关于网络和Linux常见的十道面试题汇总

loss_rose7772024-02-03 20:35

TCP丢失的消息会一直重传吗？说一下TCP的超时重传策略是啥？

造成消息丢失和超时重传的场景有以下两种：

  1. 发送消息时丢失
  2. ACK确认消息发送丢失

无论哪种情况，**TCP不会一直重传丢失的消息，因为这样如果对方真正的下线，会造成系统资源浪费。**所以TCP设计了两种重传策略：

  1. 动态重传时间：每次传递时间翻倍，例如第一次1s，第二次2s，第四次4s
  2. 最大重传次数：TCP如果超过一定的重试次数，那么就会强制断开连接，不会继续重传

什么是TCP粘包问题？如何解决？

TCP粘包和半包是数据传输中比较常见的问题。所谓的粘包问题就是指在数据传输的时候，在一条消息中读取到了另一条消息的部分数据 ，如下图：

半包是指接收端只收到了部分的数据，而非完整的数据的情况 ，如下图：

大部分情况下我们都把粘包问题和半包问题看成同一个问题，所以下文就用粘包问题来替代粘包和半包问题

为什么会有粘包问题

粘包问题发生在TCP/IP协议中，因为TCP是面向连接的传输协议，它是以流的形式传输数据的，而流数据是没有明确开始和结尾的边界的，所以就会出现粘包问题

粘包问题演示

接下来我们用代码来演示一下粘包和半包问题，为了演示的直观性，我会设置两个角色：

  • 服务器端用来接收消息
  • 客户端用来发送一段固定的消息

服务端代码实现：

java 复制代码 
import java.io.*;
import java.net.*;

public class Server {
    private static final int BYTE_LENGTH = 20;

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建 Socket 服务器
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
        // 获取客户端连接
        Socket clientSocket = serverSocket.accept();
        // 得到客户端发送的流对象
        try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream()) {
            while (true) {
                // 循环获取客户端发送的信息
                byte[] bytes = new byte[BYTE_LENGTH];
                // 读取客户端发送的信息
                int count = inputStream.read(bytes, 0, BYTE_LENGTH);
                if (count > 0) {
                    // 成功接收到有效消息并打印
                    System.out.println("接收到客户端的信息是:" + new String(bytes, 0, count));
                }
            }
        }
    }
}

客户端代码实现：

java 复制代码 
import java.io.*;
import java.net.*;
import java.nio.charset.StandardCharsets;

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String serverAddress = "127.0.0.1";
        int port = 8888;

        try (Socket socket = new Socket(serverAddress, port);
             PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true)) {
            String message = "hello,world";
            OutputStream outputStream= socket.getOutputStream();
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                outputStream.write(message.getBytes());
            }
        }
    }
}

程序执行结果：

此时我们发现出现了粘包问题，正常应该是直接输出10次hello world 才对

解决方案

粘包问题的常见解决方案有以下三种：

  1. 固定数据大小：发送方和接收方固定发送消息的大小，当字符长度不够的时候用空字符弥补，有了固定大小就知道每条消息的边界了
  2. 自定义数据协议（定义数据边界）：在TCP协议的基础上封装上一层自定义数据协议，在自定义的数据协议中，包含数据头（存储数据的大小）和数据的具体内容，这样服务端的得到的数据头就可以知道数据的具体长度，也就没有粘包问题
  3. 以特殊字符结尾：比如以"/n"字符结尾，这样就可以直到数据的具体边界，可以避免粘包问题（推荐使用）
解决方案一：固定数据大小

收、发固定大小的数据，服务端实现代码：

java 复制代码 
import java.io.*;
import java.net.*;

public class Server {
    private static final int BYTE_LENGTH = 1024;

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建 Socket 服务器
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
        // 获取客户端连接
        Socket clientSocket = serverSocket.accept();
        // 得到客户端发送的流对象
        try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream()) {
            while (true) {
                // 循环获取客户端发送的信息
                byte[] bytes = new byte[BYTE_LENGTH];
                // 读取客户端发送的信息
                int count = inputStream.read(bytes);
                if (count > 0) {
                    // 成功接收到有效消息并打印
                    System.out.println("接收到客户端的信息是:" + new String(bytes, 0, count));
                }
            }
        }
    }
}

客户端实现代码：

java 复制代码 
import java.io.*;
import java.net.*;
import java.nio.charset.StandardCharsets;

public class Client {
    private static final int BYTE_LENGTH = 1024;
    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
        String serverAddress = "127.0.0.1";
        int port = 8888;
        String message = "hello,world";
        try (Socket socket = new Socket(serverAddress, port)) {

            OutputStream outputStream= socket.getOutputStream();
            byte[] bytes = new byte[BYTE_LENGTH];
            int idx= 0;
            for(byte b:message.getBytes()){
                bytes[idx]= b;
                idx++;
            }
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                outputStream.write(bytes,0,BYTE_LENGTH);
            }
        }
    }
}

运行结果：

后面是字符编码的问题

优缺点分析

从以上代码可以看出，虽然这种方式可以解决粘包问题，但这种固定数据大小的传输方式，当数据量比较小时会使用空字符来填充，所以会额外的增加网络传输的负担，因此不是理想的解决方案

解决方案二：自定义请求协议

这种解决方案的实现思路是将请求的数据封装成两部分：消息头（发送的数据大小）+消息体（发送的具体数据），如下图：

此解决方案的实现为以下三部分：

  1. 编写一个消息的封装类
  2. 编写客户端
  3. 编写服务器端

消息的封装类：

java 复制代码 
import java.nio.charset.StandardCharsets;

public class CustomProtocol {
    private static final int HEAD_SIZE = 8; // 假设消息头固定为8个字节

    public static byte[] toBytes(String context) {
        // 协议体 byte 数组
        byte[] bodyByte = context.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
        int bodyByteLength = bodyByte.length;

        // 最终封装对象
        byte[] result = new byte[HEAD_SIZE + bodyByteLength];

        // 借助 NumberFormat 将int 转换为 byte[]
        NumberFormat numberFormat = NumberFormat.getNumberInstance();
        numberFormat.setMinimumIntegerDigits(HEAD_SIZE);
        numberFormat.setGroupingUsed(false);

        // 协议头 byte 数组
        byte[] headByte = numberFormat.format(bodyByteLength).getBytes();

        // 封装协议头
        System.arraycopy(headByte, 0, result, 0, HEAD_SIZE);

        // 封装协议体
        System.arraycopy(bodyByte, 0, result, HEAD_SIZE, bodyByteLength);
        
        return result;
    }
    public int getHeader(InputStream inputStream) throws IOException {
        int result = 0;
        byte[] bytes = new byte[HEAD_SIZE];
        inputStream.read(bytes, 0, HEAD_SIZE); // 得到消息体的字节长度
        result = Integer.valueOf(new String(bytes));
        return result;
    }
}

客户端代码：

java 复制代码 
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Random;

public class MySocketClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 启动 Socket 并尝试连接服务器
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 9093);

        // 发送消息合集(随机发送一条消息)
        final String[] messages = {"hello world"};

        // 创建协议封装对象
        SocketPacket socketPacket = new SocketPacket();
        
        try (OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()) {
            // 给服务器端发送 10 次消息
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                // 随机发送一条消息
                String msg = messages[new Random().nextInt(messages.length)];
                
                // 将内容封装为:协议头+协议体
                byte[] bytes = socketPacket.toBytes(msg);
                
                // 发送消息
                outputStream.write(bytes, 0, bytes.length);
                outputStream.flush();
            }
        }
    }
}

服务器端代码：

java 复制代码 
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class MySocketServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建 Socket 服务器端
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9093);

        // 使用线程池处理更多的客户端
        ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(100, 150, 100, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(1000));

        while (true) {
            // 获取客户端连接
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();

            // 客户端消息处理
            threadPool.submit(() -> {
                processMessage(clientSocket);
            });
        }
    }

    // 客户端消息处理
    private static void processMessage(Socket clientSocket) {
        // Socket 封装对象
        SocketPacket socketPacket = new SocketPacket();

        // 获取客户端发送的消息对象
        try (InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream()) {
            while (true) {
                // 获取消息头(也就是消息体的长度)
                int bodyLength = socketPacket.getHeader(inputStream);

                // 消息体 byte 数组
                byte[] bodyByte = new byte[bodyLength];

                // 每次实际读取字节数
                int readCount = 0;

                // 消息体赋值下标
                int bodyIndex = 0;

                // 循环接收消息头中定义的长度
                while (bodyIndex <= (bodyLength - 1) && (readCount = inputStream.read(bodyByte, bodyIndex, bodyLength)) != -1) {
                    bodyIndex += readCount;
                }

                bodyIndex = 0;

                // 成功接收到客户端的消息并打印
                System.out.println("接收到客户端的信息:" + new String(bodyByte));
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行结果：

优缺点分析：

此解决方案虽然可以解决粘包问题，但消息的设计和代码的实现复杂度比较高，所以也不是理想的解决方案

解决方案三：特殊字符结尾

以特殊字符结尾就可以知道流的边界了，它的具体实现是：使用Java 中自带的 BufferedReader 和Bufferedwriter ，也就是带缓冲区的输入字符流和输出字符流，通过写入的时候加上 \n 来结尾，读取的时候使用 readLine按行来读取数据，这样就知道流的边界了，从而解决了粘包的问题

服务器端代码：

java 复制代码 
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class ServerSocketV3 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建 Socket 服务器端
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9092);

        // 使用线程池处理更多的客户端
        ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(100, 150, 100, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(1000));

        while (true) {
            // 获取客户端连接
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();

            // 消息处理
            threadPool.submit(() -> {
                processMessage(clientSocket);
            });
        }
    }

    // 消息处理
    private static void processMessage(Socket clientSocket) {
        // 获取客户端发送的消息流对象
        try (BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()))) {
            while (true) {
                // 按行读取客户端发送的消息
                String msg = bufferedReader.readLine();
                if (msg != null) {
                    // 成功接收到客户端的消息并打印
                    System.out.println("接收到客户端的信息:" + msg);
                }
            }
        } catch (IOException ioException) {
            ioException.printStackTrace();
        }
    }
}

客户端代码：

java 复制代码 
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.net.Socket;

public class ClientSocketV3 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 启动 Socket 并尝试连接服务器
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 9092);
        final String message = "hello world";

        // 发送消息
        try (BufferedWriter bufferedWriter = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()))) {
            // 给服务器端发送 10 次消息
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                // 注意:结尾的\n 不能省略,它表示按行写入
                bufferedWriter.write(message + "\n");

                // 刷新缓冲区(此步骤不能省略)
                bufferedWriter.flush();
            }
        }
    }
}

运行结果：

优缺点分析：

以特殊符号作为粘包的解决方案的最大优点是实现简单，但存在一定的局限性，比如当一条消息中间如果出现了结束符就会造成半包的问题，所以如果是复杂的字符串要对内容进行编码和解码处理，这样才能保证结束符的正确性

TCP为什么要四次挥手？说一下四次挥手的流程？

四次挥手的具体流程如下：

  1. 用户发送FIN包：客户端发送一个FIN包，其中FIN标志位为1，表示客户端希望关闭连接
  2. 服务器发送ACK包：服务器收到客户端的FIN包，向客户端发送一个ACK包，其中ACK标志位为1，表示服务器已经收到了客户端的请求，并将确认号（ACK）设置为发送的序列号+1
  3. 服务器发送FIN包：服务器在发送完ACK包之后，也会发送一个FIN包，其中FIN标志位为1，表示服务器也希望关闭连接
  4. 客户端发送ACK包：客户端收到服务器的FIN包之后，向服务器发送一个ACK包，其中ACK标志位为1，表示客户端已经收到了服务器的请求，并将确认号设置为服务器发送的序列号+1

TCP进行四次挥手的作用主要是有两点：

  1. 确保所有数据都被传输完成：在关闭连接之前，双方都有可能还有数据需要传输，因此需要通过四次挥手来确保所有数据已经传输完成
  2. 确保双方都能正常关闭连接：四次挥手的过程中，客户端和服务器都需要发送 FIN 和 ACK 包，以确保双都能正确地关闭连接，避免连接一方关闭而另一方仍然处于连接状态

TCP四次挥手为什么要等两个MSL（最大生存时间）？

四次挥手时发送者最后一次等待时间是两个MSL（最大生存时间），目的就是确保最后一个ACK的可靠传输，在四次挥手的最后一步，接收方发送一个ACK给发送方，表示接受到了关闭连接的请求。发送方需要等待一段时间，确保这个ACK报文额能够可靠的传输到接受方。如果发送方在等待期间收到接收方的重传请求，可以重发ACK

TCP和UDP有什么区别？

TCP和UDP都是传输层的重要协议，但是它们存在以下几点不同：

  1. 连接机制不同：TCP是面向连接的协议，需要在客户端和服务器之间建立一个稳定的连接，然后再进行数据传输；而UDP是无连接协议，数据包可以直接发送给目标主机，不需要事先建立连接
  2. 数据传输方式不同：TCP采用可靠的数据传输方式，即在传输的过程中使用序号、确认号和重传机制等控制手段来保证数据的可靠传输；而UDP采用不可靠的数据传输方式，数据包可能会丢失或重复，不提供数据的可靠性保障
  3. 数据传输效率不同：由于 TCP 需要进行连接、序号确认等额外的数据包传输，因此在数据传输效率方面相对于 UDP 要低一些
  4. 数据大小限制不同：UDP 对数据包的大小有限制，最大只能传输 64KB 的数据，而 TCP 的数据包大小没有限制
  5. 应用场景不同：TCP适用于要求数据传输可靠高的场景，如网页浏览、文件下载、电子邮件等；而UDP适用实时性要求高的场景，如视频会议、在线游戏等

Linux上如何查询某个端口是否被占用？

在Linux上，你可以使用以下几种方法来查询某个端口是否被占用：

  1. 使用netstat命令：

    netstat -tuln | grep <端口号>

    这个命令会列出当前正在运行的所有TCP和UDP端口，并过滤出指定端口是否被占用。如果端口被占用，会显示对应的PID和程序名称。

  2. 使用ps命令结合grep命令：

    ps -aux | grep <端口号>

    这个命令会列出所有正在运行的进程，并过滤出包含指定端口号的进程信息。通过查看对应的PID和程序名称，可以判断该端口是否被占用。

Linux常见目录有哪些？

Linux 系统中常见的目录有以下几个

  1. /bin:存放常用的命令二进制可执行文件，如 ls、grep 等
  2. /etc:系统配置文件目录，存放系统管理和配置文件
  3. /home:普通用户的主目录，在个人使用时通常将用户目录放在这里
  4. /root:超级管理员的主目录
  5. /usr:存放应用程序和文件。
    1. /usr/bin:应用程序目录，与/bin类似，但存放不常用的应用程序
    2. /usr/lib:共享库目录，存放系统和应用程序所需的共享库文件
    3. /usr/share:共享文件目录，不同系统和程序共享的数据文件存放这里
  6. /var:放系统运行过程中的各种变化文件，如日志
  7. /opt:可选应用软件包安装目录
  8. /tmp:临时文件目录

Linux中的常用命令有哪些？

Linux常用命令如下：

  1. ls: 列出当前目录下的文件和子目录信息。

    • 使用方式：ls [-options] [file/directory]
    • 示例：ls /home/user 列出 /home/user 目录下的所有文件信息。

  2. cd: 切换当前工作目录。

    • 使用方式：cd [directory]
    • 示例：cd Documents 切换到 Documents 目录，使用 cd ... 返回上一级目录。

  3. pwd: 显示当前工作目录的绝对路径。

    • 使用方式：pwd

  4. mkdir: 创建新的目录。

    • 使用方式：mkdir [directory]
    • 示例：mkdir javacn 创建 "javacn" 文件夹。

  5. touch: 创建新文件或者更新已存在文件的时间戳。

    • 使用方式：touch [file]
    • 示例：touch newfile.txt

  6. rm: 删除指定的文件或目录。

    • 使用方式：rm [-options] file/directory
    • 示例：rm file.txt（删除单个文件）、rm -r directory（递归删除目录及其内容）。

  7. cp: 复制文件或目录。

    • 使用方式：cp [-options] source destination
    • 示例：cp file1.txt file2.txt（复制文件）、cp -r dir1 dir2（复制目录）

  8. mv: 移动或重命名文件或目录。

    • 使用方式：mv [-options] source destination
    • 示例：mv file.txt newfile.txt（重命名文件）、mv file.txt /dir/（移动文件到指定目录）。

  9. find: 在指定目录下查找满足条件的文件。

    • 使用方式：find [path] [expression]
    • 示例：find . -name "*.txt" 在当前目录及其子目录下查找扩展名为 .txt 的文件。

  10. grep: 搜索文件中匹配特定模式的行。

    • 使用方式：grep [options] pattern file(s)
    • 示例：grep "hello" file.txt 在 file.txt 中查找包含 "hello" 的行。

你可以使用命令的 --help 参数或查看相关命令的手册页（man 页）来获取更详细的信息，比如 man ls 可以查看 ls 命令的手册页

Linux中如何查看日志信息？

在 Linux 系统中查看日志一般需要以下两个步骤：

第一步：找到存放日志的位置。 日志文件通常存放在 /var/log 目录及其子目录中，不同的服务和应用程序可能会有自己独立的日志文件。常见的系统日志文件包括 /var/log/messages、/var/log/syslog、/var/log/dmesg 等，而特定服务或应用程序的日志文件则位于其对应的目录下，例如 Apache Web 服务器的日志文件通常位于 /var/log/apache2/ 目录下

第二步：使用以下命令查询具体的日志信息：

  1. cat： 查看某个日志文件中的所有内容

    • 使用示例：cat file.txt 显示 file.txt 文件的所有内容

  2. head： 查看某个日志文件中开头的内容

    • 使用示例：head file.txt 显示 file.txt 文件的前 10 行内容。也可以指定查看的行数，例如，head -n 5 file.txt 显示 file.txt 文件的前 5 行内容

  3. tail： 查看某个日志文件中末尾的内容，用法和 head 类似

    • 使用示例：tail file.txt 显示 file.txt 文件的最后 10 行内容

  4. more： 分页方式显示文件内容，常用来查看大型日志文件

    • 使用示例：more file.txt 分页查看 file.txt 文件内容，一次只显示一屏内容，用户通过空格键或回车键翻看下一页，按 q 退出查看

Linux中如何查看负载情况？什么情况算负载比较高？

在Linux系统中，可以使用以下几种方式来查看系统的负载情况：

  1. 使用 uptime 命令：

    • uptime 命令可以显示系统的运行时间以及平均负载。
    • 示例：uptime

  2. 使用 top 命令：

    • top 命令可以实时显示系统的各项指标，包括负载情况、CPU利用率、内存使用情况等。
    • 示例：top

单核负载 0.7 以下是健康的情况，反之大于 0.7 表示负载比较高，对应四核健康的情况就是 0.7*4=2.8 是健康的情况，大于 2.8 就表示负载比较高

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