抖音客户端一面

news2024/11/26 3:25:50

C++ | 字节抖音客户端一面

Http握手过程

1. 客户端问候(Client Hello)

客户端向服务器发送一个“问候”消息，其中包含客户端支持的SSL/TLS版本、加密算法、压缩方法以及一个随机数。

  • version 版本号,https也有版本号哦TLS 1.0、TLS 1.1、TLS 1.2等等

  • random 随机数，用来以后计算对称加密key

    最后加密数据用的主密钥，需要客户端和服务端一起协商出来。后面服务端的 Server Hello 阶段也会生成一个随机数。一同用来计算出主密钥。

  • Session ID 保存会话的标识

    这个 Session ID 是可以重用的，具体看服务端资源和支持情况。如果要复用 Session ID， SSL 服务端需要维护连接的状态和上次握手成功留下的加密信息。如果是第一次访问该网址，会话 ID 尚未创建，客户端没记录，为 0。如果客户端保存了 Session ID 的信息，下次发起 SSL 请求的时候会带上。

  • Cipher Suites 说明客户端支持的加密方式，如上说明支持16种加密方式。

    客户端可以支持的密码套件列表。这些套件会根据优先级排序。每一个套件代表一个密钥规格。以 “TLS” 开头，接着是密钥交换算法，然后用 “WITH” 连接加密算法和认证算法。一个加密套件有这么几个内容：密钥交换算法、加密算法（会带有支持的最高密钥位数）、认证算法还有加密方式。最终使用什么密码套件是服务端决定的。要什么密码套件会在 Server Hello 中进行反馈。

  • 压缩算法

    这里为 0，说明不支持压缩算法

在这里插入图片描述

2. 服务器问候(Server Hello)

服务器响应客户端的“问候”消息，选择一个双方都支持的SSL/TLS版本、加密算法和压缩方法，并生成一个随机数，同时将其发送给客户端。

  • random 随机数

    和客户端的随机数两个随机数将参与主密钥（master key）的创建。

  • 压缩方法

    这里为 0，表示不使用压缩算法

在这里插入图片描述

3. 服务器证书(Server Certificate)

服务器将自己的数字证书发送给客户端。这个证书由受信任的第三方（如CA机构）签发，包含服务器的公钥和服务器身份信息。客户端使用内置的根证书列表来验证服务器证书的合法性和有效性。

  • 版本

    对应的就是 X.509 V3 标准

  • 序列号

    serialNumber，证书颁发者唯一序列号。

  • 签名算法ID

    这里指的是使用 SHA-256 进行摘要，RSA 进行加密的签名算法。

  • 证书颁发者

    issuer，就是颁发该证书的 CA 的信息。里面携带后该 CA 的唯一名称（DN，Distinguished Name），比如国家为 US（美国），组织机构为 DigiCert Inc.，名称为 GeoTrust CN RSA CA G1。后面我们需要从证书链找到该 CA 证书（具体方法：在其他证书的subject字段查找国家、组织机构、名称），去认证当前证书

  • 有效期

    validity，证书的起始时间和终止时间

  • 对象公钥信息

    subjectPublicKeyInfo。因为这是服务端证书，这个公钥后面将用于主密钥的交换过程，从中可以了解到这个公钥采用 RSA 加密

然后是证书颁发机构的签名信息：

  • 签名算法

    algorithmIdentifier，这里得出使用的还是 SHA-256 摘要加 RSA 加密的签名算法。这个就是认证该证书的 CA 证书使用的签名算法。

  • 签名信息

    encrypted，这个信息的内容，CA 证书对 SHA-256 对上面的数据部分进行摘要后，使用 RSA 的私钥加密获得。后面会用在该证书的认证过程，取出 CA 证书的公钥，解密签名信息，用同样的算法获取数据摘要，对比一下是否相同。

4. 服务器密钥交换(Server Key Exchange)

密钥交换阶段，这个步骤是可选步骤，对 Certificate 阶段的补充，只有在这几个场景存在：

  • 协商采用了 RSA 加密，但是服务端证书没有提供 RSA 公钥。

  • 协商采用了 DH（EC Diffie-Hellman） 加密，但是服务端证书没有提供 DH 参数。

  • 协商采用 fortezza_kea 加密，但是服务端证书没有提供参数。

5. 服务器完成(Server Hello Done)

服务器表示问候阶段已经完成，等待客户端的响应。

6. 客户端密钥交换(Client Key Exchange)

这里，客户端不直接生成加密密钥，而是通过之前客户端和服务端生成的随机数又再生成一个随机数，使用前面协商好的用 EC Diffie-Hellman 算法进行加密传输给服务端。这个值又被称为 “premaster secret“。

服务端收到这个报文后，会使用自己的私钥解开这个随机数。在这个阶段过后，服务端和客户端都有三个随机数：客户端随机数、服务端随机数和预备主密钥。在服务端收到了 Client Key Exchange 消息后，两端都按照相应的算法生成了主密钥，加密密钥交换完成。交换完了，因为主密钥是两个端按照约定好的算法产生的，如何保证这个主密钥是正确的？这时候会进入下一个阶段。客户端和服务端会对握手信息使用 SHA 做个摘要，用 AES 加密算法和主密钥加密，传递给对方验证。

7. 客户端完成(Client Finished)

客户端通知服务端，后续的报文将会被加密

8. 服务器完成(Server Finished)

服务器也发送一条加密消息，表示它已经完成了密钥交换和会话密钥的生成。

9. 加密通信开始

此时，客户端和服务器都已经生成了相同的会话密钥，接下来的通信将使用会话密钥进行对称加密，以确保数据传输的保密性和完整性。

Https能否防住DNS攻击

DNS攻击是指针对DNS系统的各种攻击手段，包括但不限于：

  • DNS缓存污染（DNS Cache Poisoning）：攻击者向DNS缓存服务器注入虚假的DNS记录，使用户访问错误的IP地址。
  • DNS劫持（DNS Hijacking）：攻击者通过篡改DNS解析过程，将用户引导到恶意网站。
  • 中间人攻击（Man-in-the-Middle Attack）：攻击者在客户端和DNS服务器之间拦截并篡改DNS请求和响应。
HTTPS的保护范围

HTTPS通过加密传输数据，确保数据在客户端和服务器之间传输时不会被窃听或篡改。具体来说，它可以保护以下内容：

  • 数据加密：防止数据在传输过程中被窃听。
  • 数据完整性：防止数据在传输过程中被篡改。
  • 身份验证：通过数字证书验证服务器的身份，确保客户端连接到的是合法服务器。

虽然HTTPS能保护数据传输的安全，但在DNS解析过程中，HTTPS并不能直接防止DNS攻击。因为在建立HTTPS连接之前，客户端需要通过DNS解析来获取服务器的IP地址，如果DNS解析过程被攻击者篡改，用户可能会连接到错误的服务器。

什么是拥塞控制

主机A                                                 主机C
     ------路由器A------> 路由器B------路由器C---------> 
主机B                                                 主机D

前提条件：有限的链路缓存
链路容量是 R

当分组的到达路由器C被丢弃的时候，那么上游路由器A-C之间的路由器的传输容量都被浪费掉了。

如果网络发生拥塞，将会导致我们会重传不需要重传的分组，导致恶性循环，或者由于丢失导致上游路由器带宽的浪费，所有拥塞控制的目的就是：

最大限度的利用带宽，传输有效的数据。

拥塞控制算法需要解决以下三个问题

TCP如何限制数据的发送速率(拥塞窗口机制cwnd)；
TCP如何检测网络中是否拥塞（轻微拥塞，拥塞）；
TCP采用什么算法来调整速率（什么时候调整，调整多少，轻微拥塞如何调整，拥塞如何调整）。
拥塞控制检测的方法
端到端的拥塞控制：
    在这种拥塞控制方法中，由发送端自己来判断是否拥塞，然后调整传输速率；
    对于TCP发送方来说，没有一个精确的方法知晓路由器的中间状态，没有一个明确的信号告知拥塞已经发生，典型的TCP推断是否拥塞，通常看是否有丢包的情况发生。
    为什么会丢包？
        中间路由器缓存溢出导致丢包。
        段所在的分组，分组所在的帧出现bit反转，出错导致校验未通过丢包。
    针对以上两种情况需要澄清一个问题就是，无线网以前出错导致的丢包远远小于溢出导致的丢包，可以忽略不记。

拥塞控制的主要方法

拥塞控制机制通常分为端到端控制和网络辅助控制两大类。

端到端控制方法
  1. TCP 拥塞控制：
    • 慢启动（Slow Start）：发送方开始时发送数据的速率较低，然后逐步增加发送速率，直到检测到网络拥塞。
    • 拥塞避免（Congestion Avoidance）：在检测到拥塞信号（如数据包丢失或延迟增加）后，发送方会降低发送速率，然后再缓慢增加，避免再次发生拥塞。
    • 快速重传（Fast Retransmit）和快速恢复（Fast Recovery）：在检测到数据包丢失时，发送方会立即重传丢失的数据包，并进入快速恢复阶段，在此阶段会减少发送速率以防止拥塞恶化。
  2. 流量控制：确保发送方不会向接收方发送超过其处理能力的数据量。流量控制通常通过滑动窗口协议来实现。
网络辅助控制方法
  1. 主动队列管理（Active Queue Management, AQM）：
    • RED（Random Early Detection）：在队列达到某个阈值时，随机丢弃部分数据包，以提醒发送方减缓发送速率。
    • ECN（Explicit Congestion Notification）：通过在数据包头部标记拥塞通知，让发送方知道网络中存在拥塞，从而调整发送速率。
  2. 流量整形（Traffic Shaping）：控制数据发送的时间和速率，使得数据流平稳，避免突发流量导致拥塞。

死锁的条件

1. 互斥条件（Mutual Exclusion）

资源在某个时刻只能被一个进程占用。如果某个资源已经被一个进程占用了，其他进程必须等待，直到该资源被释放。这意味着资源不能被多个进程共享。

2. 请求和保持条件（Hold and Wait）

一个进程已经持有至少一个资源，同时又请求新的资源，而新的资源已经被其他进程占有，此时该进程会被阻塞，但它对自己已持有的资源保持不放。

3. 不可剥夺条件（No Preemption）

资源不能被强行从一个进程中夺走，只有该进程自己才能在完成任务后自愿释放所占有的资源。

4. 环路等待条件（Circular Wait）

在系统中存在一个进程集合{P1,P2,…,Pn}，其中P1等待P2占有的资源，P2等待P3占有的资源，……，Pn等待P1占有的资源，从而形成一个环状的等待关系。

static变量存储在哪里

在这里插入图片描述

static变量存储在全局数据区（Data Segment），具体来说，它们位于以下两种区域之一：

  1. 静态/全局数据区（Data Segment）：这是程序的数据段，专门存储初始化的全局变量和静态变量。这部分内存由操作系统在程序加载时分配，并在程序运行期间一直存在。
  2. BSS段（Block Started by Symbol Segment）：这部分内存用于存储未初始化的全局变量和静态变量。虽然这部分变量在编译过程中没有显式初始化，但在程序开始执行时会被操作系统初始化为0。

进程和线程的区别

本质区别：

进程是资源分配的基本单位，线程是CPU调度的基本单位

  1. 定义和结构：
    • 进程：进程是程序的一个实例，它在其自己的地址空间中运行。每个进程至少包含一个线程（主线程），并拥有自己的虚拟内存、系统资源和独立的执行环境。进程之间互相隔离，一个进程的崩溃通常不会影响到其他进程。
    • 线程：线程是进程中的执行单元。一个进程可以包含多个线程，它们共享父进程的地址空间和资源，如内存和文件句柄等。线程主要用于实现任务的并行执行。
  2. 资源共享：
    • 进程：进程之间不共享内存或资源，除非通过进程间通信（IPC）机制显式共享，如套接字、信号量、共享内存等。
    • 线程：同一进程内的线程共享内存和资源，这使得线程间的数据交换和通信更为容易和快速，但也需要注意同步和互斥问题，以避免竞态条件和死锁。
  3. 开销和性能：
    • 进程：创建和管理进程的开销相对较大，因为每个进程需要独立的地址空间和系统资源。进程切换涉及更多的时间和资源，如保存和加载不同进程的上下文。
    • 线程：线程的创建和切换开销较小，因为它们共享相同的环境和资源。线程间的切换只需要较少的资源重新配置。
  4. 通信方式：
    • 进程：进程间通信需要特定的机制，如管道、消息队列、共享内存等，这些机制通常涉及更复杂的设置和管理。
    • 线程：由于线程共享同一内存空间，它们可以直接通过读写同一内存区域来进行通信，但这要求程序正确地处理同步问题，以防数据不一致。

继承是否会破坏封装

个人理解。一般而言，继承是不会破坏封装的。继承的本意是为了增强代码的复用性和组织性。只要使用正常的访问控制修饰符public, private和protected就不会破坏封装。

了解的设计模式

LRU算法：设定Cache大小 + 过期时间

见LeetCode 146。相比于原题多了设定过期时间，逻辑是一样的，只需要掌握对应语言的设定时间戳的API，即可。此题在大厂秋招的话难度还可能继续进阶，比如实现线程安全。此时需要加锁，但是直接对哈希表加锁的话粒度太大，所以需要分桶。然后继续加难度，如何实现高并发，此时需要异步，对应到C++就是std::async，可以直接调用API或者手写（太花时间且难度有点高了）。

#include <iostream>
#include <unordered_map>
#include <chrono>
#include <thread>


class Node {
public:
	int key, val;
	std::chrono::time_point<std::chrono::steady_clock> timestamp;
	Node *prev = nullptr, *next = nullptr;
	Node (int k = 0, int v = 0): key(k), val(v), timestamp(std::chrono::steady_clock::now()){ }
};

class LRUCache {
public:
	LRUCache(int capacity, int ttl): capacity(capacity), ttl(ttl) {
		dummy = new Node();
		dummy->prev = dummy;
		dummy->next = dummy;
	}

	int get(int key) {
		auto node = getNode(key);
		if (node == nullptr) {
			return -1;
		}
		return node->val;
	}
	
	void put(int key, int value) {
		auto node = getNode(key);
		if (node != nullptr) {
			node->val = value;
			node->timestamp = std::chrono::steady_clock::now();
			return;
		}

		node = new Node(key, value);
		keyToNode[key] = node;
		pushToFront(node);
		if (keyToNode.size() > this->capacity) {
			auto last = dummy->prev;
			keyToNode.erase(last->key);
			remove(last);
			delete last;
		}

		return;
	}

private:
	int capacity;
	std::chrono::seconds ttl;
	std::unordered_map<int, Node*> keyToNode;
	Node *dummy;

	void remove(Node *x) {
		if (x != nullptr) {
			x->prev->next = x->next;
			x->next->prev = x->prev;
		}
	}

	void pushToFront(Node *x) {
		if (x != nullptr) {
			x->prev = dummy;
			x->next = dummy->next;
			x->prev->next = x;
			x->next->prev = x;
		}
	}

	Node* getNode(int key) {
		auto it = keyToNode.find(key);
		if (it == keyToNode.end()) {
			return nullptr;
		}
		auto node = it->second;

		if (std::chrono::steady_clock::now() - node->timestamp > ttl) {
			remove(node);
			keyToNode.erase(it);
			delete node;
			return nullptr;
		}

		node->timestamp = std::chrono::steady_clock::now();
		remove(node);
		pushToFront(node);
		
		return node;
	}
};

int main() {
	using namespace std;
	LRUCache* cache = new LRUCache(2, 5); 


	cout << "Test Case 1:" << endl;
	cache->put(1, 1);
	cache->put(2, 2);
	cout << "Get 1: " << cache->get(1) << " (Expected: 1)" << endl; 
	cache->put(3, 3);
	cout << "Get 2: " << cache->get(2) << " (Expected: -1)" << endl; 
	cache->put(4, 4);
	cout << "Get 1: " << cache->get(1) << " (Expected: -1)" << endl; 
	cout << "Get 3: " << cache->get(3) << " (Expected: 3)" << endl; 
	cout << "Get 4: " << cache->get(4) << " (Expected: 4)" << endl; 


	cout << "Test Case 2:" << endl;
	cache->put(5, 5);
	cout << "Get 3: " << cache->get(3) << " (Expected: -1)" << endl; 
	cout << "Get 4: " << cache->get(4) << " (Expected: 4)" << endl; 
	cout << "Get 5: " << cache->get(5) << " (Expected: 5)" << endl; 


	std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(6)); 
	cout << "Get 4 after TTL expiration: " << cache->get(4) << " (Expected: -1)" << endl; 

	delete cache;
	return 0;
}

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