经纬恒润 C++ 后端一面：网络、STL 与智能指针

《面试题目》

1. 自我介绍
2. 你项目里的通信是 TCP 还是 UDP？为什么？三次握手和四次挥手讲一下
3. TCP 和 HTTP 是什么关系？你项目用的是长连接还是短连接？HTTP/1.1 和 HTTP/2 有什么区别？
4. 你用了哪些 STL 容器？map 和 unordered_map 的底层实现和区别是什么？
5. vector 的扩容机制是什么？reserve 和 resize 有什么区别？为什么 vector 的迭代器会失效？
6. 智能指针的原理是什么？shared_ptr 线程安全吗？循环引用怎么解决？
7. 为什么要用多线程？线程池是怎么设计的？线程间同步用了哪些手段？
8. 为什么要用 epoll 或 IO 多路复用，而不是一个连接一个线程？LT 和 ET 的区别是什么？

《参考解析》

1. TCP、UDP 选型与握手挥手。选 TCP 的理由是业务需要可靠、有序，并且依赖流量控制和拥塞控制；UDP 适合实时性优先、可容忍丢包的场景，比如音视频、心跳包，以及 QUIC 这种「在 UDP 上自己实现可靠传输」的现代方案。三次握手是 SYN(x) → SYN+ACK(y, ack=x+1) → ACK(ack=y+1)；之所以不能只握两次，一是防止历史失效的连接请求到达后服务端误建连接，二是只有三次才能双向确认双方的收发能力都正常并同步初始序号。四次挥手是 FIN → ACK → FIN → ACK，不能合并成三次是因为 TCP 全双工：一方发 FIN 只表示「我没有数据要发了」（半关闭），另一方可能还有数据要发，所以它的 ACK 和 FIN 必须分开。主动关闭方进入 TIME_WAIT 并等 2MSL，作用有两个：保证最后那个 ACK 能到达对方（对方超时会重传 FIN，还能响应），以及让本次连接的旧报文在网络中消散，避免污染复用同一四元组的新连接。排障经验也要能说：大量 CLOSE_WAIT 堆积说明代码里没调 close()；大量 TIME_WAIT 说明主动关闭方太多，用连接池、SO_REUSEADDR、tcp_tw_reuse 缓解。

2. HTTP 与 TCP 的关系、版本差异。HTTP 是应用层协议、TCP 是传输层协议，HTTP 报文最终由 TCP 承载，HTTP 本身不负责可靠性。HTTP/1.0 默认短连接；HTTP/1.1 默认 Connection: keep-alive，一条 TCP 连接可以复用发多个请求，但同一连接上请求是串行的，存在应用层队头阻塞（因此流水线没普及）——RPC 或网关场景一般用连接池维护长连接，避免频繁握手和慢启动。HTTP/2 用二进制分帧加多路复用，一条 TCP 上可以并发多个 stream，配合 HPACK 头部压缩、服务端推送和流优先级，解决了应用层队头阻塞，但 TCP 层的队头阻塞仍然存在（一个丢包会卡住所有 stream）。HTTP/3 走 QUIC（基于 UDP），把可靠传输和流控做在用户态，各 stream 独立恢复丢包，还支持 0-RTT 建连和连接迁移。

3. map 与 unordered_map。map 是红黑树（自平衡二叉搜索树）：按 key 有序，查找稳定 O(log n)，支持 lower_bound 这类范围查询，每个节点要额外存颜色和三个指针，内存开销大，迭代器只在删除时失效。unordered_map 是哈希表（桶加链地址法，冲突严重时会树化）：无序，平均 O(1)、最坏 O(n)，rehash 时迭代器全部失效，自定义 key 需要提供 hash 和 operator==，可以用 reserve(n) 减少 rehash。选型依据是：需要排序、范围查询或要求稳定的最坏复杂度就用 map；纯 KV 高频单点查询、key 分布均匀就用 unordered_map。还要知道哈希攻击：恶意构造大量冲突 key 会让性能退化到 O(n)，所以对不可信输入要做 key 限制或加盐。

4. vector 扩容与迭代器失效。size == capacity 时 push_back 会申请一块更大的连续内存（GCC 是 2 倍，MSVC 是 1.5 倍），把元素搬过去再释放旧块，因此 push_back 的均摊复杂度是 O(1)。reserve(n) 只把 capacity 提升到不小于 n，不改变 size、不构造元素，用来提前避免多次扩容拷贝；resize(n) 会把 size 改成 n，多出来的部分值初始化（构造元素），变少则析构多余元素。迭代器失效有三种情况：扩容后内存重新分配，所有迭代器、指针、引用全部失效；insert/erase 造成元素搬移，插入点之后的迭代器失效（erase 会返回下一个有效迭代器，应该接住它）。补充一句为什么有的实现用 1.5 倍：2 倍增长无法复用之前释放的内存块，1.5 倍可以，内存碎片更少；而 vector 连续内存、随机访问 O(1)、对 CPU 缓存友好，这正是它常常比其他容器快的原因。

5. 智能指针与 shared_ptr 的线程安全边界。三种智能指针的本质都是 RAII，把资源生命周期绑到栈对象上，析构时自动释放。unique_ptr 独占所有权、不可拷贝只可移动、零开销，能用就优先用；shared_ptr 的引用计数存在堆上的控制块里（make_shared 会把控制块和对象一次分配，缓存更友好），计数增减是原子的；weak_ptr 不增加计数，用 lock() 提升为 shared_ptr，提升失败说明对象已析构，用来打破循环引用和实现缓存。线程安全要分三句话说：①引用计数的增减是原子的，多线程各自拷贝、析构不同的 shared_ptr 实例是安全的；②被管理对象本身的读写不是线程安全的；③同一个 shared_ptr 实例被多线程同时赋值或 reset() 不是原子的（要同时改指针和计数），需要加锁或用 std::atomic<std::shared_ptr<T>>。循环引用是 A 持有 B 的 shared_ptr、B 又持有 A 的 shared_ptr，计数永不归零导致泄漏，解法是把其中一方改成 weak_ptr（典型是父持有子的强引用、子持有父的弱引用）。

6. 线程池设计与同步手段。为什么要多线程：充分利用多核 CPU（CPU 密集型）、一个线程阻塞在 IO 上时其他线程还能干活（IO 密集型，也是服务端的主要动机）、线程共享地址空间所以通信成本低于多进程；代价是上下文切换、锁竞争、竞态和调试难度。线程池的要点：一个任务队列（queue<function<void()>> 加 mutex 保护）、启动时创建 N 个 worker 循环等待、用条件变量在队列空时 wait 挂起并在 push 后 notify_one；wait 必须带谓词（wait(lock, pred)）防止虚假唤醒；退出时置 stop 标志加 notify_all 再 join，并且要明确定义「队列里剩下的任务跑不跑完」这两种语义；队列最好有界，满了要有策略（阻塞生产者、丢弃、或让调用者线程执行）避免 OOM；线程数按任务类型定，CPU 密集取核数上下、IO 密集可以更多。同步手段选型：mutex 配 lock_guard/unique_lock 用 RAII 防漏解锁、condition_variable 配 while 判谓词、atomic 做轻量计数和标志位、shared_mutex 适合读多写少、future/promise/async 用来取异步结果。死锁四条件是互斥、持有并等待、不可剥夺、循环等待，破坏任何一个即可，工程上最常用的是统一加锁顺序或用 scoped_lock 一次性锁多个。

7. epoll 与 LT/ET。一连接一线程的问题在于：线程栈默认 8MB 虚拟内存、每个线程都是独立调度实体、上下文切换成本高，连接数一上来直接崩。select 有 fd 上限 1024，每次调用都要把 fd 集合从用户态拷到内核态并做 O(n) 轮询；poll 没有数量上限但仍然 O(n)。epoll 用红黑树管理 fd、用就绪链表存就绪事件，epoll_wait 直接返回就绪的 fd，epoll_ctl 时只拷贝一次，复杂度与总连接数无关。LT 是水平触发（默认）：只要 fd 上还有数据可读，每次 epoll_wait 都会通知，编程简单、可以一次只读一部分；ET 是边沿触发，只在状态变化时通知一次，必须把 fd 设成非阻塞并循环读到 EAGAIN，否则会丢事件、饿死其他连接，好处是通知次数少、系统调用少。ET 常配 EPOLLONESHOT 防止多个工作线程同时读同一个 fd。要主动说一个经典错误：ET 配阻塞 fd，最后一次 read 会永久阻塞住工作线程。