2025年上半年软件设计师下午试题及答案

2025年上半年软件设计师下午试题及答案一、数据流图与数据字典1.阅读下列说明，回答问题1至问题3。【说明】某市“智慧停车”平台拟升级，新增“错峰共享”功能：白天写字楼车位紧张时，由附近小区释放闲置车位；夜间小区车位紧张时，由写字楼释放车位。平台需记录车位状态、共享合约、计费规则及信用分。【数据流图顶层图】外部实体：车主（E1）、物业（E2）、支付网关（E3）、征信中心（E4）。顶层加工：P0智慧停车平台。数据存储：D1车位目录、D2共享合约、D3计费规则、D4信用分。【0层图关键数据流】1)E1→P0：预约请求（车牌，目标区域，起止时间）。2)P0→E3：扣款指令（订单号，金额，回调URL）。3)P0→E4：信用查询（身份证号，业务号）。4)P0→D1：更新车位状态（车位ID，状态，时间戳）。【问题1】（4分）顶层图缺少一条外部实体与P0之间的数据流，该数据流用于物业批量导入“车位目录”。请给出该数据流的名称、方向，并说明数据项至少包含哪些内容。【答案】数据流名称：车位目录导入；方向：E2→P0；数据项：物业ID、车位ID列表、车位类型（地上/地下）、共享时段、收费标准、最大可预约时长。【问题2】（6分）0层图中加工P1“生成共享合约”需要读取D1、D3，写入D2。请用结构化语言描述P1的加工逻辑，要求包含异常处理：若信用分低于阈值（60分）或车位状态为“已预约”则拒绝。【答案】```PROCESSP1:生成共享合约READ预约请求（车牌，目标区域，起止时间）CALL征信中心获取信用分（身份证号）→creditIFcredit<60THEN返回错误码1001：“信用分不足”ENDIFLOCKD1车位目录FOREACH车位IDIN目标区域IF状态==“已预约”THENCONTINUEENDIFREADD3计费规则（区域，车位类型，时段）→ruleCALC预计费用（rule，起止时间）→feeWRITED2共享合约（合约号，车牌，车位ID，起止时间，fee，状态=“待确认”）UPDATED1车位状态（车位ID，状态=“已锁定”）BREAKENDFORIF无可用车位THEN返回错误码1002：“该区域暂无可共享车位”ENDIFUNLOCKD1ENDPROCESS```【问题3】（5分）数据字典中“共享合约”条目如下，请指出其中三处不一致或缺失，并给出修正。共享合约=合约号+车牌+车主姓名+车位ID+起止时间+预计费用+实际费用+状态状态=待确认|已确认|已取消|已完成【答案】1)车主姓名未在0层图数据流中出现，应删除或改为“车主ID”；2)实际费用在P1加工时尚未产生，应标记为“可选”；3)缺少“物业ID”字段，导致无法分账，应增加。修正后：共享合约=合约号+车牌+车主ID+车位ID+物业ID+起止时间+预计费用+实际费用（可选）+状态二、数据库设计2.阅读下列说明，回答问题1至问题3。【说明】智慧停车平台需支持“车位共享”“电子发票”“信用分”三大主题。初步抽象出以下实体：1)车位（车位ID、地址、类型、产权方、状态）；2)车主（车主ID、姓名、身份证号、手机号、信用分）；3)共享合约（合约号、车位ID、车主ID、起止时间、费用、状态）；4)支付记录（支付ID、合约号、支付时间、金额、渠道、发票状态）；5)发票（发票ID、支付ID、发票代码、发票号码、开票时间、PDF路径）。【问题1】（4分）将上述实体转化为3NF关系模式，并标出主键和外键。【答案】车位(车位IDPK,地址,类型,产权方FK→物业.物业ID,状态)车主(车主IDPK,姓名,身份证号UK,手机号,信用分)共享合约(合约号PK,车位IDFK→车位.车位ID,车主IDFK→车主.车主ID,起止时间,费用,状态)支付记录(支付IDPK,合约号FK→共享合约.合约号,支付时间,金额,渠道,发票状态)发票(发票IDPK,支付IDFK→支付记录.支付ID,发票代码,发票号码,开票时间,PDF路径)【问题2】（6分】平台要求“同一车位在同一时刻只能有一个已确认合约”。请在数据库层用“组合触发器+唯一索引”实现该约束，给出关键SQL（MySQL8.0语法）。【答案】```sql1.增加软删除标记ALTERTABLE共享合约ADDCOLUMN是否失效TINYINT(1)DEFAULT0;2.创建生成列，仅对未失效且已确认的合约计算重叠标识ALTERTABLE共享合约ADDCOLUMN重叠键VARCHAR(200)AS(CASEWHEN状态='已确认'AND是否失效=0THENCONCAT(车位ID,'|',起止时间)ELSENULLEND)STORED,ADDUNIQUEKEYuk_重叠键(重叠键);3.触发器：插入前检查时间重叠DELIMITER$$CREATETRIGGERtri_共享合约_时间重叠BEFOREINSERTON共享合约FOREACHROWBEGINIFNEW.状态='已确认'THENIFEXISTS(SELECT1FROM共享合约WHERE车位ID=NEW.车位IDAND状态='已确认'AND是否失效=0AND(起止时间>>'$.start')<(NEW.起止时间>>'$.end')AND(起止时间>>'$.end')>(NEW.起止时间>>'$.start'))THENSIGNALSQLSTATE'45000'SETMESSAGE_TEXT='时间重叠';ENDIF;ENDIF;END$$DELIMITER;```【问题3】（5分】信用分采用“滑动窗口”模型：过去365天内，每发生一次违约扣10分，每完成一次共享加1分，每日0点批量更新。信用分计算需扫描大表，性能敏感。请给出两种异构优化方案，并比较优劣。【答案】方案A：增量快照表建表信用分快照(车主IDPK,日期PK,当前分,违约次数,完成次数)每日0点跑批：INSERT…SELECT只计算昨日增量，JOIN快照取昨日当前分，再±分数。优点：查询当日信用分走索引，毫秒级；缺点：需额外存储365天快照，约1亿行。方案B：Redis滑动窗口+事件溯源用RedisZset，key=车主ID，score=事件时间戳，value=事件类型（违约/完成）。每日0点用ZREMRANGEBYSCORE剔除365天前事件，再ZRANGE统计违约次数。优点：内存级，实时更新；缺点：Redis宕机可能丢失窗口数据，需写回MySQL做冷备。综合：读多写少走A，写多读少走B；平台采用“双写”混合，核心服务读Redis，后台批核对MySQL。三、UML建模与面向对象设计3.阅读下列说明，回答问题1至问题3。【说明】“错峰共享”涉及自动匹配算法：当车主提交预约请求后，系统要在指定区域内找到“可共享车位”，并生成候选列表。候选排序策略包括：距离最近、价格最低、信用优先。策略可热插拔。【问题1】（4分】识别候选类：从说明中提取名词，筛选出4个候选类，并给出职责。【答案】1)预约请求：封装车牌、区域、时间、策略标识；2)可共享车位：封装车位ID、坐标、价格、产权方、状态；3)排序策略：接口，方法sort(List<可共享车位>)；4)匹配引擎：协调类，加载策略、执行过滤、返回候选列表。【问题2】（6分】画出匹配引擎的类图，要求体现策略模式、依赖注入，并标注多重度。【答案】```++++|匹配引擎|<>1|排序策略接口|++++|strategy||<<interface>>||+execute()||+sort(List)|++++|1△|||||1++|<>|距离最近策略||++|<>|价格最低策略||++|<>|信用优先策略||++|1++|可共享车位|++|车位ID||坐标||价格|++```多重度：匹配引擎与策略接口为1..1，匹配引擎与可共享车位为1..。【问题3】（5分】给出匹配引擎核心Java代码片段，要求使用Spring@Component注入策略，并支持运行时动态切换。【答案】```java@Componentpublicclass匹配引擎{privatefinalMap<String,排序策略接口>策略池;public匹配引擎(Map<String,排序策略接口>策略池){this.策略池=策略池;}publicList<可共享车位>执行匹配(预约请求req){排序策略接口strategy=策略池.get(req.get策略标识());if(strategy==null)thrownewIllegalArgumentException("策略不存在");List<可共享车位>candidates=加载候选(req);strategy.sort(candidates);returncandidates.stream().limit(5).collect(Collectors.toList());}}```运行时切换：前端传入策略标识字符串，如“distanceLowest”，Spring自动查找对应Bean。四、算法与数据结构4.阅读下列说明，回答问题1至问题3。【说明】“车位占用预测”需基于历史出入场记录，预测未来1小时各车位是否空闲。历史数据为流式事件：{车位ID,事件类型(进/出),时间戳}，每秒约5k条，存储于Kafka。【问题1】（4分】给出一种“滑动窗口+布隆过滤器”去重方案，防止同一事件被重复计算，说明误判影响及容忍度。【答案】布隆过滤器位数组长度2^24（16Mb），哈希函数7个，误判率≈0.8%。对每条事件取hash(车位ID+时间戳/300秒)作为key，300秒一个桶。误判影响：极少数事件被误判为“已处理”而丢弃，导致预测准确率下降<0.1%，业务可容忍。【问题2】（6分】采用“离散小波变换+DCT”压缩一周历史数据，再输入LSTM预测。请给出压缩流程，并证明误差上限。【答案】流程：1)按车位聚合，生成14407=10080点时间序列（每分钟采样，1表示占用，0表示空闲）；2)做三级Haar小波，保留最大k=256系数；3)对残差做8×8块DCT，量化步长q=2，zigzag取前10系数；4)反变换重建序列x̂。误差上限：小波部分能量保留率≥95%，DCT部分最大单点误差≤q√2=2.8，故整体序列平均绝对误差≤0.15，满足预测模型输入敏感度要求。【问题3】（5分】若采用“多任务学习”同时预测1000个车位的占用，请设计共享私有网络结构，并给出参数共享比例。【答案】共享层：3层TCN（时序卷积）+Attention，输出64维隐向量，参数量0.8M；私有层：每层车位一个MLP(64→32→1)，参数量1000×(64×32+32×1)=2.08M；共享比例=0.8/(0.8+2.08)=27.7%，既避免过拟合，又保留车位特异性。五、软件架构设计5.阅读下列说明，回答问题1至问题3。【说明】平台采用“微服务+事件驱动”架构：订单、支付、信用、通知四个服务。事件总线使用Kafka，要求“无业务侵入”的分布式事务，即不依赖Seata等框架。【问题1】（4分】给出“Saga编排型”事务定义，并写出“预约支付信用”三步的流程图节点。【答案】Saga：把长事务拆为若干本地事务，每个本地事务发布事件，下游消费并执行本地事务，失败时补偿。节点：1)订单服务：创建订单（本地事务）→发布“订单已创建”；2)支付服务：监听“订单已创建”→扣款→发布“支付成功”；3)信用服务：监听“支付成功”→加信用分→发布“信用已更新”；补偿：3′)信用服务失败→发布“信用更新失败”；2′)支付服务监听“信用更新失败”→退款→发布“支付已退款”；1′)订单服务监听“支付已退款”→关闭订单。【问题2】（6分】为防止“重复消费”导致扣款多次，支付服务需实现幂等。请给出“数据库唯一索引+状态机”双保险方案的关键SQL与Java伪代码。【答案】表：支付记录(支付IDPK,订单号UK,状态,金额,创建时间,更新时间)状态：INIT|SUCCESS|FAILSQL：```sqlINSERTINTO支付记录(支付ID,订单号,状态,金额)VALUES({支付ID},{订单号},'INIT',{金额})ONDUPLICATEKEYUPDATE状态=状态;```Java：```java@Transactionalpublicvoid处理支付(String订单号,BigDecimal金额){String支付ID=MD5(订单号);dao.insertIgnore(支付ID,订单号,金额);//利用UK冲突则返回0introw=dao.updateStateFromInitToSuccess(支付ID);//where状态='INIT'if(row==0){//已消费过log.warn("重复消费,支付ID={}",支付ID);return;}真正扣款(订单号,金额);}```双保险：即使Kafka重试，同一支付ID只能由INIT→SUCCESS一次。【问题3】（5分】信用服务每日需对账“加分明细”与“支付成功”事件，发现漏加即补偿。请给出“批流一体”对账架构，并说明如何做到“秒级延迟+日级校正”。【答案】架构：1)FlinkCEP实时消费“支付成功”流，在5秒窗口内关联“加分明细”流，未匹配输出到sideoutput；2)sideoutput写入Kafkatopic:delay，延迟检查30分钟，再次关联；3)每日0点Spark批任务扫描T1“支付成功”表与“加分明细”表全量leftjoin，发现漏加调用补偿接口。秒级延迟由Flink保证，日级校正由Spark保证，二者共用相同业务时间分区，避免口径差异。六、测试与质量保证6.阅读下列说明，回答问题1至问题3。【说明】“错峰共享”上线前需验证“高并发下不超卖”与“低信用用户被拒绝”两个场景。【问题1】（4分】给出“超卖”形式化定义，并设计一种“确定性”测试用例，使得在10万并发下必现超卖（若缺陷存在）。【答案】超卖定义：同一车位在同一分钟被两个及以上已确认合约引用。用例：1)初始化车位A状态=空闲；2)构造10万线程，同时提交预约A的请求，参数时间均为T~T+1h；3)使用原子计数器记录“已确认”合约数；4)断言计数器≤1，否则超卖。通过JMeter+KubernetesHPA弹性扩容，压测集群100Pod，每Pod1k线程，RTT<50ms，必现缺陷。【问题2】（6分】低信用场景需Mock征信中心，但真实环境网络延迟≥200ms。请给出“契约测试+TestDouble”方案，并写出Pact契约片段。【答案】契约测试：信用服务作为消费者，征信中心作为提供者。Pact片段：```json{"consumer":{"name":"creditservice"},"provider":{"name":"creditcenter"},"interaction