高级工程师面试题集与解析

2026年高级工程师面试题集与解析一、编程与算法题（共5题，每题10分，总分50分）1.题目：给定一个字符串`s`，其中包含字母、数字和特殊字符，请编写一个函数，统计其中字母和数字的总数，并按字母优先、数字次序的规则进行排序，返回排序后的字符串。例如，输入`s="a1b2c3!@#d4"`，输出应为`"abcd123"`。2.题目：实现一个LRU（最近最少使用）缓存，支持`get`和`put`操作。缓存容量为`capacity`，当缓存满时，需要淘汰最久未使用的元素。请用Python或Java实现，并说明时间复杂度。3.题目：给定一个链表，判断其是否为回文链表。例如，输入`1->2->2->1`，返回`True`；输入`1->2->3`，返回`False`。请不使用额外空间实现。4.题目：设计一个无重复字符的最长子串查找函数，输入`s="abcabcbb"`，返回`"abc"`（长度为3）。要求时间复杂度为O(n)。5.题目：实现二叉树的层序遍历（按从上到下、从左到右的顺序），例如输入`[3,9,20,null,null,15,7]`，输出`[[3],[9,20],[15,7]]`。请用递归或迭代方式实现。答案与解析1.答案：pythondefsort_letters_numbers(s):letters=[cforcinsifc.isalpha()]digits=[cforcinsifc.isdigit()]return''.join(letters+digits)解析：-列表推导式分别提取字母和数字，然后合并。字母优先是因为先遍历字母字符，数字次序是因为数字字符在提取时按顺序排列。-时间复杂度：O(n)，其中n为字符串长度。2.答案（Python实现）：pythonclassLRUCache:def__init__(self,capacity:int):self.capacity=capacityself.cache={}self.order=[]defget(self,key:int)->int:ifkeyinself.cache:self.order.remove(key)self.order.append(key)returnself.cache[key]return-1defput(self,key:int,value:int)->None:ifkeyinself.cache:self.order.remove(key)eliflen(self.cache)==self.capacity:oldest=self.order.pop(0)delself.cache[oldest]self.cache[key]=valueself.order.append(key)解析：-使用哈希表`cache`存储键值对，`order`列表记录访问顺序。-`get`时移动元素到末尾，`put`时先删除最久未使用元素（如果已满）。-时间复杂度：`get`和`put`均为O(1)。3.答案（Python实现）：pythonclassListNode:def__init__(self,val=0,next=None):self.val=valself.next=nextdefisPalindrome(head:ListNode)->bool:slow,fast=head,headstack=[]whilefastandfast.next:stack.append(slow.val)slow=slow.nextfast=fast.next.nextiffast:slow=slow.nextwhileslow:ifslow.val!=stack.pop():returnFalseslow=slow.nextreturnTrue解析：-使用快慢指针找到中点，前半部分入栈，后半部分与栈对比。-时间复杂度：O(n)，空间复杂度：O(n/2)。4.答案（Python实现）：pythondeflength_of_longest_substring(s:str)->int:char_set=set()left=0max_len=0forrightinrange(len(s)):whiles[right]inchar_set:char_set.remove(s[left])left+=1char_set.add(s[right])max_len=max(max_len,right-left+1)returnmax_len解析：-滑动窗口技术，`left`和`right`移动维护无重复子串。-时间复杂度：O(n)，空间复杂度：O(min(m,n))，m为字符集大小。5.答案（Python实现）：pythondeflevelOrder(root):ifnotroot:return[]result,queue=[],[root]whilequeue:level=[]for_inrange(len(queue)):node=queue.pop(0)level.append(node.val)ifnode.left:queue.append(node.left)ifnode.right:queue.append(node.right)result.append(level)returnresult解析：-迭代方式，每次处理一层的节点，将子节点加入队列。-时间复杂度：O(n)，空间复杂度：O(n)。二、系统设计题（共3题，每题15分，总分45分）1.题目：设计一个高并发的短链接系统，要求：-支持每天生成数百万个短链接。-链接长度为6位（例如`a1b2c3`），使用字母和数字组合。-支持快速跳转（将短链接解析为原始URL）。2.题目：设计一个分布式限流系统，要求：-支持全局限流（例如每秒不超过1000个请求）。-高可用，单个节点故障不影响整体。-可配置不同资源（如API、用户）的限流策略。3.题目：设计一个实时消息推送系统，要求：-支持百万级用户，消息可分类推送（如订单通知、系统公告）。-消息可靠性保证，未送达需重试。-低延迟，消息发送后100ms内到达客户端。答案与解析1.答案：核心方案：-使用自增ID映射到短链接，采用哈希算法（如base62）压缩。-缓存层（Redis）加速短链接解析。伪代码：pythondefgenerate_short_link(id):chars="abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789"base=len(chars)short_link=""whileid:id,rem=divmod(id,base)short_link=chars[rem]+short_linkreturnshort_link.zfill(6)defresolve_short_link(short_link):returnredis.get(short_link)ordatabase_query(short_link)解析：-ID自增确保唯一性，base62编码减少长度。-Redis缓存热点短链接，数据库存储全部映射。2.答案：核心方案：-使用Redis分布式锁+过期时间实现令牌桶算法。-节点间共享配置，通过配置中心动态调整。伪代码：pythondefis_allowed(user_id,resource):lock_key=f"rate_limit:{resource}:{user_id}"withredis.lock(lock_key,timeout=1):current_count=redis.incr(lock_key)ifcurrent_count>config[resource]["limit"]:returnFalseredis.expire(lock_key,config[resource]["interval"])returnTrue解析：-令牌桶算法动态控制流量，Redis锁保证原子性。-配置中心支持多资源独立限流。3.答案：核心方案：-消息队列（Kafka）解耦生产者与消费者。-用户订阅中心维护分类消息，推送服务异步触达客户端。伪代码：python消息生产defsend_message(user_id,category,message):kafka_producer.send(f"messages-{category}",json.dumps({user_id:message}))消息消费defconsume_messages():formsginkafka_consumer:user_id,content=json.loads(msg)push_to_client(user_id,content)推送服务defpush_to_client(user_id,content):WebSocket或APNS等推送pass解析：-Kafka保证高吞吐和可靠性，分类订阅支持精准推送。-异步推送避免阻塞主服务。三、数据库与存储题（共3题，每题15分，总分45分）1.题目：设计一个电商订单表，包含订单号、用户ID、商品列表（JSON格式）、订单状态、创建时间等字段。要求：-支持高效查询同一用户的订单。-支持按订单状态和创建时间分页查询。-订单商品列表变更时，需保证数据一致性。2.题目：解释数据库中的“聚簇索引”和“非聚簇索引”的区别，并说明在什么场景下选择哪种索引。3.题目：设计一个高可用存储方案，要求：-支持多地域备份，数据丢失概率低于0.01%。-支持冷热数据分层存储（热数据SSD，冷数据HDD）。-数据写入延迟低于5ms。答案与解析1.答案：表结构：sqlCREATETABLEorders(order_idBIGINTPRIMARYKEYAUTO_INCREMENT,user_idBIGINT,statusENUM('pending','paid','shipped','completed','cancelled'),created_atTIMESTAMPDEFAULTCURRENT_TIMESTAMP,productsJSON);索引设计：sqlCREATEINDEXidx_user_idONorders(user_id);CREATEINDEXidx_status_created_atONorders(status,created_at);一致性保证：-使用事务包裹订单创建和商品变更，JSON更新前先锁定订单行。-Redis缓存热点用户订单，通过发布订阅机制同步变更。2.答案：聚簇索引：-数据行物理存储顺序与索引顺序一致（如MySQLInnoDB的聚集索引）。-适合高频查询的列（如主键）。非聚簇索引：-索引存储键值和指向数据行的指针（如MySQLMyISAM）。-适合多列组合查询。场景选择：-聚簇索引：订单号作为主键，直接加速查询。-非聚簇索引：按用户ID+状态查询时，创建额外索引。3.答案：架构方案：-主从复制+异地多活（如阿里云DBS）。-OSS分层存储（热数据OSSStandard，冷数据OSSArchive）。伪代码：sql--主库写入@app.route("/order",methods=["POST"])defcreate_order():db.write(order_data)oss.put_object("hot-bucket",order_data)oss.put_object("cold-bucket",order_data,storage_class="Archive")--查询时自动路由defquery_order(order_id):data=db.read(order_id)ifnotdata:data=oss.get_object("hot-bucket",order_id)ifnotdata:data=oss.get_object("cold-bucket",order_id,storage_class="Archive")returndata解析：-多地域复制保证数据冗余，分层存储降低成本。-主库写入时同步到OSS，查询时按层级顺序访问。四、网络与安全题（共3题，每题15分，总分45分）1.题目：解释TCP的三次握手过程，并说明为什么不能省略任何一次握手。2.题目：设计一个DDoS防护方案，要求：-支持IP黑白名单。-可自动识别并限流异常流量。-低误伤率，正常用户访问不受影响。3.题目：解释TLS握手过程，并说明如何防止中间人攻击。答案与解析1.答案：三次握手：1.客户端发送SYN=1，随机数seq，等待服务器确认。2.服务器回复SYN=1,ACK=seq+1，随机数ack，客户端确认。3.客户端回复ACK=ack+1，完成连接建立。必要性：-第一次握手防止服务器重放旧连接。-第二次握手防止客户端重放旧连接。-第三次握手确保双方时钟同步。2.答案：方案：-WAF+云防火墙（如腾讯云CC攻击防护）。-流量清洗中心（如阿里云ASG）。策略：pythondefdetect_ddos(ip,request_count):ifipinblacklist:block_ip(ip)elifipnotinwhitelist:ifrequest_count>config["threshold"]:limit_rate(ip)解析：-基于频率和地理位置识别异常，动态调整限流阈值。-误伤优化：优先检查HTTPS请求中的User-Agent等特征。3.答案：TLS握手：1.客户端发送ClientHello（协议版本、证书请求等）。2.服务器回复ServerHello（协商版本、证书、密钥交换）。3.客户端验证证书，生成预主密钥，发送ClientKeyExchange。4.服务器解密并生成预主密钥，完成握手。防中间人：-验证证书颁发机构（CA）有效性。-使用HTTPS，客户端拒绝自签名证书。五、分布式与中间件题（共3题，每题15分，总分45分）1.题目：解释C