Java ZooKeeper-RocketMQ 面试题

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前言

最新的 Java 面试题，技术栈涉及 Java 基础、集合、多线程、Mysql、分布式、Spring全家桶、MyBatis、Dubbo、缓存、消息队列、Linux…等等，会持续更新。

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1、谈谈你对ZooKeeper的理解 ？

ZooKeeper 是一个开源的分布式协调服务，为分布式系统提高了一系列的服务，提供的服务包括了：服务注册与订阅、统一命名服务、集群管理、分布式锁和分布式通知等。
Zookeeper提供了三个核心功能，分别是：文件系统、监听机制和集群管理

• 1、文件系统
  Zookeeper存储数据的结构，类似于一个文件系统，每个节点（znode）都是类似于K-V的结构，每个节点的名字相当于key，每个节点保存的数据，相当于value。
• 2、监听机制
  客户端先向ZooKeeper服务端的某个节点注册一个 Watcher 监听，当监听的数据状态发生变化时，服务端会向指定客户端发送一个事件通知，客户端收到事件以后，调用对应的回调方法，完成事件变更的通知。
• 3、集群管理
  Zookeeper提供了CP的模型，来保证集群中的每个节点的数据一致性。
  zookeeper本身是一个集群结构，它有3种角色：
  leader领导者：处理所有的事务请求（写请求），也可以处理读请求，集群中只有一个leader；
  follower追随者：只能处理读请求，参与leader选举
  observer观察者：只能处理读请求，不参与leader选举，作用是为了提升集群的读性能

2、Zookeeper的工作原理（Zab协议）

• Zookeeper的工作原理核心是原子广播机制，这个机制保证了各个节点之间的数据一致性，实现这个机制的协议叫做Zab协议。
  Zab协议有两种模式，分别是恢复模式（选主）和广播模式（同步），当服务启动或者 Leader 服务器宕机，Zab就进入了恢复模式，此时不对外提供服务。
• 首先选举出新的 Leader 服务器，然后与其他的Follower 服务器进行数据同步，当集群中超过半数机器完成数据同步之后，退出恢复模式进入广播模式，然后就可以接收客户端的事务请求了。

3、谈谈你对分布式锁的理解，以及分布式锁的实现？

• 分布式锁，是一种跨进程的跨机器节点的互斥锁，它可以保证同一时刻只能有一个线程去访问共享资源。
  目前实现分布式锁最常用的中间件是 Redis 和 Zookeeper:
• Redis：利用它提供的 SETNX 命令，如果设置key返回1，说明获取锁成功，返回0获取锁失败。然后还可以通过 EX参数来设置key的过期时间，从而避免死锁问题。
  但也可能存在一些极端情况，比如锁过期了，但是业务逻辑还没处理完。这种极端情况可以使用Redisson 客户端来实现，Redisson 中有一个 watchdog 的机制，翻译过来就是看门狗，它是基于Netty下面的一个时间轮的实现类来实现。(getLock、lock、unlock)
• Zookeeper：利用它提供的有序节点，当线程创建节点后，如果该节点是当前目录下所有节点序号最小的节点，则认为获取锁成功。如果不是最小的节点，则对该节点序号的前一个节点添加一个监听事件，当监听的节点释放锁之后，触发回调通知，从而再次去尝试抢占锁。
  总的来说，这两种方案都有各自的优缺点：
  Redis它获取锁的方式简单粗暴，如果获取不到锁，会不断尝试获取锁，消耗性能比较大，但是实现难度比较低。
  Zookeeper如果获取不到锁，只需要添加一个监听器就可以了，消耗性能比较小，但是实现难度比较高。

4、 zookeeper 是如何保证事务的顺序一致性的？

• zookeeper采用了全局递增的事务Id 来标识，所有的 proposal（提议）在被提出的时候都会加上 zxid，zxid实际上是一个64位的数字，高32位是epoch（时期; 纪元; 世; 新时代）用来标识leader是否发生改变，如果有新的leader产生出来，epoch会自增，然后低32位用来递增计数。
  当产生新的提议时，zookeeper会采用数据库的二阶段提交，首先会向其他的节点发出事务执行请求，如果超过半数的机器都能执行，那么就会提交事务。

5、 zookeeper主从同步机制：

• 1、当leader 接受到消息请求后，会给消息加上一个全局的事务Id （zxid）；
• 2、leader将带有zxid的消息作为一个提案（proposal）分发给所有的follower；
• 3、当follower接受到提案后，先把提案写到磁盘，写入成功以后再向leader回复一个ack；
• 4、当leader 接受到半数以上ack，就会向follower发送提交commit命令，同时自己也执行；
• 5、当follower接受到commit命令以后，就会提交该消息，从而实现数据同步。

6、分布式集群中为什么会有 Master？

在分布式环境中，有些业务逻辑只需要集群中的某一台机器进行执行，其他的机器可以共享这个结果，这样可以大大减少重复计算，提高性能。

7、 zk 节点宕机如何处理？

• 1、如果是一个 Follower 宕机，只要超过半数的节点正常，集群就能正常提供服务，否则集群就会失效；
• 2、如果是一个 Leader 宕机，Zookeeper会进入恢复模式，重新选举出新的 Leader。
  Zookeeper本身也是集群，推荐不少于 3 个服务器，而且最好奇数个。

8、说几个 zookeeper 常用的命令？

常用命令：ls get set create delete 等。

9、ZK 如何投票实现Leader选举？

如果 Leader 节点宕机了，为了保证集群继续提供服务，Zookeeper 需要从剩下的 Follower 节点里面去选举一个新的节点作为 Leader，也就是所谓的 Leader 选举。具体的实现是：

• 1、每一个节点都会向集群里面的其他节点发送一个票据 Vote，这个票据包括三个属性：epoch逻辑时钟，zxid事务id，myid服务器id；然后第一轮投票都会投给自己。
• 2、每个节点把收到的票据和自己节点的票据做比较，根据 epoch、zxid、myid 的顺序逐一比较，以值最大的一方获胜，比较结束以后就把票投给获胜的节点；
• 3、通过多轮投票以后，以少数服从多数的方式，最终获得票数最多的节点成为Leader。
  到这里，leader选举就结束啦。
  其中epoch，逻辑时钟，用来标识当前票据是否过期；zxid，事务id，用来表示当前节点最新存储的数据的事务编号; myid，服务器id，在 myid 文件里面填写的;

MQ中间件

10、什么是 RocketMq？

• RocketMq是一个基于 AMQP 高级消息队列协议的中间件，接受并转发消息。它有4个核心组件，分别是：
• producer生产者：负责生产和发送消息到 Broker;
• Exchange交换机：按照一定的规则将消息路由转发到某个队列，对消息进行过虑;
• Queue队列：用来存储消息，并把消息转发给指定的消费者;
• consumer消费者：负责从 Broker 中获取消息，并进行相应处理;
  它的工作原理是生产者把消息发送到Exchange交换机上。Exchange交换机把收到的消息根据路由规则，转发给绑定的queue队列，队列再把消息投递给订阅了这个队列的消费者，从而完成消息的异步通讯。

11、什么是消息队列？

消息队列 Message Queue，简称 MQ。
消息队列有很多使用场景，比较常见的有3个：解耦、异步、削峰。

• 1、应用解耦：把相关联的系统进行职责解耦，比如：生成订单会调用仓库管理系统或积分系统。
• 2、异步处理：不需要立即处理消息，提高系统的性能，比如：用户注册发送验证码、下单短信通知、发送优惠券等。
• 3、流量削峰：能够有效的顶住瞬间高并发，防止服务器承受不住导致崩溃，比如秒杀、限时抢购优惠券等。
  比如吞吐量低的中小型公司，一般用 ActiveMQ、RabbitMQ 较为合适，
  大数据、吞吐量高的大型公司一般选用 Kafka 和 RocketMQ。

12、RocketMq的路由类型和发送消息的方式？

它的工作原理是生产者把消息发送到Exchange交换机上，Exchange交换机把收到的消息根据路由规则，转发给绑定的queue队列，最后再把消息投递给订阅了这个队列的消费者，从而完成消息的异步通讯。
在RabbitMQ中，交换机常见的有3种类型，分别是Fanout、Direct 、Topic：

• Fanout（扇出交换机）：类似于广播机制，将消息转发给到所有绑定的队列上，与routingKey（路由键）无关；
• Direct（直连交换机）：完整匹配方式，也就是Routing key和Binding Key完全一致，才把消息发给该队列；
• Topic（主题交换机）：就是Routing Key加了通配符，符合匹配规则的Queue队列都会收到这个消息，#：代表0个或多个单词，*：代表一个单词。

13、死信消息的生命周期？

• 1、消费者消费业务消息时发生异常，就会返回nck或者reject操作；
• 2、那么这些消息就会被投递到死信交换机中；
• 3、死信交换机将消息发送到相应的死信队列；
• 4、死信队列可以定时重新投递到Broker中，也可以由死信消费者消费。

14、如何保证消息的顺序性？

这个问题是由于不同的消息都发送到了同一个 queue队列中，而这个queue队列又被多个消费者消费。
解决这个问题，我们可以给 RabbitMQ 创建多个 queue队列，每个队列对应一个消费者。比如生产者发送消息的时候，同一个订单号的消息发送到同一个 queue队列中，由于同一个 queue队列的消息是有序的，那么同一个订单号的消息就只会被一个消费者顺序消费，从而保证了消息的顺序性。

15、如何防止消息丢失？

• 1）、使用事务消息
• 2）、使用消息确认机制
  消息丢失的场景有下面几种：
• 1）、生产者发送消息到MQ的过程中丢失
  解决方法: 在生产者端开启comfirm 确认模式，每个消息会分配一个唯一的 id，如果MQ写入了内存中， 就会返回一个ack，告诉你说这个消息ok了，如果MQ没有写入这个消息，会回调一个nack接口，告诉你这个消息失败了，你可以进行重试或抛弃此条消息。
• 2）、MQ收到消息，写入到内存中，还没消费，服务挂掉了，数据都会丢失
  解决方法：将消息持久化到磁盘，有两个步骤：
  第1步：把该消息设置为持久化，即deliveryMode设置为2，第3个参数设置如下：
  channel.basicPublish(“exchange”, “routingKey”, MessageProperties.PERSISTENT_TEXT_PLAIN, " message".getBytes());
  第2步：把该queue队列设置为持久化，即durable=true，第2个参数设置为true,
  channel.queueDeclare(QUEUE_NAME, true, false, false, null)；
• 3）、消费者刚拿到消息，还没处理，服务挂掉了，MQ又以为消费者处理完了
  解决方式：首先关闭 RabbitMQ 的自动 ack，然后消费者在处理完消息之后，再手动返回ack。这样可以保证，如果你还没处理完，就不会返回ack，那队列就不会删除该消息。
  （关闭 RabbitMQ 的自动 ack,即autoAck=false，第2个参数设置为false
  channel.basicConsume(QUEUE_NAME, true, new DefaultConsumer(channel){});）

16、如何保证消息不被重复消费？

我们为了消息的可靠性，采用了手动ack机制；如果消费者在处理完一个消息之后，还没有手动调用ack，服务就挂了，MQ以为你还还没处理，就把这个消息投递给其他的消费者，就导致了消息被重复消费。
我觉得这个问题可以分为2种场景来对待：

• 第1种幂等性场景：就是说消息重复消费和消费一次产生的影响是一样的，可以不用处理，比如Redis的set操作，它是天然幂等性的；
• 第2种非幂等性场景：把消息唯一id保存到 mysql 或者 redis 里面，在处理消息之前先去 mysql 或者 redis 里面，判断一下是否已经消费过了。

17、MQ处理消息失败了怎么办？

一般生产环境中，都会在使用MQ的时候设计两个队列：一个是核心业务队列，一个是死信队列。核心业务队列，就是比如专门用来给订单系统发送订单消息的，然后另外一个死信队列就是用来处理异常情况的。

18、消息基于什么传输？

RabbitMQ 使用channel通道的方式来传输数据，通道是建立在真实的 TCP 连接内的虚拟连接，且通道数量没有限制，大大提升了MQ的处理性能。

19、RocketMQ 底层原理？

RocketMQ 架构主要包含以下四个部分：

• 1、NameServer：是一个简单的Topic路由注册中心，支持Broker的注册与发现，主要有两个功能：Broker管理（提供心跳检测机制）和路由信息管理（保存Broker的路由信息和用于客户端查询的队列信息）；
• 2、BrokerServer：RocketMQ 的核心组件，主要负责消息的
  1、存储：CommitLog（存储消息的文件）；
  2、投递：ConsumeQueue（消息消费队列）；
• 3.查询：IndexFile（索引文件）；
• 4.以及维护消费者的Topic订阅信息和保证服务高可用；
  1、Producer：消息生产者，往Broker发送指定Topic的消息。
  2、Consumer：消息消费者，主动拉取消息来消费，支持集群方式（同一Topic下的一条消息只会发送到同一消费组中的一个消费者）和广播方式（所有的消息会广播发送到所有的消费者）。

20、RocketMQ为什么速度快, 吞吐量？

因为使⽤了顺序存储、页缓存（Page Cache）和异步刷盘；我们在写⼊commitlog的时候是顺序写⼊的，这样⽐随机写⼊的性能就会⾼很多，而且它不是直接写⼊磁盘，⽽是先写⼊页缓存，开启一个异步线程通过零拷贝机制，定时的将缓存中的数据刷到磁盘中，从而保证消息的快速读写。

21、什么是零拷贝？

• 传统⽂件复制方式：需要对⽂件在内存中进⾏四次复制（内核态到用户态的来回复制）。
• 零拷⻉：就是减少内核态到用户态的来回复制，它是通过内存映射的机制，直接把内核态里的数据映射到用户态，对文件的操作转化为对内存地址的操作；
  通常有两种⽅式，mmap（RocketMq）和sendfile(kafka)。
  

22、死信队列？

当一条消息消费失败时，经过多次重试依然失败，为了保证消息数据不丢失，需要将消息投入到死信队列中。
死信的来源：

• 1、消息 TTL（存活时间）过期
• 2、队列满了，无法再添加数据到队列中
• 3、消息被拒绝（消费方拒绝应答：basic.reject 或 basic.nack）并且不放回队列中（ requeue=false）

总结

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