2025年下半年软件设计师下午真题及参考答案

2025年下半年软件设计师下午练习题及参考答案一、数据流图与数据字典【试题1】阅读下列说明与图示，回答问题1至问题4。【说明】某市“智慧停车”平台拟升级，新增“错峰共享”功能：私人车位业主可在平台发布空闲时段，周边车主可预约并驶入。平台需验证业主身份、车位产权、车辆牌照，完成在线支付后生成动态二维码，道闸扫码抬杆。支付中心与银行采用HTTPS双向证书校验；道闸厂商提供SDK，接口以JSON形式返回0/1表示抬杆成功/失败。平台还需向市交通局实时上传停车记录，交通局只接收Kafka消息，格式为Avro模式。【图示】图11顶层数据流图（未给出，考生需自行补全0层、1层）外部实体：E1业主、E2车主、E3支付中心、E4道闸厂商、E5市交通局主要加工：P1身份验证、P2车位发布、P3预约管理、P4订单管理、P5支付校验、P6二维码生成、P7抬杆控制、P8数据上报【问题1】（4分）根据说明，将图11中缺失的0层数据流补充完整，要求给出数据流名称、起点、终点，至少写出4条。【答案】1.车位空闲时段→E1→P22.预约请求→E2→P33.支付结果→P5→E34.抬杆指令→P7→E4【问题2】（3分）数据字典中“动态二维码”条目包含哪些数据项？写出3项即可。【答案】二维码编号、有效截止Unix时间戳、车位编号哈希（SHA256前8字节）【问题3】（4分）P7抬杆控制加工内部出现“接口返回1但道闸未抬”异常，请用50字以内说明在数据流图中如何增加异常数据流，并给出该数据流名称。【答案】增加“抬杆异常通知”数据流，起点P7，终点E4，用于触发SDK重试或人工干预。【问题4】（4分）市交通局要求Kafka消息在500ms内送达，若网络抖动导致重试，请说明在数据字典中应对哪个数据项设置约束，并给出约束表达式。【答案】对“消息发送时间戳”设置约束：current_timestamp–msg_timestamp≤500ms。二、数据库设计【试题2】阅读下列说明，回答问题1至问题3。【说明】某电商“秒杀”系统采用MySQL8.0，商品表items（item_id,stock,…），订单表orders（order_id,user_id,item_id,quantity,status,create_time,…）。高并发下需保证库存扣减与订单写入原子性，且不允许超卖。【问题1】（5分）给出一种基于乐观锁的库存扣减SQL，要求单行更新且返回受影响行数，若更新失败则重试，写出完整语句。【答案】UPDATEitemsSETstock=stock–?WHEREitem_id=?ANDstock–?>=0;【问题2】（4分）若采用Redis+Lua脚本预扣库存，再异步落库，请写出Lua脚本核心片段（仅含库存判断与扣减）。【答案】localkey=KEYS[1]localqty=tonumber(ARGV[1])localcurr=tonumber(redis.call('GET',key)or0)ifcurr<qtythenreturn1endredis.call('DECRBY',key,qty)returncurr–qty【问题3】（6分）orders表数据量10亿行，需按user_id分库分表，采用雪花算法生成order_id。请说明：（1）order_id哪些位段用于分片路由；（2）若扩容至32库×32表，如何平滑迁移，给出2步关键操作。【答案】（1）取雪花算法41位时间戳后的10位作为分库键，再取随后5位作为分表键。（2）步骤1：在线双写，新数据同时写入旧节点与影子节点；步骤2：对比校验后切换读流量，再下线旧节点。三、UML建模【试题3】阅读下列说明与图，回答问题1至问题3。【说明】某跨境支付系统支持“收单”“退款”“结算”三类业务。系统采用领域驱动设计，识别出聚合根：Transaction、SettlementBatch、Refund。【图示】图31类图（节选）Transaction1—RefundSettlementBatch1—Transaction【问题1】（3分）在类图中补充“Refund”对“Transaction”的限定符，使一个交易最多只能有一次成功退款，写出限定符名称及类型。【答案】限定符：status，类型：RefundStatusEnum，值=SUCCESS唯一。【问题2】（4分】画出“收单成功后30分钟内可全额退款”状态机图，要求包含状态、触发事件、监护条件。【答案】状态：Created→Paid→Refunding→Refunded触发：t0=pay_success,t1=refund_apply,t2=refund_success监护条件：[now–pay_time≤30min]【问题3】（4分）若采用事件风暴，识别出“结算完成”领域事件，请写出事件名称、发布聚合根、消费聚合根。【答案】事件：SettlementCompleted；发布：SettlementBatch；消费：Transaction（更新settlement_id）。四、数据结构与算法【试题4】阅读下列说明，回答问题1至问题3。【说明】某短视频推荐系统需实时计算用户兴趣向量，维度512，每秒10万QPS，要求99线延迟<50ms。【问题1】（5分】给出一种内存布局，使向量点积计算对CPUCache友好，说明结构体定义及对齐方式。【答案】structVec512{floatv[512];}__attribute__((aligned(64)));数组连续存放，512×4B=2048B，跨32个CacheLine，对齐64B避免falsesharing。【问题2】（5分）采用SIMD指令集AVX512，写出内联函数计算两个Vec512的点积，要求使用FMA。【答案】inlinefloatdot512(constVec512&a,constVec512&b){__m512sum=_mm512_setzero_ps();for(inti=0;i<512;i+=16){__m512va=_mm512_load_ps(&a.v[i]);__m512vb=_mm512_load_ps(&b.v[i]);sum=_mm512_fmadd_ps(va,vb,sum);}return_mm512_reduce_add_ps(sum);}【问题3】（5分）若向量稀疏度90%，给出一种压缩存储格式及解压算法，使得点积耗时<非稀疏1.5倍。【答案】格式：CSRlike，存(index,value)对，按index升序；解压：双指针遍历，若index相等则乘积累加，复杂度O(nnz)。五、操作系统与网络【试题5】阅读下列说明，回答问题1至问题3。【说明】某云原生网关基于Envoy，采用eBPF做socket层加速，将HTTP1.1报文直接转发至后端Pod，绕过内核TCP协议栈。【问题1】（4分）给出eBPF程序attach的2种钩子点名称，并说明各自作用。【答案】1.BPF_PROG_TYPE_SK_MSG：拦截socket层sendmsg，实现零拷贝转发；2.BPF_PROG_TYPE_CGROUP_SOCK_ADDR：在connect时重写目标IP端口，实现透明代理。【问题2】（4分）若后端Pod缩容，连接需优雅迁移，请说明如何用eBPFmap保存socket状态，并给出map类型及键结构。【答案】map类型：BPF_MAP_TYPE_SOCKHASH；键：struct{__u32sip,dip;__u16sport,dport;}四元组。【问题3】（4分）当网关侧收到RST报文时，需向客户端发送502，说明在eBPF程序中如何区分该RST来自后端而非客户端。【答案】检查skb>mark字段，若mark&0x1000为真则来自后端，触发502响应；否则透传。六、软件架构设计【试题6】阅读下列说明，回答问题1至问题3。【说明】某银行核心系统拟从集中式COBOL大型机迁移至分布式微服务，要求TPS提升至1万，事务一致性达到ACID，支持异地双活。【问题1】（5分）给出一种基于Saga的事务编排方案，使“转账”业务涉及3个微服务（余额、流水、通知）仍满足最终一致，要求画出编排图并写出补偿事务。【答案】编排：1.扣减余额(T)→2.写入流水(T)→3.发送通知(T)；补偿：3'.撤销通知(C)→2'.删除流水(C)→1'.回补余额(C)。【问题2】（4分）若采用SeataAT模式，写出全局事务ID的生成策略，并说明如何防止分支事务悬挂。【答案】策略：Snowflake+机房号2位；防悬挂：分支注册时加全局锁，若全局事务已回滚则拒绝注册。【问题3】（4分）异地双活距离800km，网络RTT40ms，如何保证余额查询读到最新数据，给出2种机制并对比优缺点。【答案】机制A：读写均走主库，强一致，延迟40ms，吞吐受限；机制B：读本地只读库，写后同步，采用PacificA协议，RPO=0，RTO<1s，但实现复杂。七、安全性与可靠性【试题7】阅读下列说明，回答问题1至问题3。【说明】某医疗影像AI系统部署在私有云，需通过HIPAA审计，数据包含DICOM影像及患者PHI。【问题1】（4分）给出一种端到端加密方案，使影像在传输、静态、内存中均加密，写出加密层级及算法。【答案】传输：TLS1.3+AES256GCM；静态：LUKSv2+XTSAES512；内存：IntelSGX+AES128密封密钥。【问题2】（4分）若GPU显存残留患者影像，给出一种清除方法，并说明为何cudaMemset不足以通过审计。【答案】方法：使用cudaLaunchHostFunc注册回调，在流完成后执行3次随机覆写再释放；原因：cudaMemset可能被编译器优化跳过，审计要求可验证清除。【问题3】（4分）系统需支持医生在2分钟内下载3GB影像，给出一种加速下载机制并计算理论最小带宽。【答案】机制：HTTP/3+QUIC+多路复用+前端CDN预热；最小带宽：3×8Gb/120s=200Mb/s。八、案例分析【试题8】阅读下列说明，回答问题1至问题4。【说明】某省“一网通办”系统上线3个月后，用户反馈高频事项办理页面平均打开6s，远超2sSLA。运维监控发现：1.政务外网到阿里云CDN首包1.2s；2.静态资源1.8s；3.后端3次串行RPC平均各1s；4.数据库慢查询0.5s。【问题1】（4分）用80字以内说明最应优先优化的瓶颈，并给出依据。【答案】串行RPC累计3s占比50%，且可并行化，收益最大。【问题2】（4分）给出一种并行化方案，使RPC总耗时降至1.2s，要求写出伪代码并说明线程池参数。【答案】CompletableFuture[]fs={rpc1(),rpc2(),rpc3()};CompletableFuture.allOf(fs).join();线程池：core=50，max=100，队列=SynchronousQueue，拒绝策略=CallerRuns。【问题3】（4分）若CDN缓存命中率仅70%，给出2种提升策略。【答案】1.增加版本哈希指纹，强制长期缓存；2.对HTML使用stale