软件工程师面试: TCP/IP协议是什么?

小赖子的英国生活和资讯

作者 JustYY.com 小赖子的英国生活和资讯

2024年10月4日 20:49

最近，在面试第一轮抖音（字节跳动）的伦敦职位（Site Reliability Engineer），被问到了这个问题：TCP/IP协议是什么？这个是考基本功，是每个软件工程师都要会的。

TCP/IP（传输控制协议/互联网协议）是一组网络协议，管理数据如何通过互联网和其他网络传输。它是互联网的基本通信模型，由两个主要层组成：

互联网协议 (IP)

IP 负责将数据包从源地址路由到目标地址。它工作在 OSI 模型的网络层。

IP 地址：互联网中的每个设备都被分配了一个唯一的 IP 地址，用于标识数据包的发送者和接收者。
数据包路由：IP 将数据分成多个包，并通过不同的网络将其路由到目标地址。
版本：IP 主要有两个版本：IPv4（32位地址）和 IPv6（128位地址）。

传输控制协议 (TCP)

TCP 负责确保设备之间数据传输的可靠性。它工作在 OSI 模型的传输层。

面向连接：TCP 在传输数据之前会在发送方和接收方之间建立连接。
数据完整性：TCP 通过确认、序列号和错误检查等机制，确保数据包按顺序无误地到达。
流量控制：TCP 通过滑动窗口管理数据流，防止接收方超载。

TCP/IP 协同工作原理

应用数据：应用层将数据（例如网页、电子邮件）发送到传输层（TCP）。
TCP 层：TCP 将数据分段，添加序列号和错误检查信息，并将其发送到 IP 层。
IP 层：IP 层将 TCP 段封装成 IP 包，附上源和目标 IP 地址，并通过各种网络路由数据包。
接收端：在目标设备上，IP 层将数据包交给 TCP，TCP 重新排列并验证数据的完整性，然后将其传递给应用层。

TCP/IP 套件中的其他协议

UDP（用户数据报协议）：一种无连接、速度更快的 TCP 替代方案，常用于视频流、在线游戏等实时通信。
HTTP/HTTPS（超文本传输协议）：用于网络通信的应用层协议。
DNS（域名系统）：将域名解析为 IP 地址。

TCP/IP 确保数据在网络间高效传输，保持可靠性、地址分配和路由，同时遵循互联网的基本通信原则。

TCP/IP 通常被描述为一个四层模型，但有时它可以与 OSI 模型（七层）进行比较。

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TCP/IP 4层协议和OSI的7层协议的比较

TCP/IP 四层模型

TCP/IP 模型简化为四层，旨在反映协议在现实网络中的工作方式。

应用层

这一层对应于 OSI 模型的前三层（应用层、表示层和会话层）。它包括 HTTP、HTTPS、FTP、DNS 和 SMTP 等协议。

传输层

负责设备之间的可靠通信。运行于这一层的协议包括 TCP（传输控制协议）和 UDP（用户数据报协议）。

互联网层

处理跨网络的数据包路由，类似于 OSI 的网络层。该层包含 IP（互联网协议），用于地址分配和数据包路由。

网络接口层（或链路层）

这一层负责物理网络（如以太网、Wi-Fi）和互联网层之间的数据传输。它对应于 OSI 的数据链路层和物理层。

OSI 七层模型

OSI（开放系统互联）模型更加细致，将网络功能分为七个层次。

物理层（如电缆、交换机）
数据链路层（如 MAC 地址、以太网）
网络层（如 IP 路由）
传输层（如 TCP、UDP）
会话层（如管理应用之间的会话）
表示层（如加密、数据格式转换）
应用层（如 HTTP、FTP）

主要区别：TCP/IP vs OSI

TCP/IP 将一些功能合并为更少的层次（四层），反映了它在互联网通信中的实际应用。

OSI 是一个更加详细的概念模型（七层），主要用于教学和理论理解。

总结来说，TCP/IP 通常被认为是四层模型，而 OSI 模型则是七层模型。

英文：What is TCP/IP (4 Layer vs OSI 7 Layer)?

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C/C++ 中的内存管理器(堆与栈)

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2024年10月3日 04:48

最近面试的时候遇到这个问题。这个问题考你计算机的基本功。

在 C/C++ 中，内存管理是控制程序如何分配和管理其资源的关键方面。C/C++ 程序中的内存通常分为不同的区域：堆栈和堆是最主要的动态和自动内存分配区域。

ACM题解系列之 – 最小堆栈 (Min Stack)

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Stack 栈

堆栈内存

定义：堆栈内存用于静态（自动）内存分配。它是存储函数参数、本地变量和返回地址的地方。当调用一个函数时，一个新的内存块（称为堆栈帧）会被添加到堆栈的顶部。当函数返回时，该内存会被自动释放。
分配：内存由系统自动管理——在变量超出作用域时自动分配和释放。无需人工干预。
生命周期：受限于函数或代码块的作用域。一旦函数退出，内存将被释放。
大小限制：堆栈的大小通常较小并由系统预定义，意味着大的分配可能导致堆栈溢出。
访问速度：由于其后进先出（LIFO）的结构，堆栈内存访问速度更快。由于内存是连续的且可预测的，它允许快速访问。
使用场景：局部变量、函数调用信息和固定大小的对象（数组、结构体）。

堆内存

定义：堆内存用于动态内存分配，程序员使用 C 中的 malloc()、calloc()、free() 和 C++ 中的 new、delete 手动分配和释放内存。
分配：内存在运行时分配，并且分配的生命周期由程序员手动控制。它可以持续存在，直到显式释放。
生命周期：堆分配的对象的生命周期不受作用域的限制。内存将一直被使用，直到被释放为止。
大小限制：堆通常比堆栈大，但取决于系统资源。不当处理可能导致内存泄漏（忘记释放分配的内存）或碎片化（内存使用效率低）。
访问速度：堆内存的访问速度比堆栈慢，因为分配是分散的，动态分配涉及更多的开销。
使用场景：如链表、树等大数据结构，或在运行时确定大小的对象。

堆与栈的主要区别

特征	堆栈	堆
内存大小	通常较小，预定义	通常较大，受系统资源限制
分配	自动，由编译器管理	手动，由程序员管理（使用 new、malloc 等）
释放	自动（函数退出时）	手动（使用 delete、free 等）
生命周期	限于函数/代码块作用域	可以持续，直到显式释放
速度	较快（连续内存）	较慢（分散内存，开销更大）
风险	堆栈溢出（如果超出大小限制）	内存泄漏和碎片化

堆栈分配示例

void function() {
    int x = 10; // 分配在堆栈上
} // x 会自动释放

堆分配示例

void function() {
    int* p = new int; // 分配在堆上
    *p = 10;
    delete p; // 必须手动释放
}

正确管理堆内存在 C/C++ 中非常重要，因为它可能导致与内存相关的错误，如内存泄漏或重复释放。理解堆和堆栈内存之间的差异有助于优化程序的性能和可靠性。

英文：The Memory Manager in C/C++ (Heap vs Stack)

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软件工程师经典面试题: 当你在浏览器的地址栏敲入google.com并按回车后发生了什么?

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作者 JustYY.com 小赖子的英国生活和资讯

2024年9月29日 03:49

我认为这无疑是最受欢迎的软件工程师的（Software Engineer）面试问题之一。最近有人说这个问题曾出现在抖音Tiktok 的面试中。

要回答面试中的“当你在浏览器中输入 https://www.google.com 时会发生什么？”这个问题，可以按步骤详细说明整个过程，涉及 DNS 查找、TCP/SSL 握手、请求处理和页面渲染。以下是全面的解释：

URL 解析

当你输入 URL https://www.google.com 并按下回车时：

协议：浏览器识别出协议是 https，意味着它将使用 HTTP 加密传输（TLS）。
主机：浏览器识别出 www.google.com 是域名。
路径：默认路径是 /，因为没有提供具体路径，表示请求主页。

DNS 查找

浏览器需要将域名 www.google.com 转换为一个 IP 地址。这个过程分为几个步骤：

浏览器缓存：浏览器首先检查自己的缓存，看看是否已有 www.google.com 的 IP 地址。
操作系统缓存：如果未找到，浏览器会向操作系统请求缓存。
路由器缓存：如果操作系统没有该 IP，路由器会检查它的缓存。
ISP DNS 服务器：如果依然未找到，路由器会查询 ISP 的 DNS 服务器。
递归 DNS 查找：如果 ISP 没有缓存 IP，DNS 服务器会递归查询 DNS 层次结构（根 DNS 服务器、顶级域名服务器、权威 DNS 服务器）。最终，www.google.com 的 IP 地址被解析出来（例如，142.250.72.196）。

建立 TCP 连接

知道 IP 地址后，浏览器需要与 Google 服务器建立连接，使用以下步骤：

TCP 三次握手：

SYN：客户端（浏览器）向服务器发送 SYN（同步）包，启动连接。
SYN-ACK：服务器响应 SYN-ACK（同步确认）包。
ACK：客户端发送 ACK 包，连接建立。

SSL/TLS 握手（针对 HTTPS）

由于使用的是 HTTPS，浏览器与服务器通过 SSL/TLS 建立加密连接：

浏览器与服务器协商加密协议（TLS 版本）并交换加密密钥。
服务器发送其 SSL 证书，浏览器验证该证书以确保服务器身份。
生成会话密钥，用于加密接下来的通信。

HTTP 请求

建立安全连接后，浏览器向服务器发送 HTTP GET 请求：

方法：GET
请求头：包括浏览器类型、cookies 和缓存信息。
主机：www.google.com
路径：/

服务器处理

Google 的服务器位于负载均衡器后面，接收请求：

请求可能会通过多个反向代理和负载均衡器处理，通常分布在多个数据中心，以确保可用性和性能。

Google 的 Web 服务器处理请求，检查所请求的资源（Google 的主页），并准备响应。

HTTP 响应

服务器返回一个 HTTP 200 OK 响应，并将必要的 HTML、CSS、JavaScript 和其他资源发送到浏览器。

响应包括响应头（如 Content-Type、Cache-Control）以及响应体（Google 主页的 HTML 内容）。

浏览器渲染

浏览器现在获取了 HTML 并开始渲染页面：

HTML 解析：浏览器解析 HTML 以构建 DOM（文档对象模型）。
CSS 解析：下载并应用任何链接或嵌入的 CSS 样式表以设置 DOM 元素的样式。
JavaScript 执行：下载并执行 JavaScript。JavaScript 可能进一步修改 DOM 或发送额外的网络请求（如 AJAX）以动态更新页面。
渲染：浏览器的渲染引擎将解析和样式化的内容绘制到屏幕上，形成可见的网页。

附加资源请求

当浏览器解析 HTML 时，它会识别出额外的资源（图片、样式表、JavaScript 文件）需要加载：

这些资源通过额外的 HTTP/HTTPS 请求获取。这个过程会通过多个并行连接重复进行，以快速下载和渲染资源。

浏览器缓存与优化

浏览器会根据缓存头（如 Cache-Control、ETag）缓存某些资源（图片、脚本、样式表）。

现代浏览器使用诸如 HTTP/2 多路复用等优化技术，通过单个 TCP 连接下载多个资源，从而减少延迟。

最终页面显示

一旦所有资源下载、解析和渲染完成，用户可以与完全加载的页面进行交互。进一步的用户操作（点击、输入等）可能会触发更多的网络请求（如提交表单、AJAX 更新）。

加分点

CDN（内容分发网络）：Google 使用 CDN 从地理位置较近的服务器提供内容，减少延迟并提高加载速度。
安全功能：HSTS（HTTP 严格传输安全）确保所有请求都通过 HTTPS 进行。Google 的证书绑定技术确保服务器的 SSL 证书未被篡改。
Service Workers：如果启用，Service Worker 可能会拦截请求，提供缓存响应或启用离线功能。

这份详细的说明涵盖了从用户输入 URL 到浏览器最终渲染页面的所有关键步骤，涉及 DNS、TCP/IP、TLS、HTTP 和浏览器渲染等内容，适合系统设计或软件工程面试。

英文：Software Engineering Interview Question: What Happens When You Type Google.com in the Browser Address Bar?

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45 分钟模拟面试(编程、系统设计)+职业发展建议

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2024年9月23日 05:41

许多大型科技公司（如 FANG：Facebook/Meta、Apple、Netflix、Google）以及微软等，在发出工作邀请之前，通常会进行多轮面试。这些面试通常包括编程/Coding、系统设计/System Design和行为评估/Behaviour，以考察文化契合度。

我提供 45 分钟的模拟面试，帮助您准备编码和系统设计环节。作为曾在亚马逊（AWS，S3 Object Lambda）担任面试官的我，将通过真实的练习环节为您提供指导。在编码模拟面试中，您将解决一到两个编程问题；而在系统设计模拟面试中，您需要在白板上设计一个可扩展的产品。

此外，我还提供 45 分钟的聊天时间，可以讨论任何话题，包括职业发展和建议。

我目前定价 60 英镑一小时，会员价是 55 英镑，毕竟时间就是金钱。而这也大概和我的时薪差不多。

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本人提供模拟面试（编程/系统设计）或/和职业规划建议

PS：我发现 Buy Me a Coffee 这个创业点子很好，赞赏+集成了网上商店，很是方便，界面也很友好，感兴趣的可以通过这个链接来创建一个专属于你的页面，在为用户创作内容的同时也能很快捷的收到赞赏！

英文：45 Minute Mock Interview (Coding, System Design) + Career Development Advices

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系统设计面试 System Design Interview

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C++的 map 当键(Key)不存在的时候会发生什么?

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2024年9月14日 18:27

在面试流程（例如筛选）的早期阶段，一位 Google 招聘人员曾向我问过这个问题。

在C++中，当你使用std::map访问一个不存在的键时，行为取决于你是如何访问它的。

使用下标操作符 [] 访问时

如果键不存在，std::map 会默认插入一个该键的元素，并为其赋值为类型的默认值。比如，如果 map 的值类型是 int，那么它会插入该键并赋值为 0。

例子：

std::map<int, int> myMap;
int value = myMap[10]; // 如果键10不存在，会插入myMap[10] = 0

使用 at() 方法访问时

如果键不存在，at() 会抛出 std::out_of_range 异常。

例子：

std::map<int, int> myMap;
try {
    int value = myMap.at(10); // 如果键10不存在，会抛出异常
} catch (const std::out_of_range& e) {
    std::cout << "Key not found!" << std::endl;
}

使用 find() 方法

find() 方法不会修改 map，它返回一个迭代器。如果键不存在，它会返回 map.end()。

例子：

std::map<int, int> myMap;
auto it = myMap.find(10);
if (it == myMap.end()) {
    std::cout << "Key not found!" << std::endl;
} else {
    std::cout << "Value: " << it->second << std::endl;
}

C++ std::map 和 std::unordered_map的比较

std::unordered_map 处理不存在的键与 std::map 类似，但有一些差异，主要是因为它们内部的数据结构不同。

map 和 unordered_map 的区别：

顺序：std::map 是有序的（内部实现为平衡树），所以元素会按键的顺序排列。而 std::unordered_map 是无序的，使用哈希表存储元素，因此没有特定的顺序。
性能：std::unordered_map 通常有更快的平均访问时间（由于哈希结构，平均时间复杂度为 O(1)），而 std::map 的访问时间复杂度为 O(log n)，因为其内部实现为树结构。然而，如果发生大量哈希冲突，unordered_map 在最坏情况下的时间复杂度可能是 O(n)。

总的来说，std::unordered_map 和 std::map 在处理不存在的键时，对于 []、at() 和 find() 的行为相似，但它们在顺序和性能方面存在差异。

总结

使用 [] 访问时，如果键不存在，map 会插入一个新元素并赋予默认值。
使用 at() 访问时，如果键不存在，会抛出异常。
使用 find() 可以检查键是否存在，而不会修改 map。

英文：C++: Access a Non-existent Key in std::map or std::unordered_map

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C++的 map 当键(Key)不存在的时候会发生什么?. (AMP 移动加速版本)

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普通视图

互联网协议 (IP)

传输控制协议 (TCP)

TCP/IP 协同工作原理

TCP/IP 套件中的其他协议

TCP/IP 四层模型

应用层

传输层

互联网层

网络接口层（或链路层）

OSI 七层模型

主要区别：TCP/IP vs OSI

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堆栈内存

堆内存

堆与栈的主要区别

堆栈分配示例

堆分配示例

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DNS 查找

建立 TCP 连接

SSL/TLS 握手（针对 HTTPS）

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使用下标操作符 [] 访问时

使用 at() 方法访问时

使用 find() 方法

C++ std::map 和 std::unordered_map的比较

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