关于网络和Linux常见的十道面试题汇总
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：
- 发送消息时丢失
- 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：
- 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
- 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：
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：
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：
- 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
- 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
- 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：
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：
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：
- 编写一个消息的封装类
- 编写客户端
- 编写服务器端
消息的封装类：
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：
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：
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：
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：
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：
- 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
- 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
- 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
- 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：
- 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
- 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：
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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：
-
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。
-
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
- /bin:存放常用的命令二进制可执行文件，如 ls、grep 等
- /etc:系统配置文件目录，存放系统管理和配置文件
- /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
- /root:超级管理员的主目录
- /usr:存放应用程序和文件。
- /usr/bin:应用程序目录，与/bin类似，但存放不常用的应用程序
- /usr/lib:共享库目录，存放系统和应用程序所需的共享库文件
- /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
- /var:放系统运行过程中的各种变化文件，如日志
- /opt:可选应用软件包安装目录
- /tmp:临时文件目录
Linux中的常用命令有哪些？
Linux常用命令如下：
-
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。
-
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。
-
pwd: 显示当前工作目录的绝对路径。
- 使用方式：pwd
-
mkdir: 创建新的目录。
- 使用方式：mkdir [directory]
- 示例：mkdir javacn 创建 “javacn” 文件夹。
-
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
-
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）。
-
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）
-
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）。
-
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。
- 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：
-
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
- 使用示例：
-
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
- 使用示例：
-
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
- 使用示例：
-
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
- 使用示例：
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：
-
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
-
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