头条面试问题整理

• 自我介绍
• 项目详细介绍
• 算法题
  • LeetCode上一个题，给定一个二维数组和目标值，该二维数组每一行和每一列都是非递减的，问二维数组中的等于目标值的坐标。
  • 实现一个排序树，能插入，能删除，能平衡
  • 输入一个数组，要求输出数组中每个数字后面第一个比他大的数字，没有比他大的输出-1，时间复杂度O（n）。输入：5,1,9,6,7 输出：9,9，-1,7，-1
  • 二维数组中，只能向右和向下，找到从左上角到右下角路径中和最大的值
  • 堆排序
  • 快排思想
  • 两个栈实现队列
  • 单链表排序
• 数据库
  • MySQL的索引原理、数据库索引类型
    • 索引原理
      • 本质
        通过不断地缩小想要获取数据的范围来 筛选出 最终想要的结果，同时把随机的事件变成顺序的事件。
      • 从数据结构角度考虑，为什么使用B树而不用AVL树or红黑树？
        • 定义：AVL树是严格的二叉排序树(保持平衡)，红黑树是非严格的二叉排序树(不用保存平衡)
        • 显然，AVL树和红黑树都比B树的高度h高，因为B树的节点度d更大(B树高度O(logdN))
        • I/O次数越多：一个节点大小占用OS中的一个逻辑页，对应了一次I/O，因此树越高一次查找次数(即为树高)越多。
        • 无法运用程序局部性原理：以为树太高导致逻辑上很近的节点(父子节点)物理上可能很远。
        • 因此，B树的I/O次数明显低于AVL树和红黑树，故选择B树作为索引结构。
      • 从计算机组成原理角度考虑，大多数数据库系统为什么使用B+树(对B+树结构做了优化，添加了叶子节点的顺序指针)而不使用B-树？
        • 利用磁盘预读原理(根据局部性原理)，DB的设计者将1个节点大小设置为1页，故1个节点只需1个I/O就能完全载入。
        • B树一次查找最多查找次数=h-1(高度为h，根节点常驻内存）
        • 树高度h＝O(logdN)。实际应用中，出读d是非常大的数字，通常超过100，因此h非常小。
        • B-树高度>B+树高度
          因为d(B+)>d(B)，d的计算公式为：d=节点大小(1页，4或8kB)/(keysize+datasize+pointsize)。而B+树的非叶子节点没有data域，故datasize值为0，故其d更大。
        • 优化后的B+树能干嘛？
          提高区间访问的性能。
          eg：如果要查询key为从18到49的所有数据记录，则从第一个叶子节点开始查找，当找到key＝18后，只需顺着结点和指针顺序遍历就可以一次性访问到所有数据结点，极大提到了区间查询效率。
      • 补充常识
        目前大部分数据库系统和文件系统都采用B-树或者B+树作为索引结构。
  • 类型
    • 普通索引index :加速查找
    • 唯一索引
      • 主键索引：primary key ：加速查找+约束（不为空且唯一）
      • 唯一索引：unique：加速查找+约束 （唯一）
    • 联合索引
      • primary key(id,name):联合主键索引
      • unique(id,name):联合唯一索引
      • index(id,name):联合普通索引
    • 全文索引fulltext :用于搜索很长一篇文章的时候，效果最好。
      db表message_queue_history，包括字段
      • 创建语法
        alter table message_queue_history add fulltext index idx_message (message);
      • 查找语法
        select * from message_queue_history where match(message) against(‘10086’);
    • 空间索引spatial :了解就好，几乎不用
  • B+树
    • 索引字段要尽量的小
      • 因为IO次数取决于b+树的高度h ，而索引字段影响了树的高度
      • 如何影响？
        假设当前数据表的数据为N，每个磁盘块的数据项的数量是m，则有h=㏒(m+1)N，当数据量N一定的情况下，m越大，h越小；而 m = 磁盘块的大小/数据项的大小，磁盘块的大小也就是一个数据页的大小，是固定的，如果数据项占的空间越小，数据项的数量越多，树的高度越低。
    • 索引的最左匹配特性(即从左往右匹配)
• 网络通信
  • 画出tcp断开连接的图
    • 过程
      • Client端收到App的关闭信号后，发送FIN给Server端。此后Client处于Fin_Wait1状态。
      • Sever端收到来自Client端的Fin信号后，发送Ack信号给Client端，告诉App可以关闭连接了。此后Server进入Close_Wait状态。
      • Client端收到来自Server端的Ack信号。此后Client进入Fin_Wait2状态，等待Server发送Fin信号。
      • Server端的App准备关闭连接时，发送Fin信号给Client端。此后Server进入Last_Ack状态。
      • Client端收到来自Server端的Fin信号后，发送Ack信号给Server端，并等待2msl时长再关闭本地内核连接。此后Client进入Time_Wait状态。
    • 图［画图］
      
  • tcp四次挥手 和 状态 以及 为什么等待2msl,如果服务器一直没收到一直发断开连接请求的话，它会一直重置这个时间吗
    • 套接字状态
      • Client端依次为：Fin_Wait1、Fin_Wait2、Time_Wait
      • Server端依次为：Close_Wait、Last_Ack
      • 状态说明
        • Fin_Wait1
          • 连接处于半段开状态(可以接受、应答数据，当不能发送数据)，并将连接的控制权托管给 Kernel，程序就不再进行处理。
          • 一般情况下，连接处理 FIN_WAIT1 的状态只是持续很短的一段时间
        • Fin_Wait2
          • 在等待对方的 FIN 数据报
          • 当 TCP 一直保持这个状态时，对方就有可能永远都不断开连接，导致该连接一直保持着。
          • 不属于任何应用的孤儿连接保持Fin_Wait2状态的最长时间默认为：60s。超过这个时间，就会被本地直接关闭，不会进入Time_Wait状态。
          • 处于 Fin_Wait2 状态的TCP连接，威胁要比 Fin_Wait1 的小，占用的资源也很小，通常不会有什么问题。
        • Time_Wait
          • Client端发出Ack响应后，内核会设定一个时间长度为 2MSL 的定时器，当定时器在到时间点后，内核就会将该连接关闭。
          • 当连接尚未关闭的时候，又收到了对方发送过来的 FIN 请求（可能是我们发送出去的请求对方并未收到），或者收到 ICMP 请求（比如 ACK 数据报，在网络传输中出现了错误），该连接就会重新发送 ACK 请求，并重置定时器。
        • Close_Wait
          • 该连接可能有数据需要发送，或者一些其他事情要做
          • 当这类连接过多的时候，就会导致网络性能下降，耗尽连接数，无法建立新的连接。
        • Last_Ack
          • 等待对方进行发送 ACK 数据报
          • 收到了响应的ACK数据报后，连接进入CLOSED 状态，并释放相关资源。
          • 如果超时未收到响应，就触发了TCP的重传机制。
    • 等待2msl的原因
      保证Server端能够收到Client端发送的最后一个Ack信号。而Server端在收到最后一个Ack信号后才能关闭连接。
  • 进程间通信方式 & 线程间通信方式
    • 进程间通信方式
      • 分类
        管道、消息队列、信号量、共享内存、Socket、Streams等。其中Socket、Streams支持不同主机上的两个进程通信。
      • 分别介绍
        • 管道
          • 无名管道（默认）
            • 它是半双工的（即数据只能在一个方向上流动），具有固定的读端和写端
            • 它只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信（也是父子进程或者兄弟进程之间）
            • 它可以看成是一种特殊的文件，对于它的读写也可以使用普通的read、write 等函数。但是它不是普通的文件，并不属于其他任何文件系统，并且只存在于内存中
            • 通常调用 pipe 的进程接着调用 fork，这样就创建了父进程与子进程之间的 IPC 通道
          • 有名管道
            • 名字：FIFO
            • FIFO可以在无关的进程之间交换数据
            • FIFO有路径名与之相关联，它以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中
            • 在数据读出时，FIFO管道中同时清除数据，并且“先进先出”
        • 消息队列
          • 存放在内核中
          • 一个消息队列由一个标识符（即队列ID）来标识
          • 消息队列是面向记录的，其中的消息具有特定的格式以及特定的优先级
          • 消息队列独立于发送与接收进程。进程终止时，消息队列及其内容并不会被删除
          • 消息队列可以实现消息的随机查询,消息不一定要以先进先出的次序读取,也可以按消息的类型读取
        • 信号量
          • 它是一个计数器。信号量用于实现进程间的互斥与同步，而不是用于存储进程间通信数据
          • 信号量用于进程间同步，若要在进程间传递数据需要结合共享内存
          • 信号量基于操作系统的 PV 操作，程序对信号量的操作都是原子操作
          • 每次对信号量的 PV 操作不仅限于对信号量值加 1 或减 1，而且可以加减任意正整数
          • 支持信号量组
        • 共享内存
          • 是最快的一种 IPC，因为进程是直接对内存进行存取
          • 因为多个进程可以同时操作，所以需要进行同步
          • 信号量+共享内存通常结合在一起使用，信号量用来同步对共享内存的访问
        • Socket
          • 参考博客：https://blog.csdn.net/Hearthougan/article/details/51275765
          • 通信流程
            • 图片
              
            • 说明
              • 服务器根据地址类型（ipv4,ipv6）、socket类型、协议创建socket
              • 服务器为socket绑定ip地址和端口号
              • 服务器socket监听端口号请求，随时准备接收客户端发来的连接，这时候服务器的socket并没有被打开
              • 客户端创建socket
              • 客户端打开socket，根据服务器ip地址和端口号试图连接服务器socket
              • 服务器socket接收到客户端socket请求，被动打开，开始接收客户端请求，直到客户端返回连接信息。这时候socket进入阻塞状态，所谓阻塞即accept()方法一直到客户端返回连接信息后才返回，开始接收下一个客户端谅解请求
              • 客户端连接成功，向服务器发送连接状态信息
              • 服务器accept方法返回，连接成功
              • 客户端向socket写入信息
              • 服务器读取信息
              • 客户端关闭
              • 服务器端关闭
          • 流程解释
            • 创建一个套接字—socket()
              socket()函数用于根据指定的地址族、数据类型、协议来分配一个套接字的描述字及其所用的资源
            • 指定本地地址—bind()函数
              将本地地址与一套接字捆绑。当socket()创建套接字 后，它便存在于一个名字空间（地址族）中，bind()函数通过给一个未命名的套接字分配一个本地名字，来为套接字建立本地捆绑（主机地址）
            • 监听和请求连接—listen()、connect()函数
            • 建立套接字连接—accept()函数
              调用accept()函数来接收请求，这样连接便建立好了，之后就可以网络I/O操作了，即类同于普通文件的读写I/O操作
            • 数据传输—send()与recv()
              客户端and服务器应用程序都用send函数来向TCP连接的另一端发送数据
              ps:send函数仅仅是把buf中的数据copy到sockfd的发送缓冲区的剩余空间里，而不是sockfd的发送缓冲中的数据传送到连接的另一端，那是协议干的活
            • 关闭套接字—close()
              关闭套接字s，并释放分配给该套接字的资源
        • Streams
    • 线程间通信方式
      • 同步：如synchronized关键字
      • 轮询：如CAS机制
      • wait/notify机制
      • 管道通信（共享内存）
  • 网络分层
  • 网络层的功能
    控制子网的运行。如分组传输、路由选择等。
  • 传输层协议
    tcp、udp
  • Tcp和Udp区别
    • 是否面向连接
    • 是否可靠
    • 面向字节流or报文
    • 是否运行多对多
      • Tcp只能一对一建立连接，传输数据。
      • Udp允许一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信。
    • 首部开销大小
      Tcp为20B，Udp为8B。
  • Tcp长连接和短连接
    • 长链接
      • 定义
        指在一个TCP连接上可以连续发送多个数据包，在TCP连接保持期间，如果没有数据包发送，需要双方发检测包以维持此连接，一般需要自己做在线维持
      • 过程
        连接→数据传输→保持连接(心跳)→数据传输→保持连接(心跳)→……→关闭连接（一个TCP连接多个读写通信）
      • 优势
        • 提高传输速度
        • 降低连续建立连接的资源消耗
      • 适用对象
        操作频繁（读写），点对点的通讯，而且连接数不能太多情况
    • 短连接
      • 定义
        短连接是指通信双方有数据交互时，就建立一个TCP连接，数据发送完成后，则断开此TCP连接。
      • 过程
        连接→数据传输→关闭连接
      • 优势
        管理简单，存在的连接都是有用的连接，不需要额外的控制手段
      • 适用对象
        WEB网站的http服务一般都用短链接.
        ps：http1.0 -----只支持短连接；
        http1.1 -----keep alive 带时间，操作次数限制的长连接
  • socket的理解，底层，如何做一个server
• 操作系统
  • 多进程和多线程的区别
  • 为什么区分内核态和用户态
    • 用户态
      进程执行自己的代码时
    • 内核态
      发生系统调用时，进程执行内核的代码
    • 原因
      • CPU的所有指令中，有一些指令是非常危险的，如果错用，将导致整个系统崩溃
      • CPU将指令分为特权指令和非特权指令.
      • 危险的指令，只允许操作系统及其相关模块使用
      • 普通的应用程序只能使用那些不会造成灾难的指令
  • 1亿个数，100个线程，每个线程随机从1亿个数里面取一个数做处理，要求保证不会有两个线程对同一个数做处理。我脑子里都是java里的各种锁，他说不要考虑java，想想操作系统里的互斥锁
  • 进程间的通信方式，管道通信如何实现，命名管道呢，共享内存呢
  • 如何实现一个进程，说说对僵尸进程的理解，孤儿进程的理解，能手写一个fork进程吗
    • 孤儿进程
      一个父进程退出，而它的一个或多个子进程还在运行，那么那些子进程将成为孤儿进程。孤儿进程将被init进程(进程号为1)所收养，并由init进程对它们完成状态收集工作。
    • 僵尸进程
      进程终止后进入僵死状态(zombie),等待告知父进程自己终止,后才能完全消失.但是如果一个进程已经终止了,但是其父进程还没有获取其状态,那么子进程就称之为僵尸进程。
    • 僵尸进程的危害
      如果父进程不调用wait/waitpid，那么保留退出子进程的那段信息就不会释放＋进程号会一直被占用。因此如果有大量僵尸进程的出现将导致OS不能产生新进程。
    • 僵尸进程的解决办法
      • 通过信号机制
        子进程退出时向父进程发送SIGCHILD信号，父进程处理SIGCHILD信号
      • fork两次
        原理是将子进程成为孤儿进程，从而其的父进程变为init进程，通过init进程可以处理僵尸进程
    • 手动创建fork进程
      • 函数原型
        1）include // 必须引入头文件，使用fork函数的时候，必须包含这个头文件，否则，系统找不到fork函数
        2）pid_t fork(void); //void代表没有任何形式参数
      • fork函数不需要任何参数，对于返回值有三种情况
        • 对于父进程，fork函数返回新建子进程的pid
        • 对于子进程，fork函数返回 0；
        • 如果出错， fork 函数返回 -1。
      • 代码示例
        
• 设计题
  • 设计火车票订票系统，场景是对于固定的某一天，输入起始站和终点站，返回给用户车次信息和每个席位的剩余票数