毕业季-Java分布式开发面试题

Posted 2022-07-13 编程指南针

缓存击穿，穿透，雪崩

1. 缓存的目标是提高程序的运行效率。mysql并发量过大，我们可以把数据放入到redis里面来分摊mysql的压力。
2. 缓存击穿是指缓存的热点数据到期了，同时并发查询该数据的线程都涌向数据库，导致数据库压力瞬间倍增。这个就是缓存击穿。缓存击穿的应对手段：1.缓存永不过期。2.使用锁（本地锁，分布式锁）。
3. 缓存穿透是指数据库被恶意攻击，客户端每次查询的都是mysql中不存在的数据。解决办法：1.在redis里面把不存在的数据也缓存起来。2.使用布隆过滤器。
4. 缓存雪崩指的是redis里面缓存的数据同时到期，导致查询数据都来到mysql这。这就是缓存雪崩。解决手段：设置有效时长时可以使用随机数。

为什么要使用Redis,Redis基本数据类型,Redis的持久化机制。

redis是一个内存型的存储了key-value格式的非关系型数据库。他的运行速度比mysql要快很多。redis常见的数据类型：string,list,set,zset,hash。

1. 字符串应用最广，缓存数据可以使用字符串，我们将java的对象转换为json串存储到redis里面。incr和decr可以实现数字的自增和自减，从而实现粉丝数。
2. list里面可以获取第一个元素，可以往最后一个元素后放数据，所以他可以实现队列的效果。
3. set里面可以求交集和并集所以我们可以用set实现共同好友和推荐好友。
4. zset在保存数据的是有一个分值，所以我们可以用zset实现排行榜功能。
5. hash他可以应用在存储对象，用它来存储对象比string更好的地方是可以对某个属性进行独立的操作。 redis的持久化是指：redis的数据都在内存中存储，内存的数据都是临时的数据，当硬件断电后数据都会被销毁掉。redis如何实现断电后数据的恢复就是redis的持久化机制。redis有两种持久化手段。第一种叫快照持久化，快照持久化生产的文件后缀是rdb，所以又被称为rdb持久化。第二种持久化叫日志持久化，生产的文件后缀为aof，所以又被称为aof持久化。

cap定理和base定理是什么？

cap是指一个项目的三个特性：p表示分区容错性，a表示的是可用性，c表示的是一致性。

分区容错性指定的是一个项目他被拆分到多个服务上面，就是一个分布式环境，需要各个服务器之间进行通信。我们现在做的项目都需要满足分区容错性。只要你的系统不是一个单机环境，你都要满足分区容错性。

可用性：可用性指的是系统的是否可用正常运行。不会因为一些原因导致系统不做响应。互联网项目的特点是用户至上，所以要满足用户的可用性。银行项目因为涉及到金钱的问题，有些情况会放弃掉可用性。

一致性：系统中的数据不能出错。比如，用户下了一个订单，库存里面的商品就要减一。比如商城类项目用户买完商品后，他的积分要增加。

cap理论研究发现：一个系统的三个特性永远不会同时都满足，我们在开发项目的时候只能选择性的丢弃掉一个特性。ca系统，ap系统，cp系统。ca系统比较少见，军事上一些系统可能会做成ca系统，先保证可用性和一致性。ap系统，互联网性的项目都是ap系统，cp系统经常应用在银行系统中。

base理论就是基于cap理论进行了进一步的阐述：

ba:基本可用，s：软状态。e：最终一致性。

在目前开发环境，分区容错性一定是需要满足的。我们就需要从一致性和可用性进行取舍。base理论要求我们要先满足可用性，使我们的系统达到基本可用。一致性可用适当的放弃。但是一致性不能完全放弃，需要有一个软状态，软状态就是系统数据的不一致状态。这个软状态可用根据情况有一定时限，到达时限后，需要数据一致。这就是最终一致性。

分布式事务的解决方案

分布式事务是要解决在分布式环境中两个服务做不同的操作，能够相互影响，从而保持数据的一致性，不能一个项目事务成功，一个项目事务失败造成数据不一致。

常见的分布式事务有下面三种方式：

1. 2pc：2阶段提交。是指把事务提交分两个阶段，统一有事务管理器TM来控制。这种是强一致性类型的。

2. TCC事务补偿。基于base定理实现了最终一致。先提交各个服务的事务。一旦有一个出现异常，然后就采取事务补偿手段对事务进行回滚。

3. 依据可靠性消息完成分布式事务。

   rabbitmq中有可靠性消息投递。可以保证生产者生成的消息一定能被消费者消费。

   rabbitmq里面有个ack应答机制。生产者生产完消息后，mq会对接收到的消息进行应答。生产者对哪些没有应答的消息进行重试操作。

   消费者，消费完消息后也给mq做ack应答。消息队列才把这个消息删除。

   MQ里面做持久化操作防止消息的丢失。

如何保证接口的幂等性。

接口幂等性：我们的控制器接口对外公布服务，外界客户端在请求我们接口，不管请求几次，得到结果跟请求一次是一样的效果，这就是保证了接口幂等性。如果请求了多次，结果产生了问题就违反了接口幂等性。

1. 前端处理，用户点击按钮后，让按钮不能重复点击。
2. 可以使用token处理接口幂等性。我们在前端发请求之前会得到一个token（有服务器端生成的一个唯一标记交给客户端保存），前端发请求的时候可以带着token，我们在redis里面判断这个token是否存在，如果存在就不是第一次请求，如果不存在就是第一次请求。setNx()不存在的时候放入，存在了就不放入。
3. 不是所有的方法都需要判断接口幂等性的，查询和删除都是天然满足接口幂等性的方法。不满足接口幂等性的方法，我们也会选择性的进行接口幂等性的判断。

如何使用redis实现分布式锁。

1. 防止死锁问题，给锁增加一个有效时长。可以防止死锁。
2. 如何保证往redis里面放数据，跟设置这个数据的有效时长是一个原子操作，一块执行成功或者一块执行失败。我们可以使用java操作lua脚本实现多个redis命令是一个原子操作。
3. 当服务运行时长超过了我们设定的锁的有效时长，这时候会产生锁失效。怎么避免这个问题。这时候我们可以在往redis里面加锁的时候，不用指定key为固定的值，可以给每个锁加一个唯一标记，比如uuid，这样每次删锁的时候我们就可以判断，redis里面的锁是不是我们自己的锁。

如何保证缓存的一致性。

mysql的数据和redis缓存中的数据，在多线程操作的时候有可能数据不一致。根据cap定理和base理论，我们可以采用延时双删模式解决这个问题。延时双删，就是指线程在修改mysql数据的时候同时删除一下redis，延迟0.1秒再删除一下redis。这样可以解决掉99%的不一致问题。剩下的1%交给redis里面的定时器。因为我们放入到redis的数据都会给一个有效时长。

哨兵机制的基本流程

哨兵机制就是Redis下的一个特殊的进程，主从库运行的同时，他也在运行。哨兵主要负责的就是三个任务：监控、选主和通知。

1.监控
哨兵在运行的时候，周期性地给所有的主从库发送PING命令，检测他们是否仍然在在线运行。如果从库没有在规定时间响应哨兵的PING命令，哨兵就会把从库标记为“下线状态”；同理，如果主库没有在规定时间响应哨兵的PING命令，哨兵就会判定主库下线，然后开始自动选主流程。
2.选主
哨兵就会从很多的从库里，按照一定的规则选择一个从库实例，把它作为新的主库。这一步完成之后，现在的集群里就又了新的主库。
3.通知
最后哨兵会把新的主库连接信息发送给其他从库，让他们执行replicaof命令，和新的主库连接，并进行数据的复制。同时，哨兵会把新主库的连接信息通知给客户端，让他们把请求发送到新主库上。

通知任务相对比较简单，哨兵只需要把新主库信息发给从库、客户端。让他们与新主库建立连接就行，不涉及决策的逻辑。但是，在监控和选主中，哨兵需要做出两个决策；

• 监控，判定主库是否下线状态
• 选主，哨兵要选择哪个从库作为主库

哨兵判断主观下线和客观下线

哨兵会使用PING命令来检测自己和主、从库的网络连接情况，用来判断实例的状态。如果哨兵发现主库和从库PING命令的响应超时了，那么，哨兵就会把它标记为“主观下线”。
如果哨兵判定的是从库，一般对外的业务影响不大。集群对外的服务也不会间断。如果检测的主库“主观下线”，开启主从切换，有一种可能存在，这次判断主库的网络访问压力大，没有及时响应。这样就造成了误判。
一旦哨兵判断主库下线了，会开始切换主库，切换主库时，从库和新主库进行数据的同步，这个过程本身就在消耗开销，在误判的情况下主库本身就不需要切换，所以这个过程的开销就是没有价值的。我们需要减少误判。
在判断主库是否下线时，不能由一个哨兵决定，只有大多数的哨兵实例，都判断主库已经“主观下线”，主库才会标记为客观下线，这样也就解决了误判。

如何选定新主库

1.优先级最高的从库的分高：
用户可以通过配置slave-priority配置项，给不同的从库设计优先级。
2.和旧主库同步最接近的从库的分高。
主库会用master_repl_offset记录当前的最新写操作在repl_backlog_buffer中的位置，而从库会用slave_repl_offset这个记录当前的复制进度。
3.ID号小的从库得分高
在优先级和复制进度都相同的情况下，ID号最小的从库得分最高，会被选为新主库。