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TinyWebSever项目面试题整理

1.为什么要做这样一个项目？

满足高并发和高性能需求：现代Web应用面对大量用户，Web服务器需要高效处理并发连接。比如通过线程池、非阻塞I/O、事件驱动机制（如epoll），Web服务器可以有效管理成千上万的并发请求，确保服务不会因高流量而崩溃或变慢。
理解网络编程：通过使用线程池、非阻塞socket、epoll等技术，项目可以帮助熟悉Linux下的网络编程模型，深入理解如何处理并发连接、如何进行事件驱动的网络通信等核心技术。
实践HTTP协议和Web服务器：构建一个能够解析HTTP请求并进行响应的Web服务器，有助于理解HTTP协议的工作原理，学会如何处理GET和POST请求，增强对Web服务端架构的理解。
提升系统优化意识：通过进行性能测试和优化（例如使用Webbench测试并发性能），这个项目还帮助你了解系统性能瓶颈、提升程序的效率、理解并实现高效的并发模型。

2.手写一下线程池

#include <iostream>
#include <vector>
#include <queue>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <functional>
#include <future>
#include <atomic>class ThreadPool {
public:// 构造函数：创建线程并启动线程池ThreadPool(size_t threads) : stop(false) {for (size_t i = 0; i < threads; ++i) {workers.emplace_back([this] {while (true) {std::function<void()> task;{std::unique_lock<std::mutex> lock(this->queue_mutex);// 等待任务队列中有任务，或者停止信号this->condition.wait(lock, [this] {return this->stop || !this->tasks.empty();});if (this->stop && this->tasks.empty()) {return; // 线程退出}// 从任务队列中取出一个任务task = std::move(this->tasks.front());this->tasks.pop();}// 执行任务task();}});}}// 向线程池添加新任务template <class F, class... Args>auto enqueue(F&& f, Args&&... args) -> std::future<typename std::result_of<F(Args...)>::type> {using return_type = typename std::result_of<F(Args...)>::type;// 打包任务，保存到shared_ptr中auto task = std::make_shared<std::packaged_task<return_type()>>(std::bind(std::forward<F>(f), std::forward<Args>(args)...));std::future<return_type> res = task->get_future();{std::unique_lock<std::mutex> lock(queue_mutex);// 禁止在停止线程池后添加任务if (stop) {throw std::runtime_error("enqueue on stopped ThreadPool");}// 将任务添加到队列tasks.emplace([task]() { (*task)(); });}// 通知一个线程有任务可以执行condition.notify_one();return res;}// 析构函数：等待所有线程完成任务后关闭~ThreadPool() {{std::unique_lock<std::mutex> lock(queue_mutex);stop = true;}condition.notify_all();for (std::thread& worker : workers) {worker.join(); // 等待线程结束}}private:std::vector<std::thread> workers;              // 工作线程std::queue<std::function<void()>> tasks;       // 任务队列std::mutex queue_mutex;                        // 任务队列互斥锁std::condition_variable condition;             // 条件变量，用于任务调度std::atomic<bool> stop;                        // 停止标志
};int main() {// 创建一个线程池，包含4个工作线程ThreadPool pool(4);// 向线程池添加一些任务并获取结果auto result1 = pool.enqueue([] { return "Hello, "; });auto result2 = pool.enqueue([](const std::string& name) { return name + "World!"; }, "C++ ");// 输出任务结果std::cout << result1.get() << result2.get() << std::endl;return 0;
}

3. 线程的同步机制有哪些？

线程同步机制用于在多线程环境中协调线程的执行，避免数据竞争和资源冲突。常见的线程同步机制有以下几种：

1. 互斥锁（Mutex）

场景： 当多个线程需要安全地修改共享数据时，比如线程要同时操作一个变量、写日志、或者修改数据结构。
特点： 互斥锁就像一个房间的钥匙，只有拿到钥匙的人能进房间修改里面的东西，别人必须等他出来并把钥匙还回去。这种方式确保只有一个线程在修改资源，其他线程必须排队。
适合场景： 适用于简单的“谁进了房间谁就不能让别人进”的场景，比如银行柜台，只有一个人能处理事情，其他人要排队。

2. 读写锁（Read-Write Lock）

场景： 当多个线程需要读取数据，但只有少数线程需要写数据时，比如你有一个资源，大多数线程只是查看它，只有少数线程需要修改它。
特点： 读写锁像图书馆：多个读者（线程）可以同时看书（读取数据），但是一旦有人需要改书（写数据），其他读者必须等这个人改完再看。这种机制允许并发读，减少锁的开销。
适合场景： 适用于“读多写少”的场景，比如在线图书馆，很多人看书，但只有管理员会更新书。

3. 条件变量（Condition Variable）

场景： 适用于某个线程必须等一个条件满足后才能继续工作，比如一个线程在等另一个线程完成任务。
特点： 条件变量就像开会时等老板发言的场景。线程们在“会议室”里等条件满足（比如任务队列有新任务），一旦条件满足了，其他线程被通知并开始工作。
适合场景： 用于生产者-消费者模型，比如有一个任务队列，消费者线程只有在有新任务时才能干活。

4. 信号量（Semaphore）

场景： 控制资源的访问数量，比如限制某个资源同时只能有固定数量的线程使用（比如数据库连接池）。
特点： 信号量就像停车场的闸机，只允许有限数量的车（线程）进入。停车场满了，其他车只能在外面等。有时可以允许多个线程同时访问，但有上限。
适合场景： 适用于控制资源访问数量的场景，比如一个数据库有5个连接池，你只允许最多5个线程同时连接数据库。

5. 自旋锁（Spinlock）

场景： 当锁的等待时间非常短时，比如线程很快就能拿到锁的情况。
特点： 自旋锁像排队等公交车，如果你知道车马上就到，你可能就会站着等，而不会坐下休息（线程不会睡眠，而是不断检查锁是否可用）。它适用于等待时间非常短的场景，因为忙等很浪费资源。
适合场景： 适合非常短时间的临界区，适合多核处理器上多个线程竞争时，开销低于传统的互斥锁。

6. 屏障（Barrier）

场景： 当你有多个线程需要等到所有线程都完成某个阶段后才能继续执行。
特点： 屏障就像体育比赛中，大家必须等所有人到达终点后，才能宣布比赛结束并继续下一项活动。如果你有10个线程，只有当所有线程都执行到某个位置时，大家才继续下一步。
适合场景： 适用于“分阶段”任务，比如多个线程计算一个大任务的不同部分，每部分完成后要同步结果。

7. 原子操作（Atomic Operation）

场景： 适用于对单个变量的简单操作，比如加减计数器。
特点： 原子操作像你一个人占用某个资源，不需要锁和钥匙。这种操作非常简单和快速，不需要锁定整个临界区。
适合场景： 适用于非常轻量的操作，比如多线程增加一个计数器。

8. Future 和 Promise

场景： 用于在线程间传递结果，一个线程做完某个任务并把结果传递给另一个线程。
特点： Future就像点外卖，你下单后可以拿到一个“订单号”（Future对象），当外卖送达（任务完成）时，你就可以用订单号取餐（获得任务结果）。
适合场景： 适用于异步任务处理，特别是当你希望一个线程在另一个线程执行完后得到结果。

9. 任务队列（Task Queue）

场景： 适用于多个线程需要处理一系列任务的场景，任务被生产者线程创建，消费者线程执行任务。
特点： 任务队列像流水线：生产者不断把任务放到队列里，消费者从队列里拿任务来做。使用条件变量或互斥锁来同步任务的生产和消费。
适合场景： 适用于生产者-消费者模型，比如线程池中，线程从任务队列中取任务执行。