面试题答案
一键面试1. 通信架构设计
- AIO 基础架构
- 使用 Java NIO.2（AIO）的 AsynchronousSocketChannel 进行异步 I/O 操作。创建一个线程池来处理 AIO 的回调操作，例如使用 ExecutorService 创建固定大小或可伸缩的线程池。
- 对于服务器端，创建 AsynchronousServerSocketChannel 来监听客户端连接，当有新连接时，使用 accept 方法的异步版本，在回调中处理新连接的 AsynchronousSocketChannel。
- 客户端则通过 AsynchronousSocketChannel.connect 方法异步连接到服务器。
- 数据一致性与可靠性
- 数据序列化与反序列化：选择一种高效且稳定的序列化方式，如 Protocol Buffers 或 Kryo。在发送端将数据对象序列化为字节数组，在接收端反序列化。这确保了不同节点间数据格式的一致性。
- 数据校验：在数据传输中添加校验和（如 CRC 校验），接收方在接收到数据后计算校验和并与发送方发送的校验和对比，若不一致则要求重传。
- 持久化：在每个节点上对重要数据进行持久化存储，例如使用 RocksDB 或 LevelDB 这样的嵌入式数据库。当节点故障恢复后，可以从持久化存储中恢复数据，保证数据的可靠性。
2. 网络故障处理
- 心跳机制
- 节点之间定期发送心跳消息，例如每 5 - 10 秒发送一次。接收方若在一定时间（如 2 - 3 倍心跳间隔）内未收到心跳，则判定连接可能出现故障。
- 在心跳消息中可以携带一些简单的节点状态信息，如负载情况等。
- 连接重连
- 当检测到网络故障导致连接断开时，客户端和服务器端都应启动重连机制。客户端可以采用指数退避策略进行重连尝试，例如初始间隔 1 秒，每次重连失败后间隔翻倍，直到达到最大重连次数或成功连接。
- 服务器端在检测到连接丢失后，记录相关客户端信息，当客户端重连时，能够快速恢复会话状态。
3. 数据重传
- 确认机制
- 发送方发送数据后，等待接收方的确认消息（ACK）。若在一定时间内（如 1 - 3 秒）未收到 ACK，则认为数据传输失败，启动重传机制。
- 为每个发送的数据块分配一个唯一的序列号，接收方按序接收并确认，发送方根据序列号来管理重传。
- 滑动窗口协议
- 采用滑动窗口协议来提高数据传输效率同时保证可靠性。发送方维护一个发送窗口，窗口内的数据可以连续发送而无需等待每个数据块的 ACK。接收方维护一个接收窗口，按序接收数据并缓存乱序到达的数据，当窗口内数据完整时提交给上层应用。
4. 分布式节点同步
- 分布式一致性算法
- 可以采用 Raft 算法或 Paxos 算法来保证分布式节点之间的数据一致性。以 Raft 为例，选举一个领导者节点（leader），客户端的写请求都先发送到 leader 节点。
- leader 节点将数据复制到其他 follower 节点，当大多数节点（超过一半）确认接收成功后，leader 节点向客户端返回成功响应。
- 若 leader 节点故障，通过选举机制选出新的 leader 节点，继续保证数据的一致性和系统的可用性。
- 版本控制
- 为每个数据对象引入版本号，每次数据更新版本号递增。节点之间同步数据时，比较版本号，若本地版本号低于其他节点，则更新本地数据。
5. 利用 AIO 特性进行性能优化
- 异步 I/O 优势
- AIO 的异步特性允许应用程序在 I/O 操作进行时继续执行其他任务，避免线程阻塞。充分利用这一点，减少线程的创建和上下文切换开销。
- 例如，在进行数据读写操作时，将 I/O 操作交给 AIO 框架，线程可以立即返回处理其他业务逻辑，如数据计算、消息处理等。
- 缓冲区管理
- 合理设置 AIO 读写缓冲区大小。对于读操作，根据数据量的预估设置合适的缓冲区大小，避免缓冲区过小导致多次读取，或过大浪费内存。
- 对于写操作，采用直接缓冲区（DirectByteBuffer），可以减少数据从用户空间到内核空间的拷贝次数，提高性能。
- 多线程协作优化
- 在处理 AIO 回调时，通过线程池的合理配置，如根据系统 CPU 核心数动态调整线程池大小，确保回调处理能够高效进行。同时，使用线程安全的数据结构来共享数据，避免多线程竞争带来的性能损耗。