虚拟内存这个特点，它将内核中的读缓冲区与用户空间的缓冲区进行映射，以减少数据拷贝次数！1.用户进程通过mmap方法向操作系统内核发起IO调用，上下文从用户态切换为内核态。
2.CPU利用DMA控制器，把数据从硬盘中拷贝到内核缓冲区。
3.上下文从内核态切换回用户态，mmap方法返回。
4.用户进程通过write方法向操作系统内核发起IO调用，上下文从用户态切换为内核态。
5.CPU将内核缓冲区的数据拷贝到的socket缓冲区。
6.CPU利用DMA控制器，把数据从socket缓冲区拷贝到网卡，上下文从内核态切换回用户态，write调用返回。

 

mmap+write实现的零拷贝，I/O发生了4次用户空间与内核空间的上下文切换，以及3次数据拷贝（包括了2次DMA拷贝和1次CPU拷贝）。

 

sendfile

 

sendfile表示在两个文件描述符之间传输数据，它是在操作系统内核中操作的，避免了数据从内核缓冲区和用户缓冲区之间的拷贝操作1.用户进程发起sendfile系统调用，上下文（切换1）从用户态转向内核态
2.DMA控制器，把数据从硬盘中拷贝到内核缓冲区。
3.CPU将读缓冲区中数据拷贝到socket缓冲区
4.DMA控制器，异步把数据从socket缓冲区拷贝到网卡，
5.上下文（切换2）从内核态切换回用户态，sendfile调用返回。

sendfile实现的零拷贝，I/O发生了2次用户空间与内核空间的上下文切换，以及3次数据拷贝。其中3次数据拷贝中，包括了2次DMA拷贝和1次CPU拷贝。

 

带有DMA收集拷贝功能的sendfile

 

linux 2.4版本之后，对sendfile做了优化升级，引入SG-DMA技术，其实就是对DMA拷贝加入了scatter/gather操作，它可以直接从内核空间缓冲区中将数据读取到网卡。使用这个特点搞零拷贝，即还可以多省去一次CPU拷贝。1.用户进程发起sendfile系统调用，上下文（切换1）从用户态转向内核态
2.DMA控制器，把数据从硬盘中拷贝到内核缓冲区。
3.CPU把内核缓冲区中的文件描述符信息（包括内核缓冲区的内存地址和偏移量）发送到socket缓冲区
4.DMA控制器根据文件描述符信息，直接把数据从内核缓冲区拷贝到网卡
5.上下文（切换2）从内核态切换回用户态，sendfile调用返回。

可以发现，sendfile+DMA scatter/gather实现的零拷贝，I/O发生了2次用户空间与内核空间的上下文切换，以及2次数据拷贝。其中2次数据拷贝都是包DMA拷贝。这就是真正的 零拷贝（Zero-copy) 技术，全程都没有通过CPU来搬运数据，所有的数据都是通过DMA来进行传输的。

 

看一遍就理解：零拷贝详解

 

3. 一共有几种 IO 模型？NIO 和多路复用的区别？

一共有五种IO模型

 

 •  阻塞IO模型
 •  非阻塞IO模型
 •  IO多路复用模型
 •  IO模型之信号驱动模型
 •  IO 模型之异步IO(AIO)

NIO（非阻塞IO模型）

 

NIO，即Non-Blocking IO，是非阻塞IO模型。非阻塞IO的流程如下：

1.应用进程向操作系统内核，发起recvfrom读取数据。
2.操作系统内核数据没有准备好，立即返回EWOULDBLOCK错误码。
3.应用程序进程轮询调用，继续向操作系统内核发起recvfrom读取数据。
4.操作系统内核数据准备好了，从内核缓冲区拷贝到用户空间。
5.完成调用，返回成功提示。

NIO(非阻塞IO模型)存在性能问题，即频繁的轮询，导致频繁的系统调用，同样会消耗大量的CPU资源。可以考虑IO复用模型去解决这个问题。

 

IO多路复用模型

 

IO多路复用就是，等到内核数据准备好了，主动通知应用进程再去进行系统调用。

 

IO复用模型核心思路：系统给我们提供一类函数（如我们耳濡目染的select、poll、epoll函数），它们可以同时监控多个fd的操作，任何一个返回内核数据就绪，应用进程再发起recvfrom系统调用。

 

IO多路复用之select

 

应用进程通过调用select函数，可以同时监控多个fd，在select函数监控的fd中，只要有任何一个数据状态准备就绪了，select函数就会返回可读状态，这时应用进程再发起recvfrom请求去读取数据。非阻塞IO模型（NIO）中，需要N（N>=1）次轮询系统调用，然而借助select的IO多路复用模型，只需要发起一次询问就够了,大大优化了性能。

 

但是呢，select有几个缺点：

 

 •  监听的IO最大连接数有限，在Linux系统上一般为1024。
 •  select函数返回后，是通过遍历fdset，找到就绪的描述符fd。（仅知道有I/O事件发生，却不知是哪几个流，所以遍历所有流）

 

因为存在连接数限制，所以后来又提出了poll。与select相比，poll解决了连接数限制问题。但是呢，select和poll一样，还是需要通过遍历文件描述符来获取已经就绪的socket。如果同时连接的大量客户端，在一时刻可能只有极少处于就绪状态，伴随着监视的描述符数量的增长，效率也会线性下降。

 

IO多路复用之epoll

 

为了解决select/poll存在的问题，多路复用模型epoll诞生，它采用事件驱动来实现，流程图如下：epoll先通过epoll_ctl()来注册一个fd（文件描述符），一旦基于某个fd就绪时，内核会采用回调机制，迅速激活这个fd，当进程调用epoll_wait()时便得到通知。这里去掉了遍历文件描述符的坑爹操作，而是采用监听事件回调的机制。这就是epoll的亮点。