15道虾皮服务端面试真题，你能全答对吗？（附解析）

1）如果m_ids包含trx_id,则代表Read View生成时刻，这个事务还未提交，但是如果数据的trx_id等于creator_trx_id的话，表明数据是自己生成的，因此是可见的。

2）如果m_ids包含trx_id，并且trx_id不等于creator_trx_id，则Read View生成时，事务未提交，并且不是自己生产的，所以当前事务也是看不见的；

3）如果m_ids不包含trx_id，则说明你这个事务在Read View生成之前就已经提交了，修改的结果，当前事务是能看见的。

8.3 可重复读实现原理

数据库是通过加锁实现隔离级别的，比如，你想一个人静静，不被别人打扰，你可以把自己关在房子，并在房门上加上一把锁！串行化隔离级别就是加锁实现的。但是如果频繁加锁，性能会下降。因此设计数据库的大叔想到了MVCC。

可重复读的实现原理就是MVCC多版本并发控制。在一个事务范围内，两个相同的查询，读取同一条记录，却返回了不同的数据，这就是不可重复读。可重复读隔离级别，就是为了解决不可重复读问题。

查询一条记录，基于MVCC，是怎样的流程呢？

• 获取事务自己的版本号，即事务ID

• 获取Read View

• 查询得到的数据，然后Read View中的事务版本号进行比较。

• 如果不符合Read View的可见性规则， 即就需要Undo log中历史快照;

• 最后返回符合规则的数据

InnoDB 实现MVCC，是通过Read View+ Undo Log实现的，Undo Log保存了历史快照，Read View可见性规则帮助判断当前版本的数据是否可见。

可重复读（RR）隔离级别，是如何解决不可重复读问题的？

假设存在事务A和B，SQL执行流程如下

在可重复读（RR）隔离级别下，一个事务里只会获取一次read view，都是副本共用的，从而保证每次查询的数据都是一样的。

假设当前有一张core_user表，插入一条初始化数据,如下：

基于MVCC，我们来看看执行流程

1、A开启事务，首先得到一个事务ID为100

2、B开启事务，得到事务ID为101

3、事务A生成一个Read View，read view对应的值如下

然后回到版本链：开始从版本链中挑选可见的记录：

由图可以看出，最新版本的列name的内容是孙权，该版本的trx_id值为100。开始执行read view可见性规则校验：

min_limit_id(100)=
        

         Copier après la connexion
        
       

由此可得，trx_id=100的这个记录，当前事务是可见的。所以查到是name为孙权的记录。

4、事务B进行修改操作，把名字改为曹操。把原数据拷贝到undo log,然后对数据进行修改，标记事务ID和上一个数据版本在undo log的地址。

5、事务B提交事务

6、事务A再次执行查询操作，因为是RR（可重复读）隔离级别，因此会复用老的Read View副本，Read View对应的值如下

然后再次回到版本链：从版本链中挑选可见的记录：

从图可得，最新版本的列name的内容是曹操，该版本的trx_id值为101。开始执行read view可见性规则校验：

min_limit_id(100)=
        

         Copier après la connexion
        
       

所以，trx_id=101这个记录，对于当前事务是不可见的。这时候呢，版本链roll_pointer跳到下一个版本，trx_id=100这个记录，再次校验是否可见：

min_limit_id(100)=
        

         Copier après la connexion
        
       

所以，trx_id=100这个记录，对于当前事务是可见的，所以两次查询结果，都是name=孙权的那个记录。即在可重复读（RR）隔离级别下，复用老的Read View副本，解决了不可重复读的问题。

9. 聊聊索引在哪些场景下会失效？

1. 查询条件包含or，可能导致索引失效

2. 如何字段类型是字符串，where时一定用引号括起来，否则索引失效

3. like通配符可能导致索引失效。

4. 联合索引，查询时的条件列不是联合索引中的第一个列，索引失效。

5. 在索引列上使用mysql的内置函数，索引失效。

6. 对索引列运算（如，+、-、*、/），索引失效。

7. 索引字段上使用（！= 或者 < >，not in）时，可能会导致索引失效。

8. 索引字段上使用is null， is not null，可能导致索引失效。

9. 左连接查询或者右连接查询查询关联的字段编码格式不一样，可能导致索引失效。

10. mysql估计使用全表扫描要比使用索引快,则不使用索引。

10. 什么是虚拟内存

虚拟内存，是虚拟出来的内存，它的核心思想就是确保每个程序拥有自己的地址空间，地址空间被分成多个块，每一块都有连续的地址空间。同时物理空间也分成多个块，块大小和虚拟地址空间的块大小一致，操作系统会自动将虚拟地址空间映射到物理地址空间，程序只需关注虚拟内存，请求的也是虚拟内存，真正使用却是物理内存。

现代操作系统使用虚拟内存，即虚拟地址取代物理地址，使用虚拟内存可以有2个好处：

• 虚拟内存空间可以远远大于物理内存空间

• 多个虚拟内存可以指向同一个物理地址

零拷贝实现思想，就利用了虚拟内存这个点：多个虚拟内存可以指向同一个物理地址，可以把内核空间和用户空间的虚拟地址映射到同一个物理地址，这样的话，就可以减少IO的数据拷贝次数啦，示意图如下：

11. 排行榜的实现，比如高考成绩排序

排行版的实现，一般使用redis的zset数据类型。

使用格式如下：

zadd key score member [score member ...]，zrank key member

• 层内部编码：ziplist（压缩列表）、skiplist（跳跃表）

• 使用场景如排行榜，社交需求（如用户点赞）

实现demo如下：

12.分布式锁实现

分布式锁，是控制分布式系统不同进程共同访问共享资源的一种锁的实现。秒杀下单、抢红包等等业务场景，都需要用到分布式锁，我们项目中经常使用Redis作为分布式锁。

选了Redis分布式锁的几种实现方法，大家来讨论下，看有没有啥问题哈。

• 命令setnx + expire分开写

• setnx + value值是过期时间

• set的扩展命令（set ex px nx）

• set ex px nx + 校验唯一随机值,再删除

• Redisson

12.1 命令setnx + expire分开写

if（jedis.setnx(key,lock_value) == 1）{ //加锁 expire（key，100）; //设置过期时间 try { do something //业务请求 }catch(){ } finally { jedis.del(key); //释放锁 } }

如果执行完setnx加锁，正要执行expire设置过期时间时，进程crash掉或者要重启维护了，那这个锁就“长生不老”了，别的线程永远获取不到锁啦，所以分布式锁不能这么实现。

12.2 setnx + value值是过期时间

long expires = System.currentTimeMillis() + expireTime; //系统时间+设置的过期时间 String expiresStr = String.valueOf(expires); // 如果当前锁不存在，返回加锁成功 if (jedis.setnx(key, expiresStr) == 1) { return true; } // 如果锁已经存在，获取锁的过期时间 String currentValueStr = jedis.get(key); // 如果获取到的过期时间，小于系统当前时间，表示已经过期 if (currentValueStr != null && Long.parseLong(currentValueStr) < System.currentTimeMillis()) { // 锁已过期，获取上一个锁的过期时间，并设置现在锁的过期时间（不了解redis的getSet命令的小伙伴，可以去官网看下哈） String oldValueStr = jedis.getSet(key_resource_id, expiresStr); if (oldValueStr != null && oldValueStr.equals(currentValueStr)) { // 考虑多线程并发的情况，只有一个线程的设置值和当前值相同，它才可以加锁 return true; } } //其他情况，均返回加锁失败 return false; }

笔者看过有开发小伙伴就是这么实现分布式锁的，但是这种方案也有这些缺点：

• 过期时间是客户端自己生成的，分布式环境下，每个客户端的时间必须同步。

• 没有保存持有者的唯一标识，可能被别的客户端释放/解锁。

• 锁过期的时候，并发多个客户端同时请求过来，都执行了jedis.getSet()，最终只能有一个客户端加锁成功，但是该客户端锁的过期时间，可能被别的客户端覆盖。

12.3 set的扩展命令（set ex px nx）（注意可能存在的问题）

if（jedis.set(key, lock_value, "NX", "EX", 100s) == 1）{ //加锁 try { do something //业务处理 }catch(){ } finally { jedis.del(key); //释放锁 } }

这个方案可能存在这样的问题：

• 锁过期释放了，业务还没执行完。

• 锁被别的线程误删。

12.4 set ex px nx + 校验唯一随机值,再删除

if（jedis.set(key, 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))) { jedis.del(key); //释放锁 } } }

在这里，判断当前线程加的锁和释放锁是不是一个原子操作。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。

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;

这种方式比较不错了，一般情况下，已经可以使用这种实现方式。但是存在锁过期释放了，业务还没执行完的问题（实际上，估算个业务处理的时间，一般没啥问题了）。

12.5 Redisson

分布式锁可能存在锁过期释放，业务没执行完的问题。有些小伙伴认为，稍微把锁过期时间设置长一些就可以啦。其实我们设想一下，是否可以给获得锁的线程，开启一个定时守护线程，每隔一段时间检查锁是否还存在，存在则对锁的过期时间延长，防止锁过期提前释放。

当前开源框架Redisson就解决了这个分布式锁问题。我们一起来看下Redisson底层原理是怎样的吧：

只要线程一加锁成功，就会启动一个watch dog看门狗，它是一个后台线程，会每隔10秒检查一下，如果线程1还持有锁，那么就会不断的延长锁key的生存时间。因此，Redisson就是使用Redisson解决了锁过期释放，业务没执行完问题。

13. 零拷贝

零拷贝就是不需要将数据从一个存储区域复制到另一个存储区域。它是指在传统IO模型中，指CPU拷贝的次数为0。它是IO的优化方案

传统IO流程

• 零拷贝实现之mmap+write

• 零拷贝实现之sendfile

• 零拷贝实现之带有DMA收集拷贝功能的sendfile

13.1 传统IO流程

流程图如下：

• 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）

• DMA控制器把数据从磁盘中，读取到内核缓冲区。

• 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

• 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）

• CPU将应用缓冲区中的数据，拷贝到socket缓冲区

• 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

从流程图可以看出，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)。

13.2 mmap+write实现的零拷贝

mmap 的函数原型如下：

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

• addr：指定映射的虚拟内存地址

• length：映射的长度

• prot：映射内存的保护模式

• flags：指定映射的类型

• fd:进行映射的文件句柄

• offset:文件偏移量

• mmap使用了虚拟内存，可以把内核空间和用户空间的虚拟地址映射到同一个物理地址，从而减少数据拷贝次数！

mmap+write实现的零拷贝流程如下：

• 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。

• CPU利用DMA控制器，把数据从硬盘中拷贝到内核缓冲区。

• 上下文从内核态切换回用户态，mmap方法返回。

• 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。

• CPU将内核缓冲区的数据拷贝到的socket缓冲区。

• 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。

可以发现，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。其中3次数据拷贝中，包括了2次DMA拷贝和1次CPU拷贝。

mmap是将读缓冲区的地址和用户缓冲区的地址进行映射，内核缓冲区和应用缓冲区共享，所以节省了一次CPU拷贝‘’并且用户进程内存是虚拟的，只是映射到内核的读缓冲区，可以节省一半的内存空间。

sendfile实现的零拷贝

sendfile是Linux2.1内核版本后引入的一个系统调用函数，API如下：

ssize_t sendfile(int out_fd, int in_fd, off_t *offset, size_t count);

• out_fd:为待写入内容的文件描述符，一个socket描述符。，

• in_fd:为待读出内容的文件描述符，必须是真实的文件，不能是socket和管道。

• offset：指定从读入文件的哪个位置开始读，如果为NULL，表示文件的默认起始位置。

• count：指定在fdout和fdin之间传输的字节数。

• 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，因此可以使用它来实现零拷贝。

sendfile实现的零拷贝流程如下：

sendfile实现的零拷贝

• 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

• DMA控制器，把数据从硬盘中拷贝到内核缓冲区。

• CPU将读缓冲区中数据拷贝到socket缓冲区

• DMA控制器，异步把数据从socket缓冲区拷贝到网卡，

• 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。那能不能把CPU拷贝的次数减少到0次呢？有的，即带有DMA收集拷贝功能的sendfile！

sendfile+DMA scatter/gather实现的零拷贝

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。

sendfile+DMA scatter/gather实现的零拷贝流程如下：

• 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

• DMA控制器，把数据从硬盘中拷贝到内核缓冲区。

• 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

• 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

• 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。

14. synchronized

synchronized是Java中的关键字，是一种同步锁。synchronized关键字可以作用于方法或者代码块。

一般面试时。可以这么回答：

• 反编译后，monitorenter、monitorexit、ACC_SYNCHRONIZED

• monitor监视器

• Java Monitor 的工作机理

• 对象与monitor关联

14.1 monitorenter、monitorexit、ACC_SYNCHRONIZED

如果synchronized作用于代码块，反编译可以看到两个指令：monitorenter、monitorexit，JVM使用monitorenter和monitorexit两个指令实现同步；如果作用synchronized作用于方法,反编译可以看到ACCSYNCHRONIZED标记，JVM通过在方法访问标识符(flags)中加入ACCSYNCHRONIZED来实现同步功能。

• 同步代码块是通过monitorenter和monitorexit来实现，当线程执行到monitorenter的时候要先获得monitor锁，才能执行后面的方法。当线程执行到monitorexit的时候则要释放锁。

• 同步方法是通过中设置ACCSYNCHRONIZED标志来实现，当线程执行有ACCSYNCHRONIZED标志的方法，需要获得monitor锁。每个对象都与一个monitor相关联，线程可以占有或者释放monitor。

14.2 monitor监视器

monitor是什么呢？操作系统的管程（monitors）是概念原理，ObjectMonitor是它的原理实现。

在Java虚拟机（HotSpot）中，Monitor（管程）是由ObjectMonitor实现的，其主要数据结构如下：

ObjectMonitor() { _header = NULL; _count = 0; // 记录个数 _waiters = 0, _recursions = 0; _object = NULL; _owner = NULL; _WaitSet = NULL; // 处于wait状态的线程，会被加入到_WaitSet _WaitSetLock = 0 ; _Responsible = NULL ; _succ = NULL ; _cxq = NULL ; FreeNext = NULL ; _EntryList = NULL ; // 处于等待锁block状态的线程，会被加入到该列表 _SpinFreq = 0 ; _SpinClock = 0 ; OwnerIsThread = 0 ; }

ObjectMonitor中几个关键字段的含义如图所示：

14.3 Java Monitor 的工作机理

• 想要获取monitor的线程,首先会进入_EntryList队列。

• 当某个线程获取到对象的monitor后,进入Owner区域，设置为当前线程,同时计数器count加1。

• 如果线程调用了wait()方法，则会进入WaitSet队列。它会释放monitor锁，即将owner赋值为null,count自减1,进入WaitSet队列阻塞等待。

• 如果其他线程调用 notify() / notifyAll() ，会唤醒WaitSet中的某个线程，该线程再次尝试获取monitor锁，成功即进入Owner区域。

• 同步方法执行完毕了，线程退出临界区，会将monitor的owner设为null，并释放监视锁。

14.4 对象与monitor关联

• 在HotSpot虚拟机中,对象在内存中存储的布局可以分为3块区域：对象头（Header），实例数据（Instance Data）和对象填充（Padding）。

• 对象头主要包括两部分数据：Mark Word（标记字段）、Class Pointer（类型指针）。

Mark Word 是用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码（HashCode）、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程 ID、偏向时间戳等。

重量级锁，指向互斥量的指针。其实synchronized是重量级锁，也就是说Synchronized的对象锁，Mark Word锁标识位为10，其中指针指向的是Monitor对象的起始地址。

15. 分布式id生成方案有哪些？什么是雪花算法？

分布式id生成方案主要有：

• UUID

• 数据库自增ID

• 基于雪花算法（Snowflake）实现

• 百度 （Uidgenerator）

• 美团（Leaf）

什么是雪花算法？

雪花算法是一种生成分布式全局唯一ID的算法，生成的ID称为Snowflake IDs。这种算法由Twitter创建，并用于推文的ID。

一个Snowflake ID有64位。

• 第1位：Java中long的最高位是符号位代表正负，正数是0，负数是1，一般生成ID都为正数，所以默认为0。

• 接下来前41位是时间戳，表示了自选定的时期以来的毫秒数。

• 接下来的10位代表计算机ID，防止冲突。

• 其余12位代表每台机器上生成ID的序列号，这允许在同一毫秒内创建多个Snowflake ID。

雪花算法

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