协程服务器常问问题

1️⃣ 面经一 （腾讯）

• 什么是协程（用户态线程，用户栈，用户态切换）
• 协程和线程相比有什么优势（轻量级、切换快、开销小，用户管理，配合非阻塞 IO 更好地实现异步并发）
• 更好地实现异步并发是怎么理解的（IO 操作时检测到需要等待缓冲时切换协程）
• 线程也可以在等待时切换，协程的优势是什么（用户自己操作）
• 轻量级怎么理解（线程的栈是 MB 级别的，协程的栈是 KB 级别的，线程在内核中切换，协程在用户态中切换）
• 怎么设置非阻塞（fctnl）
• 返回 EAGAIN 是什么意思（缓冲区没准备好）
• 互斥锁怎么实现的（访问锁时如果锁被占用就阻塞，加入阻塞队列，锁被释放时唤醒阻塞队列的中的线程进入就绪队列）
• http协议怎么解析的（引入了其他项目的解析器）
• http 是什么格式（消息行 消息头 消息体）
• N:M 的协程调度器是什么（N线程处理M协程）
• 如何调度（先来先服务，线程依次去协程队列取任务执行，如果没有任务就执行空闲协程，陷入 epoll_wait，有任务时再唤醒空闲线程去执行任务）
• 如果所有线程都不空闲，其他协程是不是就不调度了 (不会立刻调度，要等当前占着线程的协程让出执行权)
• 其他协程就不调度了吗
  • 当前框架是协作式 / 非抢占式调度。调度器只能在协程主动让出时切换，不能强行把正在运行的协程“抢下来”。
  • 当前框架更适合 IO 密集型，不适合 CPU 密集型
  • Go 在这方面做得更完善。Go 从 1.14 开始支持 goroutine 的异步抢占，但那需要安全点、信号和运行时配合，复杂度比我当前项目高很多
• 堆排序时间复杂度（O(nlogn)，建堆后 n 次下滤）
• 快速排序时间复杂度（平均 O(nlogn)，最坏 O(n2)）

2️⃣ 面经二（腾讯）

• 面向对象的三大特性（封装、继承、多态）
• new/malloc 的区别（性质、原理、大小、失败）
• 虚函数表放在哪（常量区）
• 基类和子类的构造和析构顺序（构造先基类后子类，析构相反）
• 讲一下 map 的实现？具体细节？（红黑树及其性质）
• move 的实现和原理? (static_cast<std::remove_ref<T> &&>())
• 如果不是指针呢？比如 move 的是结构体对象，有指针也有 int？(基本类型拷贝，对象进行移动)
• 进程空间布局（代码段、data 段、bss 段、堆、文件映射区、栈）
• 段是怎么理解的（内存段，存储代码或者数据）
• 页表是管理什么的（虚拟内存和物理内存映射关系）
• 进程线程协程的区别（从资源和切换上答）
• linux 下进程和线程的调度有区别吗？（没有区别，都用 task_struct 表示，看成一个任务进行调度）
• 栈和堆有什么区别？（管理方式、空间大小、分配释放、访问效率、生命周期）
• 栈为什么比堆效率高？
  • 栈只需移动栈帧，堆需要找合适的内存空间
  • 栈帧中的局部变量通常在一段连续区域里，函数执行时访问集中，CPU Cache 容易命中；堆对象经常比较分散，指针跳转多，cache miss 概率更高
  • 堆容易产生额外间接访问
• 栈内存和堆内存都要找到内存地址，怎么对比速度？
  • 地址计算成本不同
    • 栈变量的地址通常是已知规则的，比如 “SP/BP + 偏移量”，编译器很容易生成指令，定位非常直接。
    • 堆对象的地址通常先要通过分配器申请得到，再通过指针间接访问。对象位置更随机，寻址链路可能更长。
  • 缓存命中率不同
    • 栈上的数据通常连续，当前函数频繁访问，cache 更容易命中
    • 堆上的对象分布离散，尤其链表、树这类结构，容易 cache miss
• CPU 多级缓存设置的目的是什么？（局部性原理，把近期或频繁使用的数据放到更靠近 CPU、速度更快的存储层里）
• 那栈和堆，是不是和 CPU 多级缓存是类似的？(栈和堆是进程虚拟地址空间中的内存组织方式; L1/L2/L3 Cache 是 CPU 的硬件存储层次)
• 并发和并行有什么区别（多个任务切换执行/多个任务同时执行）
• 阻塞 IO 和非阻塞 IO 区别（等待缓冲时是阻塞还是返回错误）
• 动态链接和静态链接的区别（运行时链接库/编译时复制库）
• epoll 的实现（将需要监听的 fd 保存在内核中的一个红黑树中，监听到事件时返回对应的 fd）
• epoll 与 select 的区别（内核红黑树、异步回调、只返回有事件 fd）
• 边缘触发和水平触发（事件发生后只通知一次/只要有数据没读写完就再次通知）
• 怎么判断事件有没有读写完（读写时会给定数据的真实长度，返回值是真正读写成功的数据长度）
• 没读写完会产生什么错误码（EAGAIN）
• TCP 四次挥手
• 客户端 timewait 过多怎么办
  • 产生原因：短连接太多，客户端经常主动关闭连接
  • 解决办法：
    • 减少短连接，替换成长连接；
    • 让服务端主动断开；
    • 扩大客户端可用端口资源 ip_local_port_range；
    • 复用 timewait 对应的 socket，内核参数：net.ipv4.tcp_tw_reuse；
    • 调整系统所能容纳的 timewait 数量，内核参数：net.ipv4.tcp_max_tw_buckets；
• 一个数据包从网卡到应用层的收包过程
• 这个过程中软中断是那一部分？
• 应用层到内核缓冲区读数据会有软中断吗
• 对这个过程中的 reuseport 有了解吗?
  • reuseport 指的是多个 socket 可以同时 bind 到同一个 IP:Port，数据包一路到传输层后，内核根据四元组找到目标 socket；如果目标端口对应的不是单个 socket，而是一组开启了 SO_REUSEPORT 的 socket，那么内核会在这组 socket 之间选一个来接收这个连接或数据包。
• reuseaddr了解过吗？
  • reuseaddr 放宽 bind() 时对本地地址的校验规则，允许更快重用本地地址/端口
  • 最常见的使用场景是：服务端重启。
• 内核在什么情况会发送 RST（内核认为 “这个报文不属于当前连接” 或者 “本端要直接中止连接” 时）
• 怎么判断是错误的连接（序列号和确认号）
• HTTPS 完整的握手流程（RSA 握手）
• 具体有哪几种算法（RSA 和 ECDHE）
• HTTP Session 复用
  • HTTPS 的 Session 复用 其实是 TLS 会话恢复。常见两种：Session ID 和 Session Ticket。Session ID 是服务端保存会话，客户端下次带 ID 来命中缓存恢复；Session Ticket 是服务端把会话状态加密后发给客户端保存，下次客户端带回来恢复，服务端更省状态，也更适合负载均衡。
• HTTP 长连接（发送一次请求和响应后不断开）
• QUIC 了解过吗?（解决TCP队头阻塞、更快连接，端口迁移）
• 为什么 QUIC 连接更快？
• 还了解 QUIC 的其他的知识吗？
• 有性能测试吗，有对比其他服务器比如 Nginx 吗?
• 服务器接收和响应的数据流是怎么样的，从 accept 开始（accept 是单独一个协程，有新连接就建一个新协程）
• 为什么用协程（切换开销小，配合非阻塞实现异步）
• 定时器用什么实现（set）
• 支持主线程调度任务减少开销是什么意思（调度器线程执行完调度任务后也用来执行任务）

3️⃣ 面经三（腾讯）

• 项目是高性能服务器，性能有多高？
• 所以说这个服务器可以替换 Nginx 吗？很多面试者都说自己的服务器测试结果比 Nginx 好，那为什么还是 Nginx 被使用的最多，对此有什么看法？
  • 很多自研服务器压测赢 Nginx，本质上是因为测试路径更短、功能更少、场景更理想；而 Nginx 做的是更通用、更稳、更可运维的工程权衡。
  • 我不会说它可以替代 Nginx，因为 Nginx 的优势不只是吞吐，具有 生产级入口组件 的完整能力，包括反向代理、负载均衡、缓存、限流、日志、协议支持、运维成熟度和长期稳定性。
    那给这些服务器加上对应的功能是不是就可以替代了？（理论上可以，工程上很难）
• 高性能需要从哪些方面入手，才能写出真正的高性能框架，自由发挥
  • 先定义 “高性能” 到底是什么
  • 架构上选对模型 Reactor/Proactor
  • 让一次请求的 IO 成本尽量低（减少 syscall/减少数据拷贝）
  • 把并发需求和内存开销压下去
  • 通过数据来定位瓶颈
• 了解 Nginx 为什么性能高吗
  • 事件驱动架构：与传统的多进程/多线程模型不同，Nginx 使用单线程通过事件循环处理大量并发连接。
  • 非阻塞 I/O 模型：当工作进程遇到 I/O 操作（如磁盘读写或网络通信）时，不会阻塞等待而是立即返回并处理其他请求
  • Master-Worker 进程模型
    • Master 进程：负责管理工作进程，不处理实际请求
    • Worker 进程：实际处理请求，彼此独立
  • Nginx 采用高度模块化的设计，核心只包含最基本的功能，其他功能通过模块实现
• 设计高性能服务器，代码本身就要高效，应该如何写出高效的代码呢，可以举例
  • 减少不必要的内存分配和拷贝
  • 减少锁竞争，尽量让代码 “无共享”
  • 核心代码要短，少分支、少函数层层绕、少系统调用
• 有没有分析项目中代码的瓶颈在哪，通过压测分析了吗
• 为什么想做后台开发，对其他的技术方向有了解吗，有考虑现在比较流行的AI，大模型方向吗，后台开发其实也是写重复的逻辑，未来肯定会被AI替代，怎么看待这件事
  • 第一，我对后台这种偏系统、偏工程的工作更感兴趣。相比单纯做界面或者偏展示层的东西，我更喜欢去处理高并发、性能优化、网络通信、存储、稳定性这些问题。因为后台开发不仅是把功能写出来，更重要的是在真实场景下把服务做稳、做快、做可扩展，我觉得这类问题更有挑战性，也更适合我的兴趣。
  • 我觉得后台开发的成长路径很扎实。它会涉及操作系统、网络、数据库、缓存、消息队列、分布式这些基础能力，这些东西比较通用，也能让我把计算机基础真正用起来。我自己平时也更愿意关注这类问题，比如服务端性能、协程调度、IO 模型、系统设计这些。
  • 我的看法是：会替代一部分重复劳动，但不会简单替代后台工程师。后台开发真正有价值的部分，不是机械地写代码，而是：
    • 需求抽象和系统建模
    • 架构权衡
    • 性能、稳定性、成本之间的平衡
    • 线上问题定位
    • 这些事情不是 “生成几段代码” 就能解决的。
• 你觉得做后台开发需要具备哪些技术和知识，平常是怎么具备这些知识点的
  • 计算机基础和编码能力
  • 后台核心组件和工程知识
  • 系统设计和问题排查能力

4️⃣ 面经四（阿里）

• 协程库是基于什么实现的？是 C++ 自己的协程库吗？（Linux 提供 API u_context）’

• 和 C++ 协程的区别？

  • 性质：
    • ucontext：用户态上下文切换 API，本质是手工切线程上下文；
    • coroutine：它是语言特性，不是一个现成调度器。
  • 有/无栈
    • ucontext：每个上下文通常都要有自己独立的栈。
    • coroutine：本质是函数被改写成状态机，挂起点只有编译器知道。它不会保存整个调用栈。

• 有栈协程还是无栈协程？（有栈，独立栈，分配在堆上）

• 为什么要用协程？（切换快、用户管理、异步并发）

• 协程库用在什么场景？（讲协程调度器的实现）

• 协程的 resume 用在什么场景？（IO 就绪）

• 怎么判断要阻塞了（fd 设置为 非阻塞、调用同步系统调用 read、通过返回值判断）

• 异步 IO 还是同步 IO？（同步非阻塞 IO，等待缓冲不阻塞，数据从内核态拷贝到用户态仍然阻塞）

• 是一个协程绑定一个 fd 不断地进行 IO 操作吗？

  • 不是一个协程永久绑定一个 fd。

    当某个协程对某个 fd 做读/写，结果发现现在不能继续（EAGAIN）时，就把 “当前协程” 临时挂到这个 fd 的某个事件上（READ``/WRITE），然后 yield()；等 epoll 发现这个 fd 就绪，再把这个协程重新调度回来。

• 那这个逻辑和用 lambda 操作捕获 fd 和相关参数实现有什么区别？

  • lambda： 自己保存状态、自己组织下一步
  • 协程： 框架保存执行位置和局部状态，事件到了直接续跑

• 不用协程，用自己写的一个结构体去保存上下文，进行切换，与使用协程有什么区别？

  • 保存的 “上下文” 层次不一样

    • 协程可以 隐式保存执行位置和局部变量，在事件到来后从挂起点继续执行;

    • 结构体方案需要程序员 显式维护执行阶段和中间状态;

      如果这个 “结构体上下文” 里还包含独立栈、寄存器现场，并支持上下文切换，那本质上就是在自己实现协程/ fiber

• 手动保存的上下文和协程保存的上下文有什么区别？

  手动保存的上下文，保存的是“显式挑出来的状态”；协程保存的上下文，保存的是 “让代码能从挂起点继续执行所需的运行现场”。

• 协程上下文主要是保存什么？

  • 协程自己的独立栈;
  • 栈指针：恢复时知道从哪继续用栈;
  • 程序计数器 PC：恢复后下一条执行哪条指令;
  • 寄存器内容：通用寄存器、部分调用约定相关寄存器;
  • 线程上下文;

• ucontext 需要用到哪些寄存器的值，每个寄存器是干什么的？

  • uc_link：当前上下文结束后切到哪个上下文
  • uc_stack：这个上下文使用的栈
  • uc_sigmask：这个上下文生效时屏蔽哪些信号
  • uc_mcontext：机器相关的寄存器现场，也就是最关键的 CPU 上下文。

• 缓冲区一直没好，什么时候加入协程队列？

  • 等待 fd 就绪： 缓冲区没好时，当前协程不会进入 “可运行队列”，而是先挂在 fd 的事件槽里，等 fd 就绪后才重新加入调度队列
  • 设置超时定时器： 即使缓冲区一直没好，只要超时触发，协程也会被重新加入调度队列，然后恢复执行，接着发现是超时错误并返回。

• epoll_wait 是在哪里调用，是单独的线程吗？每个空闲线程调用，（管道、事件、定时器通知）

• 相当于是将 epoll_wait 封装成一个任务吗？为什么这样考虑？

  • 不是把 epoll_wait 封装成 “普通业务任务”，而是把它放进了 idle 协程;
  • 空闲线程阻塞在 epoll 上，不占 CPU;

• 每个任务对应多个还是 1 个 fd？是

• 如果整个线程池比较忙，会不会有延时的场景，就是连接数量超过线程数量的时候？（会有延时场景）

• epoll_wait 的具体逻辑是怎么样的？（线程如果在协程队列中能获取到任务就执行，否则就执行 idle 协程，陷入 epoll_wait，等待唤醒）

• epoll_wait 什么时候唤醒？（事件、定时器、新任务通知管道）

• 想问的是陷入 epoll_wait 后如何切换？（不切换，就是因为没有任务，就要陷入 epoll_wait 中，而不要切换）

• 所有线程都陷入 epoll_wait，那协程岂不是没用了？（说明没有任务要运行，有任务的时候线程就被唤醒了）

• 只有一个线程，陷入 epoll_wait，不能切换，来了新连接，是不是无法处理了？

  • 唯一的线程进入 idle()
  • 在 epoll_wait 里睡眠
  • 新连接到来
  • 监听 fd 变为可读
  • 内核唤醒这个线程，epoll_wait 返回
  • 框架把监听 fd 对应的协程/回调 schedule
  • 线程去执行 accept

• epoll_wait 监听的是哪些 fd，只有管道吗？

  • 一个 IOManager 通常只有一个 m_epfd;
  • 管道读端 m_tickleFds[0];
  • 监听 socket 的 fd;
  • 已建立连接的 socket fd;
  • 通过 addEvent(fd, READ/WRITE) 注册进去的 fd;

• 为什么要用管道？（用于线程间的通信，通知有新任务）

• fd 注册了事件也可以用来通知，为什么还要用管道？

  • 当前线程可能正睡在 epoll_wait， 如果不主动唤醒，它可能一直睡到 timeout;
  • 突然插入了一个更早到期的定时器，如果不叫醒它，它还会继续按原来的 5 秒睡，定时器就晚了，用管道把它唤醒，让它重新计算超时时间;
  • 如果线程都睡在 epoll_wait，通过 stopping() 退出，这时要通过管道统一唤醒;

• http 服务器应该主要是 socket 套接字，还用到其他的 fd 了吗？

  • 监听 socket fd;
  • 已连接 socket fd
  • 管道 fd

• 有几个 epoll fd，哪些 fd 要注册到 epoll fd 上？

  • 一个 IOManager 对应 1 个 epoll fd;
  • 管道读端 m_tickleFds[0]
  • 需要等待事件的业务 fd

• 协程池有多少个 epoll_wait 任务？空闲线程都 epoll_wait

• epoll_wait 任务什么时候加入到协程任务队列？（不用加入到协程任务队列，线程运行的函数中存在一个判断，如果能从协程任务队列中找到协程任务，就取出来执行，否则执行空闲协程，空闲协程中 epoll_wait()）

参考来源

• 作者：_陈顺
• 链接：https://www.nowcoder.com/discuss/620388024718774272?sourceSSR=users
• 来源：牛客网