頭條面試問題整理

• 自我介紹
• 專案詳細介紹
• 演算法題
  • LeetCode上一個題，給定一個二維陣列和目標值，該二維陣列每一行和每一列都是非遞減的，問二維陣列中的等於目標值的座標。
  • 實現一個排序樹，能插入，能刪除，能平衡
  • 輸入一個數組，要求輸出陣列中每個數字後面第一個比他大的數字，沒有比他大的輸出-1，時間複雜度O（n）。輸入：5,1,9,6,7 輸出：9,9，-1,7，-1
  • 二維陣列中，只能向右和向下，找到從左上角到右下角路徑中和最大的值
  • 堆排序
  • 快排思想
  • 兩個棧實現佇列
  • 單鏈表排序
• 資料庫
  • MySQL的索引原理、資料庫索引型別
    • 索引原理
      • 本質
        通過不斷地縮小想要獲取資料的範圍來 篩選出 最終想要的結果，同時把隨機的事件變成順序的事件。
      • 從資料結構角度考慮，為什麼使用B樹而不用AVL樹or紅黑樹？
        • 定義：AVL樹是嚴格的二叉排序樹(保持平衡)，紅黑樹是非嚴格的二叉排序樹(不用儲存平衡)
        • 顯然，AVL樹和紅黑樹都比B樹的高度h高，因為B樹的節點度d更大(B樹高度O(logdN))
        • I/O次數越多：一個節點大小佔用OS中的一個邏輯頁，對應了一次I/O，因此樹越高一次查詢次數(即為樹高)越多。
        • 無法運用程式區域性性原理：以為樹太高導致邏輯上很近的節點(父子節點)物理上可能很遠。
        • 因此，B樹的I/O次數明顯低於AVL樹和紅黑樹，故選擇B樹作為索引結構。
      • 從計算機組成原理角度考慮，大多數資料庫系統為什麼使用B+樹(對B+樹結構做了優化，添加了葉子節點的順序指標)而不使用B-樹？
        • 利用磁碟預讀原理(根據區域性性原理)，DB的設計者將1個節點大小設定為1頁，故1個節點只需1個I/O就能完全載入。
        • B樹一次查詢最多查詢次數=h-1(高度為h，根節點常駐記憶體）
        • 樹高度h＝O(logdN)。實際應用中，出讀d是非常大的數字，通常超過100，因此h非常小。
        • B-樹高度>B+樹高度
          因為d(B+)>d(B)，d的計算公式為：d=節點大小(1頁，4或8kB)/(keysize+datasize+pointsize)。而B+樹的非葉子節點沒有data域，故datasize值為0，故其d更大。
        • 優化後的B+樹能幹嘛？
          提高區間訪問的效能。
          eg：如果要查詢key為從18到49的所有資料記錄，則從第一個葉子節點開始查詢，當找到key＝18後，只需順著結點和指標順序遍歷就可以一次性訪問到所有資料結點，極大提到了區間查詢效率。
      • 補充常識
        目前大部分資料庫系統和檔案系統都採用B-樹或者B+樹作為索引結構。
  • 型別
    • 普通索引index :加速查詢
    • 唯一索引
      • 主鍵索引：primary key ：加速查詢+約束（不為空且唯一）
      • 唯一索引：unique：加速查詢+約束 （唯一）
    • 聯合索引
      • primary key(id,name):聯合主鍵索引
      • unique(id,name):聯合唯一索引
      • index(id,name):聯合普通索引
    • 全文索引fulltext :用於搜尋很長一篇文章的時候，效果最好。
      db表message_queue_history，包括欄位
      • 建立語法
        alter table message_queue_history add fulltext index idx_message (message);
      • 查詢語法
        select * from message_queue_history where match(message) against(‘10086’);
    • 空間索引spatial :瞭解就好，幾乎不用
  • B+樹
    • 索引欄位要儘量的小
      • 因為IO次數取決於b+樹的高度h ，而索引欄位影響了樹的高度
      • 如何影響？
        假設當前資料表的資料為N，每個磁碟塊的資料項的數量是m，則有h=㏒(m+1)N，當資料量N一定的情況下，m越大，h越小；而 m = 磁碟塊的大小/資料項的大小，磁碟塊的大小也就是一個數據頁的大小，是固定的，如果資料項佔的空間越小，資料項的數量越多，樹的高度越低。
    • 索引的最左匹配特性(即從左往右匹配)
• 網路通訊
  • 畫出tcp斷開連線的圖
    • 過程
      • Client端收到App的關閉訊號後，傳送FIN給Server端。此後Client處於Fin_Wait1狀態。
      • Sever端收到來自Client端的Fin訊號後，傳送Ack訊號給Client端，告訴App可以關閉連線了。此後Server進入Close_Wait狀態。
      • Client端收到來自Server端的Ack訊號。此後Client進入Fin_Wait2狀態，等待Server傳送Fin訊號。
      • Server端的App準備關閉連線時，傳送Fin訊號給Client端。此後Server進入Last_Ack狀態。
      • Client端收到來自Server端的Fin訊號後，傳送Ack訊號給Server端，並等待2msl時長再關閉本地核心連線。此後Client進入Time_Wait狀態。
    • 圖［畫圖］
      
  • tcp四次揮手 和 狀態 以及 為什麼等待2msl,如果伺服器一直沒收到一直髮斷開連線請求的話，它會一直重置這個時間嗎
    • 套接字狀態
      • Client端依次為：Fin_Wait1、Fin_Wait2、Time_Wait
      • Server端依次為：Close_Wait、Last_Ack
      • 狀態說明
        • Fin_Wait1
          • 連線處於半段開狀態(可以接受、應答資料，當不能傳送資料)，並將連線的控制權託管給 Kernel，程式就不再進行處理。
          • 一般情況下，連線處理 FIN_WAIT1 的狀態只是持續很短的一段時間
        • Fin_Wait2
          • 在等待對方的 FIN 資料報
          • 當 TCP 一直保持這個狀態時，對方就有可能永遠都不斷開連線，導致該連線一直保持著。
          • 不屬於任何應用的孤兒連線保持Fin_Wait2狀態的最長時間預設為：60s。超過這個時間，就會被本地直接關閉，不會進入Time_Wait狀態。
          • 處於 Fin_Wait2 狀態的TCP連線，威脅要比 Fin_Wait1 的小，佔用的資源也很小，通常不會有什麼問題。
        • Time_Wait
          • Client端發出Ack響應後，核心會設定一個時間長度為 2MSL 的定時器，當定時器在到時間點後，核心就會將該連線關閉。
          • 當連線尚未關閉的時候，又收到了對方傳送過來的 FIN 請求（可能是我們傳送出去的請求對方並未收到），或者收到 ICMP 請求（比如 ACK 資料報，在網路傳輸中出現了錯誤），該連線就會重新發送 ACK 請求，並重置定時器。
        • Close_Wait
          • 該連線可能有資料需要傳送，或者一些其他事情要做
          • 當這類連線過多的時候，就會導致網路效能下降，耗盡連線數，無法建立新的連線。
        • Last_Ack
          • 等待對方進行傳送 ACK 資料報
          • 收到了響應的ACK資料報後，連線進入CLOSED 狀態，並釋放相關資源。
          • 如果超時未收到響應，就觸發了TCP的重傳機制。
    • 等待2msl的原因
      保證Server端能夠收到Client端傳送的最後一個Ack訊號。而Server端在收到最後一個Ack訊號後才能關閉連線。
  • 程序間通訊方式 & 執行緒間通訊方式
    • 程序間通訊方式
      • 分類
        管道、訊息佇列、訊號量、共享記憶體、Socket、Streams等。其中Socket、Streams支援不同主機上的兩個程序通訊。
      • 分別介紹
        • 管道
          • 無名管道（預設）
            • 它是半雙工的（即資料只能在一個方向上流動），具有固定的讀端和寫端
            • 它只能用於具有親緣關係的程序之間的通訊（也是父子程序或者兄弟程序之間）
            • 它可以看成是一種特殊的檔案，對於它的讀寫也可以使用普通的read、write 等函式。但是它不是普通的檔案，並不屬於其他任何檔案系統，並且只存在於記憶體中
            • 通常呼叫 pipe 的程序接著呼叫 fork，這樣就建立了父程序與子程序之間的 IPC 通道
          • 有名管道
            • 名字：FIFO
            • FIFO可以在無關的程序之間交換資料
            • FIFO有路徑名與之相關聯，它以一種特殊裝置檔案形式存在於檔案系統中
            • 在資料讀出時，FIFO管道中同時清除資料，並且“先進先出”
        • 訊息佇列
          • 存放在核心中
          • 一個訊息佇列由一個識別符號（即佇列ID）來標識
          • 訊息佇列是面向記錄的，其中的訊息具有特定的格式以及特定的優先順序
          • 訊息佇列獨立於傳送與接收程序。程序終止時，訊息佇列及其內容並不會被刪除
          • 訊息佇列可以實現訊息的隨機查詢,訊息不一定要以先進先出的次序讀取,也可以按訊息的型別讀取
        • 訊號量
          • 它是一個計數器。訊號量用於實現程序間的互斥與同步，而不是用於儲存程序間通訊資料
          • 訊號量用於程序間同步，若要在程序間傳遞資料需要結合共享記憶體
          • 訊號量基於作業系統的 PV 操作，程式對訊號量的操作都是原子操作
          • 每次對訊號量的 PV 操作不僅限於對訊號量值加 1 或減 1，而且可以加減任意正整數
          • 支援訊號量組
        • 共享記憶體
          • 是最快的一種 IPC，因為程序是直接對記憶體進行存取
          • 因為多個程序可以同時操作，所以需要進行同步
          • 訊號量+共享記憶體通常結合在一起使用，訊號量用來同步對共享記憶體的訪問
        • Socket
          • 參考部落格：https://blog.csdn.net/Hearthougan/article/details/51275765
          • 通訊流程
            • 圖片
              
            • 說明
              • 伺服器根據地址型別（ipv4,ipv6）、socket型別、協議建立socket
              • 伺服器為socket繫結ip地址和埠號
              • 伺服器socket監聽埠號請求，隨時準備接收客戶端發來的連線，這時候伺服器的socket並沒有被開啟
              • 客戶端建立socket
              • 客戶端開啟socket，根據伺服器ip地址和埠號試圖連線伺服器socket
              • 伺服器socket接收到客戶端socket請求，被動開啟，開始接收客戶端請求，直到客戶端返回連線資訊。這時候socket進入阻塞狀態，所謂阻塞即accept()方法一直到客戶端返回連線資訊後才返回，開始接收下一個客戶端諒解請求
              • 客戶端連線成功，向伺服器傳送連線狀態資訊
              • 伺服器accept方法返回，連線成功
              • 客戶端向socket寫入資訊
              • 伺服器讀取資訊
              • 客戶端關閉
              • 伺服器端關閉
          • 流程解釋
            • 建立一個套接字—socket()
              socket()函式用於根據指定的地址族、資料型別、協議來分配一個套接字的描述字及其所用的資源
            • 指定本地地址—bind()函式
              將本地地址與一套接字捆綁。當socket()建立套接字 後，它便存在於一個名字空間（地址族）中，bind()函式通過給一個未命名的套接字分配一個本地名字，來為套接字建立本地捆綁（主機地址）
            • 監聽和請求連線—listen()、connect()函式
            • 建立套接字連線—accept()函式
              呼叫accept()函式來接收請求，這樣連線便建立好了，之後就可以網路I/O操作了，即類同於普通檔案的讀寫I/O操作
            • 資料傳輸—send()與recv()
              客戶端and伺服器應用程式都用send函式來向TCP連線的另一端傳送資料
              ps:send函式僅僅是把buf中的資料copy到sockfd的傳送緩衝區的剩餘空間裡，而不是sockfd的傳送緩衝中的資料傳送到連線的另一端，那是協議乾的活
            • 關閉套接字—close()
              關閉套接字s，並釋放分配給該套接字的資源
        • Streams
    • 執行緒間通訊方式
      • 同步：如synchronized關鍵字
      • 輪詢：如CAS機制
      • wait/notify機制
      • 管道通訊（共享記憶體）
  • 網路分層
  • 網路層的功能
    控制子網的執行。如分組傳輸、路由選擇等。
  • 傳輸層協議
    tcp、udp
  • Tcp和Udp區別
    • 是否面向連線
    • 是否可靠
    • 面向位元組流or報文
    • 是否執行多對多
      • Tcp只能一對一建立連線，傳輸資料。
      • Udp允許一對一，一對多，多對一和多對多的互動通訊。
    • 首部開銷大小
      Tcp為20B，Udp為8B。
  • Tcp長連線和短連線
    • 長連結
      • 定義
        指在一個TCP連線上可以連續傳送多個數據包，在TCP連線保持期間，如果沒有資料包傳送，需要雙方發檢測包以維持此連線，一般需要自己做線上維持
      • 過程
        連線→資料傳輸→保持連線(心跳)→資料傳輸→保持連線(心跳)→……→關閉連線（一個TCP連線多個讀寫通訊）
      • 優勢
        • 提高傳輸速度
        • 降低連續建立連線的資源消耗
      • 適用物件
        操作頻繁（讀寫），點對點的通訊，而且連線數不能太多情況
    • 短連線
      • 定義
        短連線是指通訊雙方有資料互動時，就建立一個TCP連線，資料傳送完成後，則斷開此TCP連線。
      • 過程
        連線→資料傳輸→關閉連線
      • 優勢
        管理簡單，存在的連線都是有用的連線，不需要額外的控制手段
      • 適用物件
        WEB網站的http服務一般都用短連結.
        ps：http1.0 -----只支援短連線；
        http1.1 -----keep alive 帶時間，操作次數限制的長連線
  • socket的理解，底層，如何做一個server
• 作業系統
  • 多程序和多執行緒的區別
  • 為什麼區分核心態和使用者態
    • 使用者態
      程序執行自己的程式碼時
    • 核心態
      發生系統呼叫時，程序執行核心的程式碼
    • 原因
      • CPU的所有指令中，有一些指令是非常危險的，如果錯用，將導致整個系統崩潰
      • CPU將指令分為特權指令和非特權指令.
      • 危險的指令，只允許作業系統及其相關模組使用
      • 普通的應用程式只能使用那些不會造成災難的指令
  • 1億個數，100個執行緒，每個執行緒隨機從1億個數裡面取一個數做處理，要求保證不會有兩個執行緒對同一個數做處理。我腦子裡都是java裡的各種鎖，他說不要考慮java，想想作業系統裡的互斥鎖
  • 程序間的通訊方式，管道通訊如何實現，命名管道呢，共享記憶體呢
  • 如何實現一個程序，說說對殭屍程序的理解，孤兒程序的理解，能手寫一個fork程序嗎
    • 孤兒程序
      一個父程序退出，而它的一個或多個子程序還在執行，那麼那些子程序將成為孤兒程序。孤兒程序將被init程序(程序號為1)所收養，並由init程序對它們完成狀態收集工作。
    • 殭屍程序
      程序終止後進入僵死狀態(zombie),等待告知父程序自己終止,後才能完全消失.但是如果一個程序已經終止了,但是其父程序還沒有獲取其狀態,那麼子程序就稱之為殭屍程序。
    • 殭屍程序的危害
      如果父程序不呼叫wait/waitpid，那麼保留退出子程序的那段資訊就不會釋放＋程序號會一直被佔用。因此如果有大量殭屍程序的出現將導致OS不能產生新程序。
    • 殭屍程序的解決辦法
      • 通過訊號機制
        子程序退出時向父程序傳送SIGCHILD訊號，父程序處理SIGCHILD訊號
      • fork兩次
        原理是將子程序成為孤兒程序，從而其的父程序變為init程序，通過init程序可以處理殭屍程序
    • 手動建立fork程序
      • 函式原型
        1）include // 必須引入標頭檔案，使用fork函式的時候，必須包含這個標頭檔案，否則，系統找不到fork函式
        2）pid_t fork(void); //void代表沒有任何形式引數
      • fork函式不需要任何引數，對於返回值有三種情況
        • 對於父程序，fork函式返回新建子程序的pid
        • 對於子程序，fork函式返回 0；
        • 如果出錯， fork 函式返回 -1。
      • 程式碼示例
        
• 設計題
  • 設計火車票訂票系統，場景是對於固定的某一天，輸入起始站和終點站，返回給使用者車次資訊和每個席位的剩餘票數