如何设计一个消息队列?

面试题

如果让你写一个消息队列,该如何进行架构设计?说一下你的思路。

面试官心理分析

其实聊到这个问题,一般面试官要考察两块:

  • 你有没有对某一个消息队列做过较为深入的原理的了解,或者从整体了解把握住一个消息队列的架构原理。
  • 看看你的设计能力,给你一个常见的系统,就是消息队列系统,看看你能不能从全局把握一下整体架构设计,给出一些关键点出来。

说实话,问类似问题的时候,大部分人基本都会蒙,因为平时从来没有思考过类似的问题,大多数人就是平时埋头用,从来不去思考背后的一些东西。类似的问题,比如,如果让你来设计一个 Spring 框架你会怎么做?如果让你来设计一个 Dubbo 框架你会怎么做?如果让你来设计一个 MyBatis 框架你会怎么做?

面试题剖析

其实回答这类问题,说白了,不求你看过那技术的源码,起码你要大概知道那个技术的基本原理、核心组成部分、基本架构构成,然后参照一些开源的技术把一个系统设计出来的思路说一下就好。

比如说这个消息队列系统,我们从以下几个角度来考虑一下:

  • 首先这个 mq 得支持可伸缩性吧,就是需要的时候快速扩容,就可以增加吞吐量和容量,那怎么搞?设计个分布式的系统呗,参照一下 kafka 的设计理念,broker -> topic -> partition,每个 partition 放一个机器,就存一部分数据。如果现在资源不够了,简单啊,给 topic 增加 partition,然后做数据迁移,增加机器,不就可以存放更多数据,提供更高的吞吐量了?

  • 其次你得考虑一下这个 mq 的数据要不要落地磁盘吧?那肯定要了,落磁盘才能保证别进程挂了数据就丢了。那落磁盘的时候怎么落啊?顺序写,这样就没有磁盘随机读写的寻址开销,磁盘顺序读写的性能是很高的,这就是 kafka 的思路。

  • 其次你考虑一下你的 mq 的可用性啊?这个事儿,具体参考之前可用性那个环节讲解的 kafka 的高可用保障机制。多副本 -> leader & follower -> broker 挂了重新选举 leader 即可对外服务。

  • 能不能支持数据 0 丢失啊?可以的,参考我们之前说的那个 kafka 数据零丢失方案。

mq 肯定是很复杂的,面试官问你这个问题,其实是个开放题,他就是看看你有没有从架构角度整体构思和设计的思维以及能力。确实这个问题可以刷掉一大批人,因为大部分人平时不思考这些东西。

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在这里插入图片描述

非常抱歉,我之前提供的代码存在错误。在 PyTorch 中,并没有直接提供离散余弦变换(DCT)的函数。对于 DCT 的实现,你可以使用 `torch.rfft` 函数结合 DCT 系数矩阵来进行计算。 下面是一个修正后的示例代码: ```python import torch import torch.nn as nn import torch.optim as optim # 定义离散余弦变换(DCT)系数矩阵 dct_matrix = torch.zeros(256, 256) for i in range(256): for j in range(256): dct_matrix[i, j] = torch.cos((2 * i + 1) * j * 3.14159 / (2 * 256)) # 定义 OMP 算法 def omp(A, y, k): m, n = A.shape x = torch.zeros(n, 1) residual = y.clone() support = [] for _ in range(k): projections = torch.abs(A.t().matmul(residual)) index = torch.argmax(projections) support.append(index) AtA_inv = torch.linalg.inv(A[:, support].t().matmul(A[:, support])) x_new = AtA_inv.matmul(A[:, support].t()).matmul(y) residual = y - A[:, support].matmul(x_new) x[support] = x_new return x # 加载原始图像 image = torch.randn(256, 256) # 压缩感知成像 measurement_matrix = torch.fft.fft(torch.eye(256), dim=0).real compressed = measurement_matrix.matmul(image.flatten().unsqueeze(1)) # 使用 OMP 进行重构 reconstructed = omp(dct_matrix, compressed, k=100) # 计算重构误差 mse = nn.MSELoss() reconstruction_error = mse(image, reconstructed.reshape(image.shape)) print("重构误差:", reconstruction_error.item()) ``` 在这个示例中,我们手动定义了 DCT 系数矩阵 `dct_matrix`,然后使用 `torch.fft.fft` 函数计算测量矩阵,并进行实部提取。接下来的步骤与之前的示例相同。 请注意,这只是一个示例,用于演示如何使用自定义的 DCT 系数矩阵进行压缩感知成像。在实际应用中,你可能需要根据具体的需求进行调整和优化。
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