工程师岗位面试题库及系统设计案例分析含答案

2026年工程师岗位面试题库及系统设计案例分析含答案一、编程语言与数据结构（共5题，每题10分）1.题目：请用Python实现一个函数，输入一个正整数n，返回其二进制表示中1的个数。要求时间复杂度为O(1)。2.题目：给定一个包含重复元素的数组nums，请设计一个算法，找出数组中不重复的子数组数量。例如，nums=[1,2,1]，不重复的子数组有[1]、[2]、[1]、[1,2]、[2,1]、[1,2,1]，但[1,1]和[2,1,1]被忽略。3.题目：请用Java实现一个LRU（LeastRecentlyUsed）缓存，支持get和put操作。要求空间复杂度为O(n)，时间复杂度为O(1)。4.题目：给定一棵二叉树，请判断其是否为平衡二叉树。平衡二叉树是指任意节点的左右子树高度差不超过1。5.题目：请用C++实现快速排序算法，要求随机选择pivot以优化性能。二、数据库与SQL（共4题，每题10分）1.题目：假设有一个订单表orders（order_id,user_id,amount,order_time），请写SQL查询最近一个月内每个用户的总订单金额，并按金额降序排列。2.题目：请用SQL实现一个触发器，当向orders表插入新数据时，自动更新一个汇总表order_summary（user_id,total_amount），如果用户不存在则先插入该用户。3.题目：假设有一个学生表students（student_id,name,class_id）和班级表classes（class_id,class_name），请写SQL查询每个班级的学生人数，并排除空班级。4.题目：请设计一个分页查询的SQL语句，从orders表中查询第10页的数据（每页10条），要求使用limit和offset。三、系统设计（共3题，每题20分）1.题目：设计一个高并发的短链接生成系统。要求：-支持秒级过期。-高可用、高扩展。-输出短链接的URL需要包含随机字符（如62位base62编码）。2.题目：设计一个类似微博的实时消息推送系统。要求：-支持百万级用户。-消息按时间顺序推送。-支持离线推送（用户不在线时仍能收到消息）。3.题目：设计一个分布式限流系统。要求：-支持分钟级和秒级限流。-兼容突发流量。-提供可视化的流量监控。四、算法与数据结构（共3题，每题15分）1.题目：给定一个字符串s，请判断其是否为有效括号字符串（只包含()[]{}，且括号匹配）。例如，s="()"为真，s="(]"为假。2.题目：请设计一个算法，找出数组中第k大的元素。要求不排序，时间复杂度为O(n)。3.题目：给定一个链表，请反转其前n个节点。例如，链表为1->2->3->4->5，n=2，反转后为2->1->3->4->5。五、项目经验与场景题（共2题，每题25分）1.题目：假设你要重构一个电商平台的订单处理模块，该模块目前存在以下问题：-代码耦合度高。-数据库查询慢。-并发请求时订单状态易出错。请提出你的重构方案，并说明如何解决上述问题。2.题目：某公司需要建设一个秒杀系统，要求：-支持百万级用户同时抢购。-防止超卖和刷单。-系统响应时间控制在200ms内。请说明你的技术选型和实现思路。答案与解析一、编程语言与数据结构1.答案（Python）：pythondefcount_bits(n):returnbin(n).count('1')解析：二进制字符串中'1'的个数可以直接用bin(n)转换为二进制，再用count('1')统计。时间复杂度为O(1)，因为二进制位数与n的对数成正比。2.答案（Python）：pythondefcount_unique_subarrays(nums):fromcollectionsimportdefaultdictn=len(nums)count=0foriinrange(n):seen=set()forjinrange(i,n):ifnums[j]inseen:breakseen.add(nums[j])count+=1returncount解析：使用滑动窗口+集合去重。遍历所有子数组，用集合记录已出现的元素，若遇到重复则停止当前子数组遍历。时间复杂度为O(n²)，但实际测试中可优化至O(n²)，因集合操作平均时间复杂度为O(1)。3.答案（Java）：javaimportjava.util.HashMap;importjava.util.Map;classLRUCache{privateMap<Integer,Node>map;privateNodehead,tail;privateintcapacity;classNode{intkey,value;Nodeprev,next;Node(intkey,intvalue){this.key=key;this.value=value;}}publicLRUCache(intcapacity){this.capacity=capacity;map=newHashMap<>();head=newNode(0,0);tail=newNode(0,0);head.next=tail;tail.prev=head;}publicintget(intkey){if(map.containsKey(key)){Nodenode=map.get(key);moveToHead(node);returnnode.value;}return-1;}publicvoidput(intkey,intvalue){if(map.containsKey(key)){Nodenode=map.get(key);node.value=value;moveToHead(node);}else{Nodenode=newNode(key,value);map.put(key,node);addToHead(node);if(map.size()>capacity){NodetoRemove=tail.prev;removeNode(toRemove);map.remove(toRemove.key);}}}privatevoidmoveToHead(Nodenode){removeNode(node);addToHead(node);}privatevoidaddToHead(Nodenode){node.prev=head;node.next=head.next;head.next.prev=node;head.next=node;}privatevoidremoveNode(Nodenode){node.prev.next=node.next;node.next.prev=node.prev;}}解析：使用双向链表+哈希表实现LRU。链表头为最近使用节点，尾为最久未使用节点。get时移动节点至头部，put时若存在则更新并移动，否则新增并删除最久未使用节点。4.答案（Java）：javapublicclassTreeNode{intval;TreeNodeleft,right;TreeNode(intx){val=x;}}publicbooleanisBalanced(TreeNoderoot){returncheckHeight(root)!=-1;}privateintcheckHeight(TreeNodenode){if(node==null)return0;intleftHeight=checkHeight(node.left);if(leftHeight==-1)return-1;intrightHeight=checkHeight(node.right);if(rightHeight==-1||Math.abs(leftHeight-rightHeight)>1)return-1;returnMath.max(leftHeight,rightHeight)+1;}解析：递归检查每个节点的左右子树高度差。若任意节点不平衡，则整棵树不平衡，返回-1。否则返回高度。时间复杂度为O(n)。5.答案（C++）：cppinclude<vector>include<cstdlib>intpartition(std::vector<int>&nums,intleft,intright){intpivot=nums[rand()%(right-left+1)+left];inti=left,j=right;while(i<j){while(i<j&&nums[j]>=pivot)j--;if(i<j)nums[i++]=nums[j];while(i<j&&nums[i]<=pivot)i++;if(i<j)nums[j--]=nums[i];}nums[i]=pivot;returni;}voidquickSort(std::vector<int>&nums,intleft,intright){if(left<right){intpivotIdx=partition(nums,left,right);quickSort(nums,left,pivotIdx-1);quickSort(nums,pivotIdx+1,right);}}解析：随机选择pivot可优化性能，避免最坏情况（已排序数组）。partition函数将小于pivot的放左边，大于的放右边，返回pivot最终位置。递归排序左右子数组。二、数据库与SQL1.答案（SQL）：sqlSELECTuser_id,SUM(amount)AStotal_amountFROMordersWHEREorder_time>=DATE_SUB(NOW(),INTERVAL1MONTH)GROUPBYuser_idORDERBYtotal_amountDESC;解析：使用DATE_SUB计算最近一个月的时间范围，GROUPBY按用户分组，SUM计算总金额，ORDERBY降序排列。2.答案（SQL）：sqlDELIMITER//CREATETRIGGERafter_insert_orderAFTERINSERTONordersFOREACHROWBEGININSERTINTOorder_summary(user_id,total_amount)VALUES(NEW.user_id,NEW.amount)ONDUPLICATEKEYUPDATEtotal_amount=total_amount+NEW.amount;END//DELIMITER;解析：触发器在插入orders后执行，若order_summary中已存在该用户则更新金额，否则插入新记录。ONDUPLICATEKEY用于处理重复主键。3.答案（SQL）：sqlSELECTclasses.class_name,COUNT(students.student_id)ASstudent_countFROMclassesLEFTJOINstudentsONclasses.class_id=students.class_idGROUPBYclasses.class_idHAVINGCOUNT(students.student_id)>0;解析：LEFTJOIN确保空班级也参与统计，HAVINGCOUNT(students.student_id)>0排除空班级。4.答案（SQL）：sqlSELECTFROMordersLIMIT10OFFSET90;解析：limit10表示每页10条，offset90表示跳过前90条，即第10页数据。三、系统设计1.答案：方案：-使用Redis缓存短链接映射（short_id<->long_url）。-短链接使用62位base62编码（a-z,A-Z,0-9），支持随机生成。-过期逻辑在Redis中设置TTL（如5分钟）。-高可用：使用Redis集群，短链接服务部署多副本。架构图：用户请求->负载均衡器->短链接服务（查询Redis缓存）若缓存未命中：生成short_id->查询long_url->缓存映射->返回短链接2.答案：方案：-消息队列（Kafka/RabbitMQ）存储用户消息。-实时推送：WebSocket连接用户端。-离线推送：用户登录时查询未读消息。-超时未读：短信/邮件提醒。架构图：用户->WebSocket服务->消息队列->推送服务离线用户->消息队列->登录时同步消息3.答案：方案：-使用Redis/Zookeeper实现令牌桶算法。-每秒生成固定令牌，超限请求拒绝或排队。-流量监控：Prometheus+Grafana可视化。架构图：用户请求->限流服务（Redis计数）->业务服务监控：Prometheus采集限流数据->Grafana展示四、算法与数据结构1.答案（Python）：pythondefisValid(s):stack=[]mapping={')':'(','}':'{',']':'['}forcharins:ifcharinmapping.values():stack.append(char)elifcharinmapping:ifnotstackorstack.pop()!=mapping[char]:returnFalseelse:returnFalsereturnnotstack解析：用栈匹配括号，左括号入栈，右括号匹配栈顶，若匹配则弹出，否则无效。最后栈为空则有效。2.答案（Java）：javaimportjava.util.PriorityQueue;publicintfindKthLargest(int[]nums,intk){PriorityQueue<Integer>minHeap=newPriorityQueue<>(k);for(intnum:nums){if(minHeap.size()<k){minHeap.offer(num);}elseif(num>minHeap.peek()){minHeap.poll();minHeap.offer(num);}}returnminHeap.peek();}解析：维护一个大小为k的最小堆，遍历数组，新元素大于堆顶则替换。最后堆顶为第k大元素。3.答案（Python）：pythondefreverseList(head,