【Java】留下沒有基礎眼淚的面試題

前言

只有光頭才能變強

本文力求簡單講清每一個知識點，但願你們看完能有所收穫

1、如何減小線程上下文切換

使用多線程時，不是多線程能提高程序的執行速度，使用多線程是爲了更好地利用CPU資源！

程序在執行時，多線程是CPU經過給每一個線程分配CPU時間片來實現的，時間片是CPU分配給每一個線程執行的時間，因時間片很是短，因此CPU經過不停地切換線程執行。

線程不是越多就越好的，由於線程上下文切換是有性能損耗的，在使用多線程的同時須要考慮如何減小上下文切換

通常來講有如下幾條經驗

• 無鎖併發編程。多線程競爭時，會引發上下文切換，因此多線程處理數據時，能夠用一些辦法來避免使用鎖，如將數據的ID按照Hash取模分段，不一樣的線程處理不一樣段的數據
• CAS算法。Java的Atomic包使用CAS算法來更新數據，而不須要加鎖。
• 控制線程數量。避免建立不須要的線程，好比任務不多，可是建立了不少線程來處理，這樣會形成大量線程都處於等待狀態

• 協程。在單線程裏實現多任務的調度，並在單線程裏維持多個任務間的切換

  • 協程能夠當作是用戶態自管理的「線程」。不會參與CPU時間調度，沒有均衡分配到時間。非搶佔式的

還能夠考慮咱們的應用是IO密集型的仍是CPU密集型的。

• 若是是IO密集型的話，線程能夠多一些。
• 若是是CPU密集型的話，線程不宜太多。

參考資料：

• 多線程編程-減小上下文切換（1）：https://blog.csdn.net/yxpjx/article/details/52081034
• 多線程上下文切換優化與注意：https://www.cnblogs.com/signheart/p/3e3379943de1c36d5bcc7d8cee4b9825.html

2、計算機網絡

2.1MAC地址已是惟一了，爲何須要IP地址？

或者能夠反過來問：已經有IP地址了，爲何須要MAC地址？？在zhihu上還蠻多相似的問題的：

我來簡單總結一下爲何有了MAC(IP)還須要IP(MAC)：

• MAC是鏈路層，IP是網絡層，每一層幹每一層的事兒，之因此在網絡上分鏈路層、網絡層(...，就是將問題簡單化。
• 歷史的兼容問題。

已經有IP地址了，爲何須要MAC地址？？

• 現階段理由：DHCP基於MAC地址分配IP。

MAC地址已是惟一了，爲何須要IP地址？

• MAC無網段概念，非類聚，很差管理。

若是有更好的見解，不妨在評論區下留言哦~

參考資料：

• MAC地址惟一，不能知足通訊需求嗎？爲何須要IP？https://www.wukong.com/answer/6549169419812077827/
• 有了 IP 地址，爲何還要用 MAC 地址？https://www.zhihu.com/question/21546408

2.2TCP狀態

TCP 每一個狀態說一下，TIME-WAIT狀態說一下

TCP總共有11個狀態，狀態之間的轉換是這樣的：

流程圖：

下面我簡單總結一下每一個狀態：

• CLOSED：初始狀態，表示TCP鏈接是「關閉着的」或「未打開的」。
• LISTEN：表示服務器端的某個SOCKET處於監聽狀態，能夠接受客戶端的鏈接。
• SYN-SENT：表示客戶端已發送SYN報文。當客戶端SOCKET執行connect()進行鏈接時，它首先發送SYN報文，而後隨即進入到SYN_SENT狀態。
• SYN_RCVD：表示服務器接收到了來自客戶端請求鏈接的SYN報文。當TCP鏈接處於此狀態時，再收到客戶端的ACK報文，它就會進入到ESTABLISHED狀態。
• ESTABLISHED：表示TCP鏈接已經成功創建。
• FIN-WAIT-1：第一次主動請求關閉鏈接,等待對方的ACK響應。

• CLOSE_WAIT：對方發了一個FIN報文給本身，迴應一個ACK報文給對方。此時進入CLOSE_WAIT狀態。

  • 接下來呢，你須要檢查本身是否還有數據要發送給對方，若是沒有的話，那你也就能夠close()這個SOCKET併發送FIN報文給對方，即關閉本身到對方這個方向的鏈接
• FIN-WAIT-2：主動關閉端接到ACK後，就進入了FIN-WAIT-2。在這個狀態下，應用程序還有接受數據的能力，可是已經沒法發送數據。
• LAST_ACK：當被動關閉的一方在發送FIN報文後，等待對方的ACK報文的時候，就處於LAST_ACK 狀態
• CLOSED：當收到對方的ACK報文後，也就能夠進入到CLOSED狀態了。
• TIME_WAIT：表示收到了對方的FIN報文，併發送出了ACK報文。TIME_WAIT狀態下的TCP鏈接會等待2*MSL
• CLOSING：罕見的狀態。表示雙方都正在關閉SOCKET鏈接

TIME_WAIT狀態通常用來處理如下兩個問題：

• 關閉TCP鏈接時，確保最後一個ACK正常運輸(或者能夠認爲是：等待以便重傳ACK)
• 網絡上可能會有殘餘的數據包，爲了可以正常處理這些殘餘的數據包。使用TIME-WAIT狀態能夠確保在建立新鏈接時，先前網絡中殘餘的數據都丟失了。

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TIME_WAIT過多怎麼解決？

若是在高併發，多短連接情景下，TIME_WAIT就會過多。

能夠經過調整內核參數解決：vi /etc/sysctl.conf 加入如下內容設置：

• reuse是表示是否容許從新應用處於TIME-WAIT狀態的socket用於新的TCP鏈接；
• recyse是加速TIME-WAIT sockets回收

咱們能夠知道TIME_WAIT狀態是主動關閉鏈接的一方出現的，咱們不要輕易去使用上邊兩個參數。先看看是否是能夠重用TCP鏈接來儘可能避免這個問題(好比咱們HTTP的KeepAlive)~

參考資料：

• TCP/IP詳解--TCP鏈接中TIME_WAIT狀態過多：http://www.javashuo.com/article/p-ofqpvhln-bv.html
• TCP鏈接的狀態詳解以及故障排查：http://www.javashuo.com/article/p-ocwevttc-m.html
• TCP的11種狀態：http://www.javashuo.com/article/p-njiwgrtk-dd.html

2.3TCP滑動窗口

TCP是一個可靠的傳輸協議，它要保證全部的數據包均可以到達，這須要重傳機制來支撐。

重傳機制有如下幾種：

• 超時重傳
• 快速重傳
• SACK 方法

滑動窗口能夠說是TCP很是重要的一個知識點。TCP的滑動窗口主要有兩個做用：

• 提供TCP的可靠性
• 提供TCP的流控特性

簡略滑動窗口示意圖：

詳細滑動窗口示意圖：

• #1已收到ack確認的數據。
• #2發還沒收到ack的。
• #3在窗口中尚未發出的（接收方還有空間）。
• #4窗口之外的數據（接收方沒空間）

接受端控制發送端的圖示：

2.4擁塞控制

TCP不是一個自私的協議，當擁塞發生的時候，要作自我犧牲。就像交通阻塞同樣，每一個車都應該把路讓出來，而不要再去搶路了

擁塞控制主要是四個算法：

• 1）慢啓動，
• 2）擁塞避免，
• 3）擁塞發生，
• 4）快速恢復

擁塞控制的做用：

擁塞的判斷：

• 重傳定時器超時
• 收到三個相同（重複）的 ACK

強烈建議閱讀：

• TCP 的那些事兒（上）：https://coolshell.cn/articles/11564.html
• TCP 的那些事兒（下）：https://coolshell.cn/articles/11609.html

參考資料：

• TCP連續ARQ協議和滑動窗口協議：https://www.cnblogs.com/blythe/articles/7348812.html
• 運輸層
• TCP/IP(十一)TCP滑動窗口和擁塞控制：https://blog.csdn.net/endlu/article/details/51140213
• TCP-IP詳解：滑動窗口（Sliding Window）：http://www.javashuo.com/article/p-cimttgrd-mt.html
• TCP擁塞控制-慢啓動、擁塞避免、快重傳、快啓動：http://www.javashuo.com/article/p-aisjjfjh-ku.html
• TCP協議的滑動窗口具體是怎樣控制流量的？https://www.zhihu.com/question/32255109

3、操做系統

3.1殭屍進程和孤兒進程是什麼(區別)

unix/linux環境下

殭屍進程：

• 父進程建立出子進程，子進程退出了，父進程沒有調用wait或waitId獲取子進程的信息(狀態)，子進程的描述符仍在系統中。

孤兒進程：

• 父進程退出，子進程仍在運行中。這些子進程就叫作孤兒進程，孤兒進程將被init進程(進程號爲1)所收養，並由init進程對它們完成狀態收集工做

殭屍進程危害：

• 系統進程表是一項有限資源，若是系統進程表被殭屍進程耗盡的話，系統就可能沒法建立新的進程。
• 一個父進程建立了不少子進程，就是不回收，會形成內存資源的浪費。

解決殭屍進程的手段：

• 殺掉父進程，餘下的殭屍進程會成爲孤兒進程，最後被init進程管理
• 子進程退出時向父進程發送SIGCHILD信號，父進程處理SIGCHILD信號。在信號處理函數中調用wait進行處理殭屍進程
• fork兩次：原理是將子進程成爲孤兒進程，從而其的父進程變爲init進程，經過init進程能夠處理殭屍進程

參考資料：

• 殭屍進程和僵死進程有什麼區別?https://www.zhihu.com/question/26432067/answer/70643183
• 孤兒進程與殭屍進程[總結]：http://www.cnblogs.com/Anker/p/3271773.html

3.2操做系統進程間通訊的方式有哪些？

首先要知道的是：進程和線程的關注點是不同的：

• 進程間資源是獨立的，關注的是通信問題。
• 線程間資源是共享的，關注的是安全問題。

操做系統進程間通訊的方式有哪些？

• 管道（pipe）：管道是一種半雙工的通訊方式，數據只能單向流動，並且只能在具備親緣關係的進程間使用。進程的親緣關係一般是指父子進程關係。
• 有名管道（named pipe）：有名管道也是半雙工的通訊方式，可是它容許無親緣關係進程之間的通訊。
• 消息隊列（message queue）：消息隊列是消息的鏈表，存放在內核中並由消息隊列表示符標示。消息隊列克服了信號傳遞信息少，管道只能承載無格式字節流以及緩衝區大小受限制等缺點。
• 共享內存（shared memory）：共享內存就是映射一段內被其它進程所訪問的內存，共享內存由一個進程建立，可是多個進程均可以訪問。共享內存是最快的IPC，它是針對其它進程通訊方式運行效率低的而專門設計的。它每每與其它通訊機制。如信號量，配合使用，來實現進程間的同步和通訊。
• 套接字（socket）：套接字也是進程間的通訊機制，與其它通訊機制不一樣的是，它能夠用於不一樣機器間的進程通訊。
• 信號（signal）：信號是一種比較複雜的通訊方式，用於通知接受進程進程某個時間已經發生。

• 信號量（semaphore）：信號量是一個計數器，能夠用來控制多個進程對共享資源的訪問。

  • 它常做爲一種鎖的機制，防止某進程正在訪問共享資源時，其它進程也訪問該資源。所以它主要做爲不一樣進程或者同一進程之間不一樣線程之間同步的手段。

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3.3操做系統線程間通訊的方式有哪些？

操做系統線程間通訊的方式有哪些？(能夠直接理解成：線程之間 同步的方式有哪些)

• 鎖機制：包括互斥鎖、條件變量、讀寫鎖
• 信號量機制(Semaphore)：包括無名線程信號量和命名線程信號量
• 信號機制(Signal)：相似進程間的信號處理

線程間的通訊目的主要是用於線程同步。

參考資料：

• 線程通訊與進程通訊的區別：http://www.javashuo.com/article/p-qihajdbu-cu.html
• 操做系統——進程，線程，鎖：http://www.javashuo.com/article/p-gvimsqsd-ck.html
• 操做系統進程、線程：http://www.cnblogs.com/wxquare/p/5168745.html
• 進程間的五種通訊方式介紹：http://www.javashuo.com/article/p-vgrtqbsd-w.html

擴展閱讀：

• 進程間的五種通訊方式介紹(詳情介紹)：http://www.javashuo.com/article/p-vgrtqbsd-w.html
• Linux內核調度分析（進程調度）：https://cloud.tencent.com/developer/article/1027448

3.4操做系統進程調度算法有哪些？

操做系統進程調度算法有哪些？

• 先來先服務算法(FCFS)

  • 誰先來，就誰先執行

• 短進程/做業優先算法(SJF)

  • 誰用的時間少、就先執行誰

• 最高響應比優先算法(HRN)

  • 對FCFS方式和SJF方式的一種綜合平衡

• 最高優先數算法

  • 系統把處理機分配給就緒隊列中優先數最高的進程

• 基於時間片的輪轉調度算法

  • 每一個進程所享受的CPU處理時間都是一致的

• 最短剩餘時間優先算法

  • 短做業優先算法的升級版，只不過它是搶佔式的

• 多級反饋排隊算法

  • 設置多個就緒隊列，分別賦予不一樣的優先級，如逐級下降，隊列1的優先級最高

參考筆記：

• 操做系統第四篇【處理機調度】

4、拓展閱讀

此部分是看別人的博文已經寫得很好了，分享給你們~

4.1ConcurrentHashMap中的擴容是否須要對整個表上鎖？

ConcurrentHashMap中的擴容是否須要對整個表上鎖？

總結(摘抄)要點：

• 經過給每一個線程分配桶區間(默認一個線程分配的桶是16個)，避免線程間的爭用。
• 經過爲每一個桶節點加鎖，避免 putVal 方法致使數據不一致。
• 同時，在擴容的時候，也會將鏈表拆成兩份，這點和 HashMap 的 resize 方法相似。

參考資料：

• 併發編程——ConcurrentHashMap擴容逐行分析https://www.jianshu.com/p/2829fe36a8dd
• 《Java源碼分析》：ConcurrentHashMap JDK1.8：http://www.javashuo.com/article/p-mtzfapmv-a.html

4.2什麼是一致性Hash算法（原理）？

什麼是一致性Hash算法（原理）？

總結(摘抄)要點：

• 一致性Hash算法將整個哈希值空間組織成一個虛擬的圓環，好處就是提升容錯性和可擴展性。

  • 對於節點的增減都只需重定位環空間中的一小部分數據。

參考資料：

• 一致 Hash 算法分析：https://crossoverjie.top/2018/01/08/Consistent-Hash/
• 面試必備：什麼是一致性Hash算法？https://zhuanlan.zhihu.com/p/34985026

4.3MySQL date、datetime和timestamp類型的區別

MySQL date、datetime和timestamp類型的區別

總結(摘抄)要點：

• date精確到天，datetime和timestamp精確到秒

• datetime和timestamp的區別：

  • timestamp會跟隨設置的時區變化而變化，而datetime保存的是絕對值不會變化
  • timestamp儲存佔用4個字節，datetime儲存佔用8個字節
  • 可表示的時間範圍不一樣，timestamp只能到表示到2038年，datetime可到9999年

參考資料：

• MySQL date、datetime和timestamp類型的區別：https://zhuanlan.zhihu.com/p/23663741

4.4判斷一個鏈表是否有環/相交

判斷一個鏈表是否有環(實際上就是看看有無遍歷到重複的節點)，解決方式(3種)：

1. for遍歷兩次
2. 使用hashSet作緩存，記錄已遍歷過的節點
3. 使用兩個指針，一前一後遍歷，總會出現前指針==後指針的狀況

參考資料：

• 漫畫算法：如何判斷鏈表有環？http://blog.jobbole.com/106227/

---

判斷兩個無環鏈表是否相交，解決方式(2種)：

• 將第一個鏈表尾部的next指針指向第二個鏈表，兩個鏈表組成一個鏈表。

  • 判斷這一個鏈表是否有環，有環則相交，無環則不相交
• 直接判斷兩個鏈表的尾節點是否相等，若是相等則相交，不然不相交

判斷兩個有環鏈表是否相交(注:當一個鏈表中有環，一個鏈表中沒有環時，兩個鏈表必不相交)：

• 找到第一個鏈表的環點，而後將環斷開（固然不要忘記了保存它的下一個節點），而後再來遍歷第二個鏈表，若是發現第二個鏈表從有環變成了無環，那麼他們就是相交的嘛，不然就是不相交的了。

參考資料：

• 判斷兩個鏈表是否相交併找出交點：https://blog.csdn.net/jiary5201314/article/details/50990349
• 判斷單鏈表是否存在環，判斷兩個鏈表是否相交問題詳解：http://www.cppblog.com/humanchao/archive/2008/04/17/47357.html

4.5keepAlive含義

• HTTP協議的Keep-Alive意圖在於鏈接複用，同一個鏈接上串行方式傳遞請求-響應數據
• TCP的KeepAlive機制意圖在於保活、心跳，檢測鏈接錯誤

參考資料：

• 聊聊 TCP 中的 KeepAlive 機制：http://www.importnew.com/27624.html

最後

若是你們有更好的理解方式或者文章有錯誤的地方還請你們不吝在評論區留言，你們互相學習交流~~~

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