1. 导致系统不可用的原因有哪些？保障系统稳定高可用的方案有哪些？请分别列举并简述。

引起故障的原因

• 硬件故障

• 软件 bug

• 系统发布

• 并发压力

• 网络攻击

• 外部灾害



解决方案如下：

解耦

• 高内聚、低耦合的组件设计原则

• 面向对象基本设计原则

• 面向对象设计模式

• 领域驱动设计建模



隔离

• 业务与子系统隔离

• 微服务与中台架构

• 生产者消费者隔离

• 虚拟机与容器隔离



异步

• 多线程编程

• 反应式编程

• 异步通信网络编程

• 事件驱动异步架构



备份

• 集群设计

• 数据库复制：CAP 原理

任何情况下都不能只用一台服务器提供服务，任何服务都要提供 2 个以上的服务器。

都要考虑当一台服务器不可用的时候，其它服务器可以替代使用。架构师在系统架构设计的时候，都要考虑这种异常情况。



Failover （失效转移）

• 数据库主主失效转移。

• 负责均衡失效转移。



如何确认失效，需要转移？



设计无状态的服务。



幂等

应用调用服务失败后，会将调用请求重新发送到其它服务器，但是这个失败可能是虚假的失败。比如服务以及处理成功，但是因为网络故障应用没有收到响应，这时应用重新提交请求就导致服务重复调用，如果这个服务是一个转账操作，就会产生严重的后果。



服务重复调用有时候是无法避免的，必须保证服务重复调用和调用一次产生的结果相同，即服务具有幂等性。有些服务天然具有幂等性，比如将用户性别设置为女性，不管设置多少次，结果都一样。但是对于交易等操作，问题就会比较复杂，需要通过交易编号等信息进行服务调用有效性校验，只有有效的操作才继续执行。



事务补偿

• 传统事务的 ACID：原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation，又称独立性）、持久性（Durability）。

• 分布式事务的 BASE：基本可用（Basic Availability）、软状态（Soft-State）、最终一致性（Eventual Consistency）。



事务补偿：通过执行业务逻辑逆操作，使事务回滚到事务前状态。



重试

远程服务可能会由于线程阻塞、垃圾回收或者网络抖动，而无法及时返还响应，调用者可以通过重试的方式修复单词调用的故障。

• 上游调用者超时时间要大于下游调用者超时时间之和。



熔断

当某个服务出现故障，响应延迟或者失败率增加，继续调用这个服务会导致调用者请求阻塞，资源消耗增加，进而出现服务级联失效，这种情况下使用断路器阻断对故障服务的调用。

• 断路器三种状态：关闭，打开，半开。

• Spring Cloud 断路器实现：Hystrix



限流

在高并发场景下，如果系统的访问量超过了系统的承受能力，可以通过限流对系统进行保护。限流是指对系统的用户请求进行流量限制，如果访问量超过了系统的最大处理能力，就会丢弃一部分的用户请求，保证整个系统可用，保证大部分用户是可以访问系统的。这样虽然有一部分用户的请求被丢弃，产生了部分不可用，但还是好过整个系统崩溃，所有的用户都不可用要好。



限流的几种方法：

• 计数器算法（固定窗口，滑动窗口）

• 令牌桶算法

• 漏桶算法



降级



有一些系统功能是非核心的，但是它也给系统产生了非常大的压力，比如说在电商系统中又确认收货这个功能，即便我们不去确认收货，系统也会超时自动确认收货。



但是实际上确认收货这个操作是一个非常重的操作，因为它会对数据库产生很大的压力：它要进行更改订单状态，完成支付确认，并进行评价等一系列操作。如果在系统高并发的时候去完成这些操作，那么会对系统雪上加霜，使系统的处理能力更加恶化。



解决办法就是在系统高并发的时候，比如说像淘宝双 11 的时候，当前可能整天系统都处于一种极限的高并发访问压力之下，这时候就可以将确认收货、评价这些非核心的功能关闭，将宝贵的系统资源留下来，给正在购物的人，让他们去完成交易。



异地多活

如果整个数据中心都不可用，比如说数据中心所在城市遭遇了地震，机房遭遇了火灾或者停电，这样的话，不管我们的设计和系统多么的高可用，系统依然是不可用的。



为了解决这个问题，同时也为了提高系统的处理能力和改善用户体验，很多大型互联网应用都采用了异地多活的多机房机构策略，也就是说数据中心分布在多个不同地点的机房里，这些机房都可以对外提供服务，用户可以连接任何一个机房进行访问，这样每个机房都可以提供完整的系统服务，即使某一个机房不可使用，机房也不会宕机，依然保持可用。



异地多活的难点是数据一致。



2. 请用你熟悉的编程语言写一个用户密码验证函数，Boolean checkPW（String 用户 ID，String 密码明文，String 密码密文）返回密码是否正确 boolean 值，密码加密算法使用你认为合适的加密算法。

首先选择加密算法，最简单的是单向散列算法，再加些盐，比如用户 ID 作为盐，加在最前面，即 user_id + pwd_raw 得出散列值。是一个简单的玩具版本。

#include <iostream>#include <string>
using namespace std;
class CryptoHashCalculator {  public:    CryptoHashCalculator() {}    ~CryptoHashCalculator() {}
    bool is_equal(std::string& user_id, std::string& password, std::string& encrypted_password) {        return do_encrypt(user_id, password) == encrypted_password;    }
  private:    string do_encrypt(std::string& user_id, std::string& password) {        auto str = user_id + password;        std::size_t hash_value = std::hash<std::string>{}(str);        return to_string(hash_value);    }};
static void test__hash_calc_encrypt__expect_ok() {    // GIVEN    CryptoHashCalculator hash_calc;
    std::string user_id = "user1";    std::string password = "CAFEBABE";    std::string encrypted_password = "10589327768887962238";
    // WHEN    auto equal = hash_calc.is_equal(user_id, password, encrypted_password);
    // THEN    std::string res = equal ? "OK" : "NOK";    std::cout << "res is " << res << std::endl;}
int main(){    test__hash_calc_encrypt__expect_ok();}

复杂算法有 PBKDF2(Password-Based Key Derivation Function Version 2), 在 hash 基础上增加随机盐，并进行多次 hash 计算，使得彩虹表难度大幅增加，一次密码验证要进行 1000 次 hash 计算。目前没找到 CPP 的 PBKDF2 的库，写起来较为麻烦。附上别人写的代码链接:https://github.com/dbsystel/PBKDF2WinCTester/blob/master/PBKDF2.cpp