2025年中级软件设计师下半年下午试题附答案解析

2025年最新中级软件设计师下半年下午试题附答案解析1.阅读下列说明与Java代码，回答【问题1】至【问题3】，将答案填入答题纸对应栏内。【说明】某电商平台需要实现“秒杀”功能，要求同一商品在同一时刻只能被一个线程扣减库存，且必须保证库存不能为负。系统采用SpringBoot+MySQL8.0，数据库隔离级别为REPEATABLEREAD。商品表结构如下：goods(id,name,stock,version)，其中version字段用于乐观锁。【Java代码片段】```java@ServicepublicclassSeckillService{@AutowiredprivateGoodsMappergoodsMapper;@TransactionalpublicbooleansecKill(LonggoodsId,Integerquantity){Goodsgoods=goodsMapper.selectById(goodsId);if(goods.getStock()<quantity)returnfalse;goods.setStock(goods.getStock()-quantity);introws=goodsMapper.updateStockByVersion(goods);returnrows==1;}}@MapperpublicinterfaceGoodsMapper{@Select("selectfromgoodswhereid={id}")GoodsselectById(Longid);@Update("updategoodssetstock={stock},version=version+1"+"whereid={id}andversion={version}")intupdateStockByVersion(Goodsgoods);}```【问题1】（5分）指出上述代码在高并发场景下可能存在的两个问题，并给出具体现象。【问题2】（6分）在不改变数据库隔离级别的前提下，重写updateStockByVersion方法，要求利用MySQL的“悲观锁”机制，保证同一行记录在同一时刻只能被一个事务更新，并给出SQL语句。【问题3】（4分）假设将version字段改为时间戳类型（精确到毫秒），请说明乐观锁是否仍然成立，并给出理由。答案与解析：【问题1】1.丢失更新：两个线程A、B同时读到stock=10，A扣减2后更新成功，B扣减3后也会成功，最终stock=5，实际应剩5，但A的更新被覆盖。2.超卖：由于select与update非原子，若100个线程并发，每个读到的stock都是10，理论上最多可卖出1000件，远超真实库存。【问题2】```sql@Update("updategoodssetstock=stock-{quantity},version=version+1"+"whereid={goodsId}andstock>={quantity}"+"andversion={version}"+"lockinsharemode")intupdateStockByVersion(@Param("goodsId")LonggoodsId,@Param("quantity")Integerquantity,@Param("version")Integerversion);```解析：lockinsharemode在REPEATABLEREAD下会升级为排他锁，保证同一行记录串行更新；同时把“stock>=quantity”判断放进同一SQL，避免业务层与数据层不一致。【问题3】不成立。毫秒时间戳在1ms内可产生大量并发，无法区分先后顺序；且分布式节点时钟可能不同步，导致version比较失效。---2.阅读下列说明与C++代码，回答【问题1】至【问题3】。【说明】某图形渲染引擎需要实现一个“场景图”管理器，支持动态添加、删除节点，并能在O(1)时间内获取任意节点的父节点。节点总数上限1e6。【C++代码片段】```cppclassNode{public:intid;Nodeparent;std::vector<Node>children;};classSceneGraph{std::unordered_map<int,Node>id2node;public:NodeaddNode(intid,intparentId){Nodep=nullptr;if(parentId!=-1){autoit=id2node.find(parentId);if(it==id2node.end())returnnullptr;p=it->second;}Nodenode=newNode{id,p};id2node[id]=node;if(p)p->children.push_back(node);returnnode;}NoderemoveNode(intid){autoit=id2node.find(id);if(it==id2node.end())returnnullptr;Nodevictim=it->second;if(victim->parent){auto&v=victim->parent->children;v.erase(std::remove(v.begin(),v.end(),victim),v.end());}for(Nodec:victim->children){c->parent=victim->parent;if(victim->parent)victim->parent->children.push_back(c);}id2node.erase(it);returnvictim;}};```【问题1】（4分）指出removeNode中两处内存泄漏风险，并给出修改方法。【问题2】（5分）若要求删除节点后自动释放内存，且不能破坏子节点，请重写removeNode，使用智能指针并保证仍可在O(1)内访问父节点。【问题3】（6分】现需支持“遍历场景图并计算包围盒”功能，包围盒采用AABB（轴对齐包围盒），每个节点存储本地AABB，父节点AABB为子节点并集。请给出后序遍历的伪代码，并说明时间复杂度。答案与解析：【问题1】1.victim节点本身未delete；2.子节点被移动到祖父节点后，原vector可能扩容，但旧内存未释放。修改：在erase后deletevictim；使用shrink_to_fit释放多余容量。【问题2】```cppclassNode:publicstd::enable_shared_from_this<Node>{public:intid;std::weak_ptr<Node>parent;std::vector<std::shared_ptr<Node>>children;};std::shared_ptr<Node>removeNode(intid){autoit=id2node.find(id);if(it==id2node.end())returnnullptr;autovictim=it->second;if(autop=victim->parent.lock()){auto&v=p->children;v.erase(std::remove(v.begin(),v.end(),victim),v.end());}for(auto&c:victim->children){c->parent=victim->parent;if(autop=victim->parent.lock())p->children.push_back(c);}id2node.erase(it);returnvictim;//调用端决定是否reset}```通过weak_ptr打破循环，O(1)访问父节点仍成立。【问题3】```cppAABBpostCalc(std::shared_ptr<Node>node){if(node->children.empty())returnnode->localAABB;AABBu;boolfirst=true;for(auto&c:node->children){AABBchildBox=postCalc(c);u=first?childBox:merge(u,childBox);first=false;}node->worldAABB=u;returnu;}```时间复杂度O(N)，每个节点访问一次。---3.阅读下列数据库设计与SQL，回答【问题1】至【问题3】。【说明】某社交APP设计“用户关注”功能，需求：1.支持单向关注；2.查询用户A的所有粉丝列表；3.查询用户A关注的所有人；4.查询A、B是否互关。表结构：follow(id,follower_id,followee_id,created_at,UNIQUE(follower_id,followee_id))【问题1】（5分）给出查询“用户A的所有互关用户”的SQL，要求只返回用户ID，且避免重复。【问题2】（6分】若粉丝数可达1e7，请设计二级索引使上述三需求均走索引，并给出创建语句。【问题3】（4分】由于热点账号粉丝数巨大，现采用“关注列表分桶”策略：按followee_id哈希到16张表follow_0…follow_15。请说明如何在不改动业务SQL的前提下，利用MySQL分区透明实现，并给出分区键与分区函数。答案与解析：【问题1】```sqlSELECTf1.follower_idFROMfollowf1JOINfollowf2ONf1.follower_id=f2.followee_idANDf1.followee_id=f2.follower_idWHEREf1.followee_id=A;```【问题2】```sqlCREATEINDEXidx_followerONfollow(follower_id,followee_id);CREATEINDEXidx_followeeONfollow(followee_id,follower_id);```idx_follower覆盖需求3；idx_followee覆盖需求2；互关查询可用idx_followee快速定位A的被关注记录，再回表join。【问题3】```sqlALTERTABLEfollowPARTITIONBYKEY(followee_id)PARTITIONS16;```MySQL会对followee_id计算内部哈希，自动路由到对应分区，业务SQL无需改动。---4.阅读下列UML类图与Java代码，回答【问题1】至【问题3】。【说明】某嵌入式网关需要支持多种传感器协议（Modbus、CAN、MQTT），未来可扩展。系统采用策略模式，协议解析后统一封装为Metric对象（包含温度、湿度、压强）。类图：interfaceProtocolParser{List<Metric>parse(byte[]data);}classModbusParserimplementsProtocolParser{...}classCanParserimplementsProtocolParser{...}classMqttParserimplementsProtocolParser{...}网关主流程：1.串口读取一帧数据；2.根据帧头选择对应解析器；3.将Metric写入时序数据库InfluxDB。【问题1】（5分）若新增BACnet协议，请给出最小改动步骤，并说明符合OCP原则的理由。【问题2】（6分】现发现Modbus帧可能存在半包、粘包，请设计一个状态机，用Java代码实现分包，要求不阻塞串口读取线程。【问题3】（4分】Metric写入InfluxDB后，运维需要实时统计“过去1分钟平均温度”，但InfluxDB原始数据每秒上报一次。请给出连续查询（CQ）语句，降低查询延迟。答案与解析：【问题1】1.新建BacnetParser实现ProtocolParser；2.在工厂类Map中put("BACNET",newBacnetParser())；3.无需修改原有任何代码，符合开闭原则。【问题2】```javaenumState{HEADER,LEN,PAYLOAD}classModbusDecoder{Statestate=HEADER;intlen;ByteBufbuf=ByteBufAllocator.DEFAULT.buffer();voiddecode(byte[]in,Consumer<byte[]>onFrame){buf.writeBytes(in);while(buf.readableBytes()>0){switch(state){caseHEADER:if(buf.readableBytes()<3)return;if(buf.getUnsignedByte(buf.readerIndex())==0x01&&buf.getUnsignedByte(buf.readerIndex()+1)==0x03){buf.skipBytes(2);state=LEN;}else{buf.readByte();//丢弃}break;caseLEN:if(buf.readableBytes()<1)return;len=buf.readUnsignedByte();state=PAYLOAD;break;casePAYLOAD:if(buf.readableBytes()<len+2)return;//+CRCbyte[]frame=newbyte[len+5];buf.readBytes(frame);onFrame.accept(frame);state=HEADER;break;}}}}```非阻塞，利用ByteBuf累积数据。【问题3】```sqlCREATECONTINUOUSQUERYcq_temp_1mONiot_dbBEGINSELECTmean(temperature)INTOtemp_1mFROMmetricGROUPBYtime(1m)END;```---5.阅读下列算法描述与C代码，回答【问题1】至【问题3】。【说明】某自动驾驶系统需要实时检测激光雷达点云中的地面，采用“区域生长+RANSAC”混合策略：1.将3D点云投影为2.5D栅格，每个栅格保存最低点的z值；2.选取种子栅格（本车周围-2m~+2m）；3.区域生长连通高度差<0.2m的栅格；4.对生长结果用RANSAC拟合平面ax+by+cz+d=0；5.点到平面距离<0.1m则判为地面。【问题1】（5分】若栅格分辨率0.1m，检测范围前后各60m、左右各30m，计算总栅格数及占用内存（float32）。【问题2】（6分】给出区域生长的伪代码，要求用队列实现，并避免重复访问。【问题3】（4分】RANSAC迭代次数k与内点比例w、置信度p的关系为k=log(1-p)/log(1-w^3)。若要求p=0.999，初始w=0.6，计算k；若实际w仅0.3，求实际所需k，并说明如何在线自适应调整。答案与解析：【问题1】宽度=30×2/0.1=600，高度=60×2/0.1=1200，栅格数=720000，float32占4B，共2.88MB。【问题2】```cppqueue<Cell>q;set<Cell>visited;for(autoc:seedCells){q.push(c);visited.insert(c);}while(!q.empty()){Cellcur=q.front();q.pop();for(autonb:cur->neighbors4){if(visited.count(nb))continue;if(abs(nb->z-cur->z)<0.2f){visited.insert(nb);q.push(nb);}}}```【问题3】k1=log(1-0.999)/log(1-0.6^3)≈13；k2=log(1-0.999)/log(1-0.3^3)≈77；在线统计当前内点比例，动态更新k，保证实时性。---6.阅读下列分布式系统说明，回答【问题1】至【问题3】。【说明】某微服务采用SpringCloudGateway+JWT实现统一认证。JWTpayload包含userId、role、exp。网关需要实现“同一用户同时在线设备数不超过3”的限制。【问题1】（5分】给出一种基于Redis的滑动窗口方案，要求支持设备掉线自动过期，并给出核心Lua脚本。【问题2】（6分】若JWT过期时间30min，用户主动退出时需立即失效，请给出“黑名单”方案，要求网关不访问认证服务即可验证，并说明如何防止黑名单膨胀。【问题3】（4分】网关采用异步Netty线程池，突发流量下线程池队列可能爆掉，请给出一种背压机制，保证线程池满载时网关可优雅降级，返回503但不丢弃请求。答案与解析：【问题1】```lualocalkey="user:"..KEYS[1]localwindow=1800--30minlocalnow=ARGV[1]redis.call('zremrangebyscore',key,0,now-window)localcnt=redis.call('zcard',key)ifcnt>=3thenreturn0endredis.call('zadd',key,now,ARGV[2])redis.call('expire',key,window)return1```设备ID作为member，时间戳作为score，窗口外自动清理。【问题2】网关层维护RedisSetjwt:blacklist，JWT退出时把jti加入Set，设置过期30min；网关校验时先查Set，再验签。防止膨胀：Set带TTL，过期JWT自动淘汰。【问题3】采用Reactor的onBackpressureDrop策略，