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通用软件项目技术报告 - 第一章节检测

ds 2025/5/16 13:03:00

试卷一 (难度：基础级)

一、选择题 (每题2分，共20分)

下列哪个是关系型数据库的典型代表？
A. MongoDB
B. Redis
C. PostgreSQL
D. Cassandra
在PostgreSQL中，用于唯一标识表中每一行的列通常设置为什么约束？
A. FOREIGN KEY
B. UNIQUE
C. PRIMARY KEY
D. NOT NULL
MongoDB中存储数据的基本单元是什么？
A. 表 (Table)
B. 行 (Row)
C. 文档 (Document)
D. 模式 (Schema)
ORM代表什么？
A. 对象关系映射 (Object-Relational Mapping)
B. 操作资源管理 (Operation Resource Management)
C. 开放路由模型 (Open Routing Model)
D. 对象读取机制 (Object Reading Mechanism)
在数据库迁移中，“应用迁移脚本”的目的是什么？
A. 生成描述数据库结构变化的代码
B. 将数据库结构变化实际应用到数据库上
C. 回滚数据库到上一个版本
D. 检查数据库当前结构
数据库连接池的主要作用是什么？
A. 增加数据库的存储容量
B. 提高单次数据库连接的加密强度
C. 复用数据库连接，提高性能和资源利用率
D. 自动备份数据库
下列哪种索引类型最常用于加速基于等值和范围条件的查询？
A. Hash 索引
B. B-Tree 索引
C. GIN 索引
D. GiST 索引
EXPLAIN命令在数据库查询优化中的主要作用是？
A. 执行查询并返回结果
B. 显示数据库如何计划执行一个查询
C. 自动优化查询语句
D. 备份查询结果
数据库备份的主要目的是什么？
A. 提高查询速度
B. 增加存储空间
C. 防止数据丢失并支持数据恢复
D. 实时同步数据到多个服务器
在PostgreSQL中，VARCHAR(255)表示什么类型的数据？
A. 一个最大长度为255的整数
B. 一个最大长度为255的文本字符串
C. 一个精确到255位小数的数字
D. 一个日期类型

二、判断题 (每题1分，共10分)

MongoDB是一种关系型数据库。 ( )
在PostgreSQL中，外键约束用于保证引用完整性。 ( )
ORM工具的主要目的是让开发者直接编写更复杂的SQL语句。 ( )
数据库迁移脚本一旦生成就不能修改。 ( )
增加数据库连接池的最大连接数总能提高应用性能。 ( )
为表中的每一列都创建索引是提高查询性能的最佳实践。 ( )
pg_dump是MongoDB的备份工具。 ( )
Lazy Loading（延迟加载）策略总是在加载关联数据时比Eager Loading（即时加载）更高效。 ( )
在PostgreSQL中，JSONB类型比JSON类型存储效率更高，查询性能也更好。 ( )
RPO (Recovery Point Objective) 指的是系统从故障到恢复服务所需的最长时间。 ( )

三、简答题 (每题10分，共50分)

简述什么是数据库Schema？
列出至少三种在PostgreSQL中常用的列约束及其作用。
什么是ORM？使用ORM有什么好处？
简述数据库连接池的工作原理。
什么是数据库备份？为什么它很重要？

四、解答题 (共70分)

(9分) 在设计一个电商网站的products（商品）表时，请列出至少5个你认为必要的字段，并为每个字段建议一个合适的PostgreSQL数据类型。
(9分) 什么是数据库索引？请举例说明在什么情况下应该为表的某个列创建索引。
(12分) 简述数据库迁移（Schema Evolution）是什么，以及为什么在软件开发过程中需要进行数据库迁移。
(12分) 请解释RPO（恢复点目标）和RTO（恢复时间目标）这两个概念在数据库备份与恢复策略中的含义。
(13分) 假设有一个orders（订单）表和一个users（用户）表，一个用户可以有多个订单，一个订单只属于一个用户。这种关系在关系型数据库（如PostgreSQL）中通常如何实现？请描述涉及的关键表和字段。
(15分) 简述逻辑备份和物理备份的区别及其各自的优缺点。

试卷二 (难度：理解级)

一、选择题 (每题2分，共20分)

在MongoDB中，当需要频繁地将相关数据一起查询出来，并且“多”的一方数量有限时，通常推荐使用哪种方式处理数据关系？
A. 引用 (Referencing)
B. 嵌入 (Embedding)
C. 创建关联集合 (Association Collection)
D. 使用外键约束
Alembic是一个主要用于哪个ORM框架的数据库迁移工具？
A. Django ORM
B. TypeORM
C. SQLAlchemy
D. Hibernate
在HikariCP连接池配置中，maximumPoolSize参数的作用是什么？
A. 连接池中保持的最小空闲连接数
B. 连接池中允许存在的最大连接总数
C. 单个连接在池中的最大空闲时间
D. 客户端等待获取连接的最长时间
当一个PostgreSQL查询的WHERE子句中包含对函数结果的过滤（例如 WHERE LOWER(username) = 'admin'），哪种类型的索引最能优化这个查询？
A. B-Tree 索引
B. GIN 索引
C. 函数索引 (Functional Index)
D. 部分索引 (Partial Index)
在PostgreSQL中，ON DELETE CASCADE用在外键约束上时，表示什么行为？
A. 如果父表记录被删除，子表对应记录的外键字段被设为NULL
B. 阻止父表记录被删除，如果它被子表记录引用
C. 如果父表记录被删除，所有引用它的子表记录也会被自动删除
D. 父表记录删除时，子表外键字段被设为其默认值
下列哪个操作通常不是幂等的？
A. GET /users/1
B. PUT /users/1 (用完整数据更新)
C. DELETE /users/1
D. POST /users (创建新用户)
在ORM中，Lazy Loading（延迟加载）可能导致什么性能问题？
A. 首次查询数据过慢
B. N+1 查询问题
C. 数据库连接过早释放
D. 内存占用过高
TTL索引（Time-To-Live Index）在MongoDB中的主要作用是什么？
A. 加速对时间范围的查询
B. 自动删除集合中过期的文档
C. 限制集合中文档的总数量
D. 为时间戳字段提供全文搜索能力
数据库分区（Partitioning）的主要目的是什么？
A. 提高单条记录的写入速度
B. 减少数据库的总存储空间
C. 提高对大表的查询性能和管理效率
D. 自动加密敏感数据
在数据库备份策略中，“增量备份”指的是什么？
A. 备份整个数据库的所有数据
B. 只备份自上次全量备份以来发生变化的数据
C. 只备份自上次任何类型备份（全量或增量）以来发生变化的数据
D. 备份数据库的事务日志

二、判断题 (每题1分，共10分)

在MongoDB中，_id字段的值必须由用户手动指定。 ( )
使用ORM可以完全避免编写任何SQL语句。 ( )
数据库迁移的回滚操作总是能够完美地恢复所有数据和结构变更。 ( )
连接池的idleTimeout参数设置得越长，对系统性能越有利。 ( )
覆盖索引（Covering Index）可以避免回表查询，从而提升性能。 ( )
RPO为零意味着不允许任何数据丢失。 ( )
在PostgreSQL中，JSONB类型的索引通常使用B-Tree索引。 ( )
多阶段构建（Multi-stage builds）在Dockerfile中的主要目的是增加最终镜像的功能。 ( )
Capped Collection是MongoDB中一种大小固定的集合，新数据会覆盖旧数据。 ( )
数据库的物理备份通常比逻辑备份恢复速度更快。 ( )

三、简答题 (每题10分，共50分)

简述在PostgreSQL中实现多对多关系的常用方法。
解释ORM中的“模型类定义与Schema映射”指的是什么过程。
在数据库迁移过程中，“审查和编辑迁移脚本”这一步骤为什么重要？
说明数据库连接池中“连接验证”的机制和目的。
什么是PostgreSQL中的全文搜索（FTS）？它与简单的LIKE '%keyword%'查询有何不同？

四、解答题 (共70分)

(9分) 为一个“事件日志”集合（MongoDB）设计Schema，至少包含5个核心字段，并说明每个字段的类型和用途。
(9分) 解释什么是N+1查询问题，以及在ORM中通常如何通过Eager Loading来避免它。
(12分) 描述一个标准的数据库迁移工作流程，至少包含4个主要步骤。
(12分) 假设一个PostgreSQL表transactions有一个transaction_time (TIMESTAMP WITH TIME ZONE) 列和一个status (VARCHAR) 列。你希望优化对“过去一个月内所有状态为’completed’的交易”的查询。你会考虑创建哪种类型的索引（或组合）？简述理由。
(13分) 讨论在PostgreSQL中使用分区表（Partitioning）的优势和一种常见的分区策略（如范围分区）。
(15分) 为什么在PostgreSQL中推荐使用JSONB而不是JSON类型来存储JSON数据？并简述如何为JSONB列中的特定键值对查询创建合适的索引。

试卷三 (难度：应用级)

一、选择题 (每题2分，共20分)

在PostgreSQL中，如果你希望一个外键在引用的主表记录被删除时，自动将该外键字段设置为NULL，应使用哪个ON DELETE子句？
A. CASCADE
B. RESTRICT
C. SET NULL
D. NO ACTION
使用SQLAlchemy的Alembic进行数据库迁移时，alembic revision --autogenerate命令的作用是？
A. 将数据库升级到最新版本
B. 比较当前模型与数据库状态，自动生成迁移脚本
C. 创建一个空的迁移脚本供手动编辑
D. 回滚上一个迁移版本
对于HikariCP连接池，如果设置minimumIdle等于maximumPoolSize，这将形成一个什么类型的连接池？
A. 动态大小连接池
B. 固定大小连接池
C. 懒加载连接池
D. 无限制连接池
在PostgreSQL中，为tsvector列创建哪种类型的索引最适合全文搜索查询？
A. B-Tree
B. Hash
C. GIN
D. BRIN
以下哪项是MongoDB中Capped Collection的特性？
A. 文档大小可以动态增长
B. 可以对单个文档进行删除操作
C. 数据按插入顺序存储，并在达到上限时覆盖旧数据
D. 支持Sharding
在ORM中，哪种加载策略最有可能在获取关联数据时使用JOIN语句？
A. lazy='select'
B. lazy='joined'
C. lazy='subquery'
D. 默认的Lazy Loading
PostgreSQL中的物化视图（Materialized View）与普通视图（View）的主要区别在于？
A. 物化视图不能被查询
B. 物化视图存储了查询的物理结果，需要刷新
C. 普通视图的查询性能总是优于物化视图
D. 物化视图不能基于多个表创建
在MongoDB Schema设计中，对于“一对非常多”（one-to-bazillions）的关系，比如用户和他的操作日志，通常推荐哪种处理方式？
A. 将所有日志嵌入到用户文档中
B. 在用户文档中存储日志ID的数组，并在日志集合中存储日志详情（引用）
C. 在日志文档中存储用户ID（引用），并在用户文档中不存储直接引用
D. 为每个用户创建一个单独的日志集合
以下哪个不是PostgreSQL推荐的Schema设计最佳实践？
A. 积极使用CHECK约束强制数据完整性
B. 为所有文本类型字段默认使用TEXT类型，除非有明确长度限制
C. 将包含大量NULL值的稀疏列考虑使用JSONB存储
D. 对非常大的表考虑使用分区
在数据库的备份恢复策略中，恢复时间目标 (RTO) 指的是：
A. 备份操作完成所需的时间
B. 从故障发生到系统恢复服务所需的最长时间
C. 两次全量备份之间的最大时间间隔
D. 最多可以容忍丢失的数据量

二、判断题 (每题1分，共10分)

在PostgreSQL中，JSONB类型的数据在存储时会保留原始JSON文本的空格和键的顺序。 ( )
TypeORM主要用于Python项目，而SQLAlchemy主要用于TypeScript项目。 ( )
“扩展-收缩模式”（Expand-Contract Pattern）是实现数据库零停机迁移的一种策略。( )
HikariCP的validationTimeout参数应设置为大于connectionTimeout。 ( )
在PostgreSQL中，Hash索引通常比B-Tree索引更适合范围查询。 ( )
数据库的逻辑备份通常包含了数据库的物理文件结构。 ( )
Alembic迁移工具不支持迁移分支和合并。 ( )
MongoDB的TTL索引可以用于自动归档过期数据到另一个集合。 ( )
使用ORM时，模型类之间的多对多关系如果关联表有额外字段，则需要将关联表也定义为一个模型类。 ( )
在PostgreSQL中，为经常用于ORDER BY子句的列创建索引可以提升排序性能。 ( )

三、简答题 (每题10分，共50分)

讨论在MongoDB中“嵌入(Embedding)”和“引用(Referencing)”处理数据关系的优缺点及适用场景。
解释SQLAlchemy中lazy='joined'和lazy='subquery'两种Eager Loading策略的区别及其对查询性能的潜在影响。
在多环境（如开发、测试、生产）进行数据库迁移时，为什么强调数据兼容性的重要性？并简述一种处理策略。
简述PostgreSQL中的部分索引（Partial Index）的原理和适用场景。
描述数据库备份中全量备份、增量备份和差分备份的定义及其在恢复过程中的关系。

四、解答题 (共70分)

(9分) 假设你正在使用PostgreSQL，需要为一个博客系统设计posts表和tags表，以及它们之间的多对多关系。请写出这三个表的关键字段定义（包括主键、外键和必要的约束）。
(9分) 简述HikariCP连接池中idleTimeout和maxLifetime两个参数的作用，并解释为什么通常建议maxLifetime要小于数据库或网络设备强制关闭连接的时间。
(12分) 解释PostgreSQL的EXPLAIN ANALYZE命令的输出中，哪些关键信息可以帮助你诊断一个慢查询？并举例说明如何根据这些信息进行可能的优化。
(12分) 你正在为一个需要存储大量时间序列数据（例如，每秒传感器读数）的PostgreSQL数据库设计sensor_readings表。讨论为什么分区表（Partitioning）可能是一个好的选择，并描述一种基于时间范围的分区策略的关键步骤。
(13分) 假设你有一个使用SQLAlchemy的Python应用，User模型有一个profile属性，它与UserProfile模型是一对一关系。请简述如何在模型类中定义这种关系，并说明在查询User对象时，如何配置才能即时加载（Eager Load）关联的UserProfile对象。
(15分) 设计一个PostgreSQL数据库的备份与恢复策略，考虑到以下需求：RPO为1小时，RTO为4小时，数据量约为500GB，需要支持时间点恢复(PITR)。详细说明你选择的备份类型、工具、频率、保留周期以及恢复测试的关键步骤。

试卷四 (难度：设计级)

一、选择题 (每题2分，共20分)

在PostgreSQL中，哪种索引最适合优化包含多个可选过滤条件（如WHERE (status = 'active' AND type = 'A') OR (status = 'pending' AND type = 'B')）的复杂查询？
A. 单独为status和type列创建B-Tree索引
B. 创建一个(status, type)的复合B-Tree索引
C. 创建多个针对不同条件组合的部分索引
D. 创建一个GIN索引包含status和type列
在MongoDB中，如果一个字段的值是一个数组，并且你需要频繁地根据数组中的某个元素值进行查询，应该考虑创建哪种类型的索引？
A. 复合索引 (Compound Index)
B. 多键索引 (Multikey Index)
C. 地理空间索引 (Geospatial Index)
D. 哈希索引 (Hashed Index)
Alembic的env.py文件中target_metadata变量通常指向什么？
A. 数据库连接字符串
B. Alembic的配置对象
C. SQLAlchemy模型的元数据集合 (如Base.metadata)
D. 当前数据库的Schema快照
HikariCP连接池的leakDetectionThreshold参数的主要作用是什么？
A. 检测连接泄露并自动关闭泄露的连接
B. 设置连接池中允许的最大泄露连接数
C. 当连接借出超过设定时间仍未归还时，记录一条警告日志
D. 自动增加连接池大小以应对连接泄露
对于PostgreSQL中一个包含JSONB类型列的表，如果经常需要查询该JSONB列中特定路径下的值是否等于某个常量（例如WHERE (data->'attributes'->>'color') = 'red'），以下哪种索引策略最为高效？
A. 对整个JSONB列创建标准的B-Tree索引
B. 对整个JSONB列创建GIN索引，并使用@>操作符查询
C. 创建一个针对表达式(data->'attributes'->>'color')的函数索引（B-Tree）
D. 创建一个Hash索引在该JSONB列上
在进行数据库零停机迁移，需要修改一个列的数据类型，并且这个修改不向后兼容时，以下哪个步骤最不可能出现在“扩展-收缩模式”(Expand-Contract Pattern)中？
A. 部署能够同时读写新旧列的应用程序代码
B. 添加新列，允许旧列和新列并存一段时间
C. 立即删除旧列，并强制所有应用实例重启
D. 编写数据迁移脚本将旧列数据转换并填充到新列
在MongoDB中，设计一个包含用户地址的Schema，如果用户的地址数量非常少（例如最多2-3个），且地址信息总是和用户信息一起被读取，但很少被独立查询或更新，那么最合适的建模方式是？
A. 将地址作为独立集合，并在用户文档中存储地址ID数组（引用）
B. 将地址文档直接嵌入到用户文档的地址数组字段中
C. 为每个地址创建一个独立的用户文档副本
D. 创建一个用户-地址关联集合
如果一个SQLAlchemy模型A通过relationship与模型B建立了多对多关系，并配置了cascade="all, delete-orphan"，当从模型A的一个实例的关联集合中移除一个模型B的实例（且该B实例不再被其他A实例引用）并提交session后，通常会发生什么？
A. 模型B的实例在数据库中会被删除
B. 只是解除了A与B之间的关联关系，B实例本身不受影响
C. 会抛出完整性错误，因为delete-orphan不适用于多对多
D. 模型A的实例会被删除
以下哪项关于PostgreSQL的pg_basebackup和WAL归档的描述是错误的？
A. pg_basebackup用于创建数据库的物理基础备份。
B. WAL归档允许将数据库恢复到任意特定时间点 (PITR)。
C. WAL归档与逻辑备份（如pg_dump）不能同时使用。
D. 要实现PITR，必须有基础备份和从该备份点开始的所有WAL归档文件。
在设计数据库Schema时，将货币金额存储为浮点数类型（如FLOAT或DOUBLE）的主要风险是什么？
A. 存储空间占用过大
B. 查询性能下降
C. 可能导致精度丢失和舍入误差累积
D. 不支持负值

二、判断题 (每题1分，共10分)

PostgreSQL的GIN索引比GiST索引在更新性能上通常更有优势。 ( )
MongoDB的explain()命令输出中的IXSCAN表示查询使用了索引。 ( )
数据库迁移中的“回滚”操作总能保证100%恢复到变更前的状态，包括所有数据。 ( )
在ORM中，select_inload (SQLAlchemy) 通常比 joinedload 更适合优化一对多关系的N+1问题，因为它避免了主对象的重复。 ( )
连接池中的“连接泄露”是指敏感数据通过数据库连接被窃取。 ( )
PostgreSQL的VACUUM FULL操作会阻塞对表的并发读写。 ( )
在设计RESTful API时，PUT请求的请求体必须包含资源的完整表示，而PATCH请求只需包含要修改的字段。 ( )
Alembic的--sql选项允许在不实际执行迁移的情况下生成SQL语句。 ( )
在Cassandra Schema设计中，为每个查询优化设计单独的表（允许数据冗余）是推荐的做法。 ( )
数据库的RTO（恢复时间目标）通常比RPO（恢复点目标）更容易通过技术手段缩短。 ( )

三、简答题 (每题10分，共50分)

讨论在PostgreSQL中，何时应该考虑使用函数索引（Functional Index）和部分索引（Partial Index），并分别举例说明其适用场景。
解释SQLAlchemy ORM中session.add(), session.commit(), session.rollback(), session.flush()这些核心方法的作用和它们之间的关系。
在进行数据库Schema迁移时，如果一个迁移脚本执行失败（例如，因为意外的数据库约束或数据问题），标准的处理流程和最佳实践是什么？
分析在高并发场景下，数据库连接池的maximumPoolSize参数设置过小或过大分别可能带来哪些问题。并简述一种确定合适值的调优方法。
详细解释PostgreSQL中分区表（Partitioning）如何通过“分区裁剪（Partition Pruning）”来提升查询性能，并讨论选择分区键的关键考虑因素。

四、解答题 (共70分)

(9分) 假设你有一个PostgreSQL数据库，其中有一个events表，包含一个payload列，类型为JSONB。payload中可能包含一个嵌套的键user_info.user_id (字符串类型)。请写出创建能高效查询特定user_info.user_id值的GIN索引的SQL语句，并写出一个利用该索引进行查询的示例SQL。
(9分) 设计一个MongoDB Schema来存储公司组织结构（部门、员工）。一个部门可以有多个子部门和多个员工，一个员工只属于一个部门。需要考虑高效查询某个部门下的所有直属员工和所有子部门。请描述你的Schema设计思路（集合、文档结构、嵌入/引用选择）并简要说明理由。
(12分) 描述在使用Alembic进行数据库迁移时，如何处理“迁移分支”（当多个开发者并行开发不同功能并都产生了数据库变更）的情况，以及如何最终合并这些分支迁移。
(12分) 详细阐述在PostgreSQL中，从一个大表（例如，logs表，包含数十亿行数据）迁移到分区表的关键步骤和注意事项，特别是在生产环境中如何尽量减少服务中断时间。
(13分) 假设你的应用需要一个严格符合“恰好一次处理”（Exactly-once Semantics）的消息队列消费者。讨论为什么这在分布式系统中很难实现，并结合数据库（如PostgreSQL）和消息队列（如RabbitMQ或Kafka），设计一种尽可能接近“恰好一次处理”的幂等消费策略，详细描述其关键步骤和所需的技术组件（如事务、唯一ID、状态存储）。
(15分) 某大型电商系统，其orders表（PostgreSQL）数据量巨大，包含了近5年的订单数据。当前，按订单创建时间created_at范围查询历史订单的性能非常差。请你设计一个全面的优化方案，可以包括但不限于索引策略、分区策略、物化视图应用、查询语句重写等。详细说明你的方案、每个优化点的理由，以及如何验证优化效果。