2025年下半年軟件設(shè)計(jì)師下午練習(xí)題及參考答案一、數(shù)據(jù)流圖與數(shù)據(jù)字典【試題1】閱讀下列說明與圖示，回答問題1至問題4?！菊f明】某市“智慧停車”平臺(tái)擬升級(jí)，新增“錯(cuò)峰共享”功能：私人車位業(yè)主可在平臺(tái)發(fā)布空閑時(shí)段，周邊車主可預(yù)約并駛?cè)?。平臺(tái)需驗(yàn)證業(yè)主身份、車位產(chǎn)權(quán)、車輛牌照，完成在線支付后生成動(dòng)態(tài)二維碼，道閘掃碼抬桿。支付中心與銀行采用HTTPS雙向證書校驗(yàn)；道閘廠商提供SDK，接口以JSON形式返回0/1表示抬桿成功/失敗。平臺(tái)還需向市交通局實(shí)時(shí)上傳停車記錄，交通局只接收Kafka消息，格式為Avro模式?！緢D示】圖11頂層數(shù)據(jù)流圖（未給出，考生需自行補(bǔ)全0層、1層）外部實(shí)體：E1業(yè)主、E2車主、E3支付中心、E4道閘廠商、E5市交通局主要加工：P1身份驗(yàn)證、P2車位發(fā)布、P3預(yù)約管理、P4訂單管理、P5支付校驗(yàn)、P6二維碼生成、P7抬桿控制、P8數(shù)據(jù)上報(bào)【問題1】（4分）根據(jù)說明，將圖11中缺失的0層數(shù)據(jù)流補(bǔ)充完整，要求給出數(shù)據(jù)流名稱、起點(diǎn)、終點(diǎn)，至少寫出4條。【答案】1.車位空閑時(shí)段→E1→P22.預(yù)約請(qǐng)求→E2→P33.支付結(jié)果→P5→E34.抬桿指令→P7→E4【問題2】（3分）數(shù)據(jù)字典中“動(dòng)態(tài)二維碼”條目包含哪些數(shù)據(jù)項(xiàng)？寫出3項(xiàng)即可?！敬鸢浮慷S碼編號(hào)、有效截止Unix時(shí)間戳、車位編號(hào)哈希（SHA256前8字節(jié)）【問題3】（4分）P7抬桿控制加工內(nèi)部出現(xiàn)“接口返回1但道閘未抬”異常，請(qǐng)用50字以內(nèi)說明在數(shù)據(jù)流圖中如何增加異常數(shù)據(jù)流，并給出該數(shù)據(jù)流名稱?！敬鸢浮吭黾印疤U異常通知”數(shù)據(jù)流，起點(diǎn)P7，終點(diǎn)E4，用于觸發(fā)SDK重試或人工干預(yù)?！締栴}4】（4分）市交通局要求Kafka消息在500ms內(nèi)送達(dá)，若網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)導(dǎo)致重試，請(qǐng)說明在數(shù)據(jù)字典中應(yīng)對(duì)哪個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)設(shè)置約束，并給出約束表達(dá)式?！敬鸢浮繉?duì)“消息發(fā)送時(shí)間戳”設(shè)置約束：current_timestamp–msg_timestamp≤500ms。二、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)【試題2】閱讀下列說明，回答問題1至問題3。【說明】某電商“秒殺”系統(tǒng)采用MySQL8.0，商品表items（item_id,stock,…），訂單表orders（order_id,user_id,item_id,quantity,status,create_time,…）。高并發(fā)下需保證庫存扣減與訂單寫入原子性，且不允許超賣。【問題1】（5分）給出一種基于樂觀鎖的庫存扣減SQL，要求單行更新且返回受影響行數(shù)，若更新失敗則重試，寫出完整語句?！敬鸢浮縐PDATEitemsSETstock=stock–?WHEREitem_id=?ANDstock–?>=0;【問題2】（4分）若采用Redis+Lua腳本預(yù)扣庫存，再異步落庫，請(qǐng)寫出Lua腳本核心片段（僅含庫存判斷與扣減）?！敬鸢浮縧ocalkey=KEYS[1]localqty=tonumber(ARGV[1])localcurr=tonumber(redis.call('GET',key)or0)ifcurr<qtythenreturn1endredis.call('DECRBY',key,qty)returncurr–qty【問題3】（6分）orders表數(shù)據(jù)量10億行，需按user_id分庫分表，采用雪花算法生成order_id。請(qǐng)說明：（1）order_id哪些位段用于分片路由；（2）若擴(kuò)容至32庫×32表，如何平滑遷移，給出2步關(guān)鍵操作?！敬鸢浮浚?）取雪花算法41位時(shí)間戳后的10位作為分庫鍵，再取隨后5位作為分表鍵。（2）步驟1：在線雙寫，新數(shù)據(jù)同時(shí)寫入舊節(jié)點(diǎn)與影子節(jié)點(diǎn)；步驟2：對(duì)比校驗(yàn)后切換讀流量，再下線舊節(jié)點(diǎn)。三、UML建?！驹囶}3】閱讀下列說明與圖，回答問題1至問題3?！菊f明】某跨境支付系統(tǒng)支持“收單”“退款”“結(jié)算”三類業(yè)務(wù)。系統(tǒng)采用領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，識(shí)別出聚合根：Transaction、SettlementBatch、Refund。【圖示】圖31類圖（節(jié)選）Transaction1—RefundSettlementBatch1—Transaction【問題1】（3分）在類圖中補(bǔ)充“Refund”對(duì)“Transaction”的限定符，使一個(gè)交易最多只能有一次成功退款，寫出限定符名稱及類型?！敬鸢浮肯薅ǚ簊tatus，類型：RefundStatusEnum，值=SUCCESS唯一。【問題2】（4分】畫出“收單成功后30分鐘內(nèi)可全額退款”狀態(tài)機(jī)圖，要求包含狀態(tài)、觸發(fā)事件、監(jiān)護(hù)條件?！敬鸢浮繝顟B(tài)：Created→Paid→Refunding→Refunded觸發(fā)：t0=pay_success,t1=refund_apply,t2=refund_success監(jiān)護(hù)條件：[now–pay_time≤30min]【問題3】（4分）若采用事件風(fēng)暴，識(shí)別出“結(jié)算完成”領(lǐng)域事件，請(qǐng)寫出事件名稱、發(fā)布聚合根、消費(fèi)聚合根?！敬鸢浮渴录篠ettlementCompleted；發(fā)布：SettlementBatch；消費(fèi)：Transaction（更新settlement_id）。四、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法【試題4】閱讀下列說明，回答問題1至問題3?！菊f明】某短視頻推薦系統(tǒng)需實(shí)時(shí)計(jì)算用戶興趣向量，維度512，每秒10萬QPS，要求99線延遲<50ms?！締栴}1】（5分】給出一種內(nèi)存布局，使向量點(diǎn)積計(jì)算對(duì)CPUCache友好，說明結(jié)構(gòu)體定義及對(duì)齊方式?！敬鸢浮縮tructVec512{floatv[512];}__attribute__((aligned(64)));數(shù)組連續(xù)存放，512×4B=2048B，跨32個(gè)CacheLine，對(duì)齊64B避免falsesharing?！締栴}2】（5分）采用SIMD指令集AVX512，寫出內(nèi)聯(lián)函數(shù)計(jì)算兩個(gè)Vec512的點(diǎn)積，要求使用FMA?！敬鸢浮縤nlinefloatdot512(constVec512&a,constVec512&b){__m512sum=_mm512_setzero_ps();for(inti=0;i<512;i+=16){__m512va=_mm512_load_ps(&a.v[i]);__m512vb=_mm512_load_ps(&b.v[i]);sum=_mm512_fmadd_ps(va,vb,sum);}return_mm512_reduce_add_ps(sum);}【問題3】（5分）若向量稀疏度90%，給出一種壓縮存儲(chǔ)格式及解壓算法，使得點(diǎn)積耗時(shí)<非稀疏1.5倍。【答案】格式：CSRlike，存(index,value)對(duì)，按index升序；解壓：雙指針遍歷，若index相等則乘積累加，復(fù)雜度O(nnz)。五、操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)【試題5】閱讀下列說明，回答問題1至問題3?！菊f明】某云原生網(wǎng)關(guān)基于Envoy，采用eBPF做socket層加速，將HTTP1.1報(bào)文直接轉(zhuǎn)發(fā)至后端Pod，繞過內(nèi)核TCP協(xié)議棧。【問題1】（4分）給出eBPF程序attach的2種鉤子點(diǎn)名稱，并說明各自作用?！敬鸢浮?.BPF_PROG_TYPE_SK_MSG：攔截socket層sendmsg，實(shí)現(xiàn)零拷貝轉(zhuǎn)發(fā)；2.BPF_PROG_TYPE_CGROUP_SOCK_ADDR：在connect時(shí)重寫目標(biāo)IP端口，實(shí)現(xiàn)透明代理?！締栴}2】（4分）若后端Pod縮容，連接需優(yōu)雅遷移，請(qǐng)說明如何用eBPFmap保存socket狀態(tài)，并給出map類型及鍵結(jié)構(gòu)?！敬鸢浮縨ap類型：BPF_MAP_TYPE_SOCKHASH；鍵：struct{__u32sip,dip;__u16sport,dport;}四元組。【問題3】（4分）當(dāng)網(wǎng)關(guān)側(cè)收到RST報(bào)文時(shí)，需向客戶端發(fā)送502，說明在eBPF程序中如何區(qū)分該RST來自后端而非客戶端?！敬鸢浮繖z查skb>mark字段，若mark&0x1000為真則來自后端，觸發(fā)502響應(yīng)；否則透?jìng)鳌Ａ?、軟件架?gòu)設(shè)計(jì)【試題6】閱讀下列說明，回答問題1至問題3?！菊f明】某銀行核心系統(tǒng)擬從集中式COBOL大型機(jī)遷移至分布式微服務(wù)，要求TPS提升至1萬，事務(wù)一致性達(dá)到ACID，支持異地雙活?！締栴}1】（5分）給出一種基于Saga的事務(wù)編排方案，使“轉(zhuǎn)賬”業(yè)務(wù)涉及3個(gè)微服務(wù)（余額、流水、通知）仍滿足最終一致，要求畫出編排圖并寫出補(bǔ)償事務(wù)?！敬鸢浮烤幣牛?.扣減余額(T)→2.寫入流水(T)→3.發(fā)送通知(T)；補(bǔ)償：3'.撤銷通知(C)→2'.刪除流水(C)→1'.回補(bǔ)余額(C)?！締栴}2】（4分）若采用SeataAT模式，寫出全局事務(wù)ID的生成策略，并說明如何防止分支事務(wù)懸掛?！敬鸢浮坎呗裕篠nowflake+機(jī)房號(hào)2位；防懸掛：分支注冊(cè)時(shí)加全局鎖，若全局事務(wù)已回滾則拒絕注冊(cè)?！締栴}3】（4分）異地雙活距離800km，網(wǎng)絡(luò)RTT40ms，如何保證余額查詢讀到最新數(shù)據(jù)，給出2種機(jī)制并對(duì)比優(yōu)缺點(diǎn)?！敬鸢浮繖C(jī)制A：讀寫均走主庫，強(qiáng)一致，延遲40ms，吞吐受限；機(jī)制B：讀本地只讀庫，寫后同步，采用PacificA協(xié)議，RPO=0，RTO<1s，但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。七、安全性與可靠性【試題7】閱讀下列說明，回答問題1至問題3。【說明】某醫(yī)療影像AI系統(tǒng)部署在私有云，需通過HIPAA審計(jì)，數(shù)據(jù)包含DICOM影像及患者PHI。【問題1】（4分）給出一種端到端加密方案，使影像在傳輸、靜態(tài)、內(nèi)存中均加密，寫出加密層級(jí)及算法?！敬鸢浮總鬏敚篢LS1.3+AES256GCM；靜態(tài)：LUKSv2+XTSAES512；內(nèi)存：IntelSGX+AES128密封密鑰。【問題2】（4分）若GPU顯存殘留患者影像，給出一種清除方法，并說明為何cudaMemset不足以通過審計(jì)?！敬鸢浮糠椒ǎ菏褂胏udaLaunchHostFunc注冊(cè)回調(diào)，在流完成后執(zhí)行3次隨機(jī)覆寫再釋放；原因：cudaMemset可能被編譯器優(yōu)化跳過，審計(jì)要求可驗(yàn)證清除?！締栴}3】（4分）系統(tǒng)需支持醫(yī)生在2分鐘內(nèi)下載3GB影像，給出一種加速下載機(jī)制并計(jì)算理論最小帶寬?！敬鸢浮繖C(jī)制：HTTP/3+QUIC+多路復(fù)用+前端CDN預(yù)熱；最小帶寬：3×8Gb/120s=200Mb/s。八、案例分析【試題8】閱讀下列說明，回答問題1至問題4?！菊f明】某省“一網(wǎng)通辦”系統(tǒng)上線3個(gè)月后，用戶反饋高頻事項(xiàng)辦理頁面平均打開6s，遠(yuǎn)超2sSLA。運(yùn)維監(jiān)控發(fā)現(xiàn)：1.政務(wù)外網(wǎng)到阿里云CDN首包1.2s；2.靜態(tài)資源1.8s；3.后端3次串行RPC平均各1s；4.數(shù)據(jù)庫慢查詢0.5s。【問題1】（4分）用80字以內(nèi)說明最應(yīng)優(yōu)先優(yōu)化的瓶頸，并給出依據(jù)?！敬鸢浮看蠷PC累計(jì)3s占比50%，且可并行化，收益最大?！締栴}2】（4分）給出一種并行化方案，使RPC總耗時(shí)降至1.2s，要求寫出偽代碼并說明線程池參數(shù)。【答案】CompletableFuture[]fs={rpc1(),rpc2(),rpc3()};CompletableFuture.allOf(fs).join();線程池：core=50，max=100，隊(duì)列=SynchronousQueue，拒絕策略=CallerRuns。【問題3】（4分）若CDN緩存命中率僅70%，給出2種提升策略。【答案】1.增加版本哈希指紋，強(qiáng)制長(zhǎng)期緩存；2.對(duì)HTML使用stale