WebServer -- 八股（终章）

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目录

🌼触类旁通 

🚩线程 && 进程

线程与进程的区别

多线程锁是什么

进程 / 线程 / 协程 的区别

线程切换时，需要切换的状态

🎂并发 && 并行

并发和并行是什么

并发编程需要加锁时不加，有什么问题

阻塞 和 非阻塞什么意思

🌼HTTP

常见 HTTP 状态码

HTTP 长连接和短连接的区别

HTTP 请求方法有哪些

TCP 建立连接的三次握手

TCP 断开连接的四次挥手

🌹服务器

服务器出现大量 close_wait 的连接，原因 && 解决

服务器中缓存的作用 && 实现

设计模式需要遵循的原则

❤号外

🌼触类旁通 

TinyWebServer 中出现过的，面试可能考察的专业名词，在 InterviewGuide大厂面试真题 

进行检索，汇总而成（适当补充）

上两篇博客

WebServer -- 架构图 && 面试题(上)-CSDN博客

WebServer -- 面试题(下)-CSDN博客

最后一篇 WebServer 终于写完了

尚未完成的工作👇

• 复习完剩下几篇写过的博客（8小时）
• 默写一遍  线程池源码 + 单例模式代码 + 架构图（3小时）
• 重新实现一遍源码【不到 3000 行代码】，然后跑通（9小时）（学有余力，就将定时器的升序链表改成最小堆或者跳表）

整个项目耗时约 85 小时（还有20小时完结撒花，准备开始迎接下一个项目）

说真的，趁现在还早，抓紧时间提升

英语

（比如六级580+，雅思7.5+，90%英文计算机文档无障碍阅读 -- 外企 + 0距离接触开源）

数据结构和算法

（无聊就刷，OIer 和 ACMer 就这么来的）

这俩决定了你以后能走多远

多研究源码，废寝忘食，保证作息，健身，娱乐的前提下，尽可能投入学习

然后多面试积累经验

最后作个分享！

怎样度过人生的低谷期？

安静地等待。

好好睡觉，像一只冬眠的熊。

锻炼身体，坚信无论是承受更深的低潮或是迎接高潮，好的体魄都用得着。

和知心的朋友谈天，基本上不发牢骚，主要是回忆快乐的时光。

多读书，看一些传记。 一来增长知识，顺带还可瞧瞧别人倒霉的时候是怎么挺过去的。

趁机做家务，把平时忙碌顾不上的活儿都抓紧此时干完。

🚩线程 && 进程

线程与进程的区别

Answer 1  

• 线程启动速度快，轻量级
• 线程系统开销小
• 线程使用有一定难度，需要处理数据一致性问题
• 不同线程间共享的有：堆，全局变量，静态变量，指针，引用，文件；
  而每个线程独占的是自己的栈空间

Answer 2

1. 调度
   线程是操作系统调度的基本单位（PC，状态码，通用寄存器，线程栈以及栈指针）
   进程是拥有资源的基本单位（打开文件，堆，静态区，代码段）
2. 并发性
   一个进程内的多个线程可以并发（最好和CPU核数相等）
   多个进程可以并发
3. 拥有资源
   线程不拥有系统资源，但一个进程的多个线程，可以共享隶属进程的资源
   进程是拥有资源的独立单位
4. 系统开销
   线程创建销毁，只需要处理 PC 值，状态码，通用寄存器值，线程栈 以及 栈指针
   进程创建销毁，需要重新分配 和 销毁 task_struct 结构

补充解释

PC值是指示当前执行位置的寄存器，用于控制程序的执行流程；

而task_struct 是描述进程或线程属性和状态的数据结构

1. PC值：

   • PC值（Program Counter，程序计数器）是一个寄存器，用于存储当前正在执行的指令的地址或下一条要执行的指令的地址。
   • 线程的PC值表示了线程当前执行的位置，当线程被创建时，PC值会初始化为线程的入口地址，即开始执行线程代码；当线程被暂停或切换时，PC值会保存当前执行位置，以便稍后恢复执行。
   • 在线程的上下文切换过程中，需要保存和恢复PC值，以确保线程能够正确地继续执行。

2. task_struct：

   • task_struct 是 Linux 内核中表示进程或线程的数据结构。在 Linux 中，进程和线程都被视为任务（task），task_struct 结构体用来描述一个任务的各种属性和状态。
   • task_struct 包含了许多信息，如进程/线程的状态、PID（Process ID，进程标识符）、进程/线程的内存管理信息、调度信息、文件描述符表等。
   • 在进程创建和销毁过程中，需要重新分配和销毁 task_struct 结构。当创建新的进程或线程时，需要为其分配一个新的 task_struct 结构；而当进程或线程结束时，需要释放对应的 task_struct 结构以释放资源。

多线程锁是什么

多线程锁是一种用来保护共享资源的机制。

多线程编程中，如果多个线程同时访问一个共享资源，可能会发生竞态条件（Race Condition），导致程序出现未定义行为。

为了避免这种未定义，用多线程锁来保护共享资源。

多线程锁的基本思想是，在访问共享资源之前，先获取锁，访问完成后再释放锁。

保证同一时刻只有一个线程可以访问共享资源，从而避免竞态条件的发生。

常见的多线程锁包括：互斥锁，读写锁，条件变量等。

其中，互斥锁用于保护对共享资源的访问；读写锁用于，在读多写少的情况下，提高并发性能；条件变量用于，线程之间的同步和通信

进程 / 线程 / 协程 的区别

• 进程是资源分配的基本单位，运行一个可执行程序会创建一个或多个进程，进程运行起来就是可执行程序
• 线程是资源调度的基本单位，也是程序执行的基本单元，是轻量级进程。每个进程中都有唯一的主线程，而且只能有一个；主线程和进程是相互依存的关系，主线程结束进程也会结束
• 协程是用户态的轻量级线程，线程内部调度的基本单位

寄存器

位于CPU内部的高速存储器，它的快速访问速度有助于提高CPU执行效率

线程切换时，需要切换的状态

线程切换是指在多线程程序中，当一个线程执行完毕后，操作系统需要将CPU分配给另一个线程执行的过程，涉及多个状态转换

1. 就绪状态(Runnable)：线程已经准备好运行，但是未被分配到CPU上执行。
2. 运行状态(Running)：线程已经被分配到CPU上执行，正在运行。
3. 阻塞状态(Blocked)：线程因为某些原因无法继续执行，例如等待 I/O 操作完成，等待锁释放。
4. 等待状态(Waiting)：线程在等待其他线程或系统资源的操作完成，例如等待信号量，条件变量。
5. 终止状态(Terminated)：线程已经执行完毕或被强制终止。

在进行线程切换时，操作系统需要根据当前的调度策略和线程的状态，来选择合适的线程进行切换。

一般来说，操作系统会优先选择就绪状态和运行状态的线程进行切换，以提高程序的性能和响应速度。

🎂并发 && 并行

并发和并行是什么

并发：同一段时间内能同时运行多个程序

并行：同一时刻能运行多个指令

并发：需要操作系统引入的进程和线程，来实现并发运行

并行：需要硬件支持，如：多流水线，多核处理器，分布式计算系统

并发编程需要加锁时不加，有什么问题

两个线程使用同一个全局变量会有不一致问题，比如 a 线程把全局变量 +1，b 线程读的时候，如果还是从缓存中读，那么会没有发现这个更新，就会产生不一致的问题

阻塞 和 非阻塞什么意思

操作系统中，阻塞和非阻塞是指，进程在执行某个操作时，是否会等待操作的完成

• 阻塞：是指当一个进程执行某个操作时，如果该操作未完成，进程会被挂起，等待操作完成后再继续执行。在阻塞状态下，进程无法进行其他操作，直到阻塞的操作完成或被取消。
• 非阻塞：是指当一个进程执行某个操作时，如果该操作未完成，进程不会被挂起，而是立即返回一个错误码和一个特殊值，继续执行其他的操作。在非阻塞状态下，进程可以进行其他的操作，无需等待阻塞操作的完成

阻塞和非阻塞的选择取决于应用程序的需求和设计。

阻塞操作可以保证操作的正确性和一致性，但可能会导致应用程序响应时间延长。

非阻塞操作可以提高应用程序响应速度，但需要额外的处理逻辑来处理未完成的操作。

🌼HTTP

常见 HTTP 状态码

• 1XX 信息
  一）100 Continue：目前为止正常，客户端可以继续发送请求或忽略该响应
• 2XX 成功
  一）200 OK
  二）204 No Content：请求已成功处理，但是返回的响应报文不包含实体的主体部分。一般在只需要从客户端往服务器发送信息，而不需要返回数据时使用。
  三）206 Partial Content：客户端进行了范围请求，响应报文包含由 Content-Range 指定范围的实体内容
• 3XX 重定向
  一）301 Moved Permanently：永久重定向
  二）302 Found：临时重定向
  三）303 See Other：和 302 有相同功能，但是 303 明确要求客户端应采取 GET 方法获取资源
  四）304 Not Modified：如果请求报文包含一些条件，例如：If-Match, If-Modified-Since,
  If-None-Match, If-Range, If-Unmodified-Since，如果不满足条件，服务器会返回 304 状态码
  五）307 Temporary Redirect：临时重定向，类似 302，但是 307 要求浏览器不会把重定向的 POST 方法改成 GET
• 4XX 客户端错误
  一）400 Bad Request：请求报文存在语法错误
  二）401 Unauthorized：发送的请求需要有认证信息（BASIC 认证，DiGEST 认证）
  如果之前已进行过一次请求，表示用户认证失败
  三）403 Forbidden：请求被拒绝
  四）404 Not Found
• 5XX 服务器错误
  一）500 Internal Server Error：服务器执行请求时发生错误
  二）503 Service Unavailable：服务器暂时处于超负载 或 正在停机维护，现在无法处理请求

HTTP 长连接和短连接的区别

HTTP/1.0 默认使用短链接。也就是说，客户端和服务器每进行一次 HTTP 操作，就建立一次连接，任务结束就中断连接。

而 HTTP/1.1 起，默认使用长连接，以保持连接特性

HTTP 请求方法有哪些

客户端发送的 请求报文 第一行为请求行，包含了方法字段

HTTP/1.0 定义了 3 种请求方法：GET，POST，HEAD

HTTP/1.1 新增了 6 种请求方法：OPTIONS，PUT，PATCH，DELETE，TRACE，CONNECT

TCP 建立连接的三次握手

三次握手（Three-way HandShake）其实就是建立一个 TCP 连接，需要客户端和服务器总共发送 3 个包。

进行三次握手的主要作用是：确认双方的接收能力和发送能力是否正常，指定自己的初始化序列号为后面的可靠性传输做准备。

实质上就是连接服务器指定端口，建立 TCP 连接，并同步连接双方的序列号和确认号，交换 TCP窗口大小 信息

• 初始状态：客户端处于 closed(关闭) 状态，服务器处于 listen(监听) 状态
• 第一次握手：客户端发送请求报文，将 SYN = 1 同步序列号和初始化序列号 seq = x 发送给服务端，发送完后，客户端处于 SYN_Send 状态（服务端收到后，站在服务器的角度，验证了客户端的发送能力和服务端的接收能力）
• 第二次握手：服务端收到 SYN 请求报文后，如果同意连接，会以自己的
  同步序列号 SYN(s) = 1 ，初始化序列号 seq = y，确认序列号(期望下次接收到数据包) ack = x + 1 以及 确认号 ACK = 1 报文作为应答，此时服务器为 SYN_Receive 状态
  （问题来了，两次握手后，站在客户端角度思考：我发送和接收都 ok，服务端发送和接收也 ok）
  （但是站在服务端思考：你的发送和我的接受都 ok，但是你还没给我回复，我不知道我的发送和你的接收 ok 不 ok？所以，你要给我第三次握手，传个话告诉我。如果你不告诉我，我认为你跑了，出于安全性考虑，我会继续给你发一次）
• 第三次握手：客户端收到服务器的 SYN + ACK 后，直到可以接着发送下一序列的数据包了，然后发送同步序列号 ack = y + 1 和数据包的序列号 seq = x + 1，确认号 ACK = 1 确认包作为应答，客户端转为 Established 状态（站在双方的角度思考，都 ok）

TCP 断开连接的四次挥手

流程

1. 客户端发送 FIN 报文，表示客户端不再发送数据，请求断开连接
2. 服务器接收 FIN 报文后，向客户端发送 ACK 报文，宝石服务器已经收到客户端请求，并准备好断开连接
3. 服务器发送 FIN 报文，表示服务端不再发送数据，请求断开连接
4. 客户端收到服务器的 FIN 报文后，向服务端发送 ACK 报文，表示收到服务端请求，然后断开连接

注意，四次挥手完成后，TCP 连接就彻底关闭了，双方不能再进行数据传输

流程2 -- 拟人

1. 客户端：我要和你离婚，这是离婚协议书，我已经签了，你也签个字吧，发送此时的序列号 Seq = u，进入【FIN_WAIT1】
2. 服务器：啊？你再说一遍？你要和我离婚，我还有好多愿望没和你一起实现呢，发送 ACK = 1，ack = u + 1，Seq = v，服务器进入【CLOSE_WAIT】，客户端听了后进入【FIN_WAIT2】
3. 服务端：看到自己又说了那么多，客户端也没有说一句话，知道没有希望了，说道，“好吧，好聚好散”，于是狠下心来签了离婚协议书 FIN = 1，ACK = 1，Seq = w，ack = u + 1，服务端进入【LAST_ACK】状态
4. 客户端：他冷静地看着签好的离婚协议书，说了句，“也许是最后一次见面了...”，ACK = 1，Seq = u + 1，ack = w + 1，客户端说完后，进入了【TIME_WAIT】状态，服务器收到信息后，进入【CLOSED】状态。客户端停顿了下，想看看服务器还有什么说的，毕竟以后再也没机会见面了，可等来的只有沉默，心想，“算了，结束吧”。客户端进入【CLOSED】

图解

四次挥手

三次为什么不行

Answer 1

个人觉得Answer 1解释的不够清楚

• 1) 三次握手中，服务器收到客户端的 SYN 连接请求报文后，可以直接发送 SYN + ACK 报文。
  2) 其中 ACK 报文用来应答，SYN 报文用来同步。
• 1) 但是四次挥手关闭连接时，当服务端收到 FIN 报文，很可能不会立即关闭 SOCKET，所以只能先回复一个 ACK 报文，告诉客户端，“你发的 FIN 报文我收到了”。
  2) 只有等到我服务器所有报文都发送完了，才能发送 FIN 报文，因此 FIN + ACK 一起发送，所以需要四次挥手

Answer 2

•  任何一方都可以在数据传送结束后，发出连接释放的通知，待对方确认后进入半关闭状态
• 当另一方也没有数据再发送时，才能发出连接释放通知，对方确认后就完全关闭了 TCP 连接
• 举个例子，A 和 B 打电话，通话即将结束时，A 说 “我没什么要说的了”，B 回答 “我知道了”，但是 B 可能还想收个尾。A 不能要求 B 按自己的节奏结束通话。然后 B 又巴拉一通，最后 B 才说 “我说完了”，A 回答 “知道了”，通话才算真正结束

🌹服务器

服务器出现大量 close_wait 的连接，原因 && 解决

close_wait 状态时在 TCP 四次挥手的时候收到 FIN，但是没有发送自己的 FIN 时出现的，服务器出现大量 close_wait 状态的原因有 2 种：

• 服务器内部业务处理占用了过多时间，都没能处理完业务；或者还有数据需要发送；或者服务器的业务逻辑有问题，没有执行 close() 方法
• 服务器的父进程派生出子进程，子进程继承了 socket，收到 FIN 时，子进程处理但父进程没有处理该信号，导致 socket 的引用不为 0 无法回收

处理方法：

• 停止应用程序
• 修改程序里的 bug

服务器中缓存的作用 && 实现

原因

• 缓解服务器压力
• 降低客户端获取资源的延迟：缓存通常位于内存中，读取缓存的速度更快。并且缓存服务器在地理位置上，可能比源服务器更近，比如浏览器缓存

实现方法

• 让代理服务器进行缓存
• 让客户端浏览器进行缓存

设计模式需要遵循的原则

• 单一职责
  
  设计类的时候要尽量缩小粒度，使功能明确，单一，不要做多余的事情（高内聚，低耦合）
  
  单一职责下的类会比较短小而精悍，需要使用结构性模式组合复用它们

• 开闭原则
  
  一个类应该对扩展开发，对修改关闭
  
  关键是要做好封装，隐藏内部的实现细节，开发足够的接口，这样外部的代码就只能通过接口去扩展功能，不需要侵入到类的内部
  
  final 关键字
  
  不能说要实现某个功能就一定要修改类内部代码才能实现，最好可以通过扩展实现新的功能（低耦合）

• 里氏替换
  
  子类能够完全替换父类，不会改变父类定义的行为
  
  比如一个基类鸟类中有一个方法，能够飞行，所有鸟类都必须继承它，但是企鹅，鸵鸟这些没法飞行（使用接口代替继承）

• 接口隔离
  
  不应该强迫客户依赖于他们不需要的接口
  
  建立单一接口，不要建立庞大的接口，尽量细化，接口中的方法要尽量少
  
  类 “犬科” 依赖接口 I 的方法：捕食()，行走()，奔跑()；宠物狗类是对类 “犬科” 的实现。
  对于具体的类宠物狗来说，虽然存在用不到的方法，但由于继承了接口，所以也必须实现这些用不到的方法

• 依赖倒置
  
  上层要避免依赖下层的实现细节，两者都依赖于抽象
  
  比如 Java 的操作数据库，Java 定义了一组接口，由各个数据库去实现它，Java 不依赖于它们，数据库依赖于 Java

• 组合优于继承
  
  继承耦合度高，组合耦合度低
  
  继承基类是好的，但是组合通过组合类的指针，可以传入不同的类，避免高耦合

补充理解

1~2小时认真阅读下👇

设计模式之七大基本原则 - 知乎 (zhihu.***)

设计模式概念和七大原则-腾讯云开发者社区-腾讯云 (tencent.***)

❤号外

关于 TCP 三次握手，四次挥手，本篇文章讲了一点，如果想要更详细，更具体一点的，还需要看看 小林coding 的八股

35 张图解：被问千百遍的 TCP 三次握手和四次挥手面试题 - 小林coding - 博客园 (***blogs.***)