【后端开发面试题】每日 3 题（五）

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📚专栏简介：在这个专栏中，我将会分享后端开发面试中常见的面试题给大家~

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1. 如何优化一个高并发场景下的数据库读写性能？

数据库层面

索引优化
- 合理创建索引，对经常用于查询条件、排序和连接的字段添加索引，如在用户表的 username 字段上添加索引，可加快按用户名查询的速度。
- 避免过多索引，因为索引会增加写操作的开销，且占用额外的磁盘空间。定期分析查询语句，删除不必要的索引。
- 使用复合索引，当多个字段经常一起用于查询条件时，创建复合索引可以提高查询效率。例如，对于经常同时根据 user_id 和 create_time 查询订单的场景，创建 (user_id, create_time) 复合索引。
数据库架构优化
- 读写分离：采用主从复制架构，主库负责写操作，从库负责读操作。这样可以将读压力分散到多个从库上，提高系统的读性能。例如，在电商系统中，商品信息的查询可以从从库获取，而订单的创建则在主库进行。
- 分库分表：当数据量非常大时，将数据分散存储在多个数据库或表中。水平分表按照数据的行进行划分，如按时间将订单表拆分为多个表；垂直分表按照数据的列进行划分，将不常用的字段拆分到另一个表中。
数据库参数调整
- 根据服务器的硬件资源和业务特点，调整数据库的配置参数。例如，调整 innodb_buffer_pool_size 以提高 MySQL 的缓存效率，确保常用数据能在内存中快速访问。
  应用层面
缓存机制
- 使用内存缓存（如 Redis）来减轻数据库的读压力。将经常访问的数据（如热门商品信息、用户信息等）存储在缓存中，应用程序优先从缓存中获取数据，只有在缓存中不存在时才去查询数据库，并将查询结果更新到缓存中。
- 缓存更新策略：采用合适的缓存更新策略，如缓存失效、缓存更新和缓存删除等。例如，当数据发生更新时，及时更新缓存中的数据，以保证数据的一致性。
异步处理
- 将一些非关键的数据库操作（如日志记录、统计信息更新等）进行异步处理。可以使用消息队列（如 Kafka、RabbitMQ）将这些操作发送到队列中，由专门的消费者进行处理，避免阻塞主业务流程。
限流和熔断
- 实现限流机制，限制对数据库的并发访问量，防止过多的请求压垮数据库。可以使用令牌桶算法或漏桶算法来实现限流。
- 引入熔断机制，当数据库出现故障或响应时间过长时，自动熔断对数据库的访问，返回默认数据或错误信息，避免系统雪崩。

2. 简述 Go 语言中 goroutine 和线程的区别

内存占用

线程：操作系统线程的栈空间通常较大，一般为几兆字节。这是因为线程需要保存大量的上下文信息，以支持复杂的系统调用和切换操作。较大的栈空间会占用较多的系统内存资源，当创建大量线程时，容易导致内存耗尽。
goroutine：Go 语言中的 goroutine 栈空间初始时非常小，通常只有几 KB，并且可以根据需要动态增长和收缩。这使得在 Go 程序中可以轻松创建大量的 goroutine，而不会像线程那样消耗过多的内存。

调度开销
线程：线程的调度由操作系统内核负责，涉及用户态和内核态的切换，这种切换开销较大，因为需要保存和恢复大量的上下文信息。此外，操作系统线程的调度是全局的，会影响整个系统的性能。
goroutine：goroutine 的调度由 Go 运行时（runtime）负责，在用户态进行调度，避免了频繁的内核态切换，调度开销较小。Go 运行时采用了 M:N 调度模型，将 M 个 goroutine 映射到 N 个操作系统线程上，提高了并发性能。

创建和销毁开销
线程：创建和销毁操作系统线程的开销较大，因为涉及到内核资源的分配和释放。例如，创建一个新线程需要分配栈空间、内核数据结构等，销毁线程时需要回收这些资源。
goroutine：goroutine 的创建和销毁开销非常小，Go 运行时可以快速地创建和销毁 goroutine，使得程序可以高效地处理大量的并发任务。

并发性能
线程：由于线程的调度开销和内存占用问题，在处理大量并发任务时，线程的性能会受到限制。过多的线程会导致上下文切换频繁，增加系统的负载，降低并发性能。
goroutine：goroutine 由于其轻量级的特点，可以轻松创建大量的并发任务，并且调度开销小，因此在高并发场景下表现出色。Go 语言的并发模型使得开发者可以更方便地编写高效的并发程序。

3. 在 Node.js 中，如何处理异步操作中的错误？

回调函数方式

在传统的异步操作中，通常使用回调函数来处理结果和错误。回调函数的第一个参数通常用于传递错误信息，如果没有错误则为 null。

javascript 复制代码

const fs = require('fs');

fs.readFile('nonexistentfile.txt', 'utf8', (err, data) => {
    if (err) {
        console.error('读取文件时出错:', err);
        return;
    }
    console.log('文件内容:', data);
});

Promise 方式

使用 Promise 可以更好地管理异步操作和错误处理。Promise 有三种状态：pending（进行中）、fulfilled（已成功）和 rejected（已失败）。可以使用 .then() 方法处理成功的结果，使用 .catch() 方法处理错误。

javascript 复制代码

const fs = require('fs').promises;

fs.readFile('nonexistentfile.txt', 'utf8')
  .then(data => {
        console.log('文件内容:', data);
    })
  .catch(err => {
        console.error('读取文件时出错:', err);
    });

async/await 方式

async/await 是基于 Promise 的语法糖，使异步代码看起来更像同步代码。可以使用 try...catch 块来捕获和处理异步操作中的错误。

javascript 复制代码

const fs = require('fs').promises;

async function readFileAsync() {
    try {
        const data = await fs.readFile('nonexistentfile.txt', 'utf8');
        console.log('文件内容:', data);
    } catch (err) {
        console.error('读取文件时出错:', err);
    }
}

readFileAsync();

全局错误处理

在 Node.js 中，可以使用 process.on('uncaughtException') 来捕获未被处理的同步错误，使用 process.on('unhandledRejection') 来捕获未被处理的 Promise 拒绝。

javascript 复制代码

process.on('uncaughtException', (err) => {
    console.error('未处理的同步错误:', err);
    // 可以进行一些清理操作，然后退出进程
    process.exit(1);
});

process.on('unhandledRejection', (reason, promise) => {
    console.error('未处理的 Promise 拒绝:', reason);
});