Бэкенд-разработчик Python (Профессиональный уровень)

Экзаменационный билет №1

Теоретическая часть

1. Опишите, в чём заключается принцип Single Responsibility из SOLID и приведите пример его нарушения.
2. Что такое асинхронное программирование и как оно реализуется в Python с помощью asyncio?

Ответы на теоретическую часть:

1. Принцип Single Responsibility утверждает, что класс (или модуль) должен иметь только одну причину для изменения. Нарушение: если один класс отвечает и за обработку данных, и за их сохранение в БД — он имеет две ответственности.
2. Асинхронное программирование позволяет выполнять операции ввода-вывода без блокировки основного потока. В Python это реализуется через asyncioключевые слова async/awaitа также библиотеки вроде aiohttp и asyncpg

Практическая часть

Реализуйте простой REST API с использованием FastAPI, который принимает POST-запрос по адресу /sum и возвращает JSON с суммой двух чисел, переданных в теле запроса.

from fastapi import FastAPI
from pydantic import BaseModel

app = FastAPI()

class SumRequest(BaseModel):
    a: float
    b: float

@app.post("/sum")
def calculate_sum(request: SumRequest):
    return {"result": request.a + request.b}

Экзаменационный билет №2

Теоретическая часть

1. Объясните, что такое паттерн Repository и в каких случаях он применяется.
2. Как работает механизм GIL в Python и как он влияет на производительность многопоточных приложений?

Ответы на теоретическую часть:

1. Паттерн Repository абстрагирует работу с источником данных (например, БД), предоставляя интерфейс для получения и сохранения объектов. Применяется для отделения бизнес-логики от доступа к данным, особенно в DDD.
2. GIL (Global Interpreter Lock) ограничивает выполнение одновременно только одного потока в CPython. Это снижает эффективность CPU-bound многопоточных приложений, но не мешает I/O-bound задачам.

Практическая часть

Напишите функцию на Python, которая использует Redis для кэширования результатов вычисления факториала числа. Если значение уже есть в кэше — вернуть его, иначе вычислить и сохранить.

import redis
import functools

redis_client = redis.Redis(host='localhost', port=6379, db=0)

def factorial(n):
    if n == 0:
        return 1
    return n * factorial(n - 1)

def cached_factorial(n):
    key = f"factorial:{n}"
    result = redis_client.get(key)
    if result is not None:
        return int(result)
    result = factorial(n)
    redis_client.setex(key, 3600, str(result))  # хранить 1 час
    return result

Экзаменационный билет №3

Теоретическая часть

1. В чём отличие между микросервисной и монолитной архитектурой?
2. Что такое event sourcing и какие преимущества он даёт?

Ответы на теоретическую часть:

1. Микросервисная архитектура разбивает приложение на независимые сервисы, каждая из которых может быть разработана, развернута и масштабирована отдельно. Монолит — это единое приложение, где все компоненты тесно связаны и разворачиваются вместе.
2. Event sourcing — это подход, при котором состояние системы представляется как последовательность событий. Преимущества: возможность восстановления состояния на любой момент времени, аудит, анализ изменени

Практическая часть

Напишите Dockerfile для Python-приложения, использующего Flask и находящегося в директории /appПриложение запускается через gunicorn --bind :8000 app:app

# Используем официальный образ Python
FROM python:3.11-slim

# Устанавливаем рабочую директорию
WORKDIR /app

# Копируем зависимости
COPY requirements.txt .
RUN pip install --no-cache-dir -r requirements.txt

# Копируем исходный код
COPY . .

# Открываем порт
EXPOSE 8000

# Команда запуска
CMD ["gunicorn", "--bind", ":8000", "app:app"]

Экзаменационный билет №4

Теоретическая часть

1. Дайте определение понятию "CI/CD" и объясните, как эти процессы автоматизируются.
2. Что такое Circuit Breaker и как он помогает в микросервисной архитектуре?

Ответы на теоретическую часть:

1. CI/CD — это практики Continuous Integration (непрерывной интеграции) и Continuous Delivery/Deployment (непрерывной доставки/развертывания). CI обеспечивает автоматическое тестирование при каждом коммите, CD — автоматический деплой. Автоматизация выполняется через GitLab CI, GitHub Actions, Jenkins и др.
2. Circuit Breaker — это шаблон проектирования, который временно прекращает вызовы к недоступному сервису, чтобы избежать cascading failures. Это повышает отказоустойчивость системы.

Практическая часть

Напишите Celery-задачу, которая отправляет email через SMTP. Задача должна принимать адрес получателя и текст сообщения.

from celery import Celery
import smtplib
from email.mime.text import MIMEText

app = Celery('tasks', broker='redis://localhost:6379/0')

@app.task
def send_email_task(to, body):
    msg = MIMEText(body)
    msg['Subject'] = 'Уведомление'
    msg['From'] = 'noreply@example.com'
    msg['To'] = to

    with smtplib.SMTP('smtp.example.com') as server:
        server.login("user", "password")
        server.sendmail(msg['From'], [msg['To']], msg.as_string())

Экзаменационный билет №5

Теоретическая часть

1. Охарактеризуйте подход к тестированию backend-приложений. Какие виды тестов существуют и когда они применяются?
2. Что такое JWT и как он используется в системах авторизации?

Ответы на теоретическую часть:

1. Виды тестов: unit-тесты (проверка отдельных функций), интеграционные (взаимодействие компонентов), E2E (полный цикл работы), smoke (быстрая проверка работоспособности). Unit-тесты используются на этапе разработки, E2E — перед релизом.
2. JWT (JSON Web Token) — это стандарт для передачи данных между сторонами в виде JSON-объекта. Используется для stateless аутентификации: клиент получает токен после логина и передаёт его в заголовках каждого запроса.

Практическая часть

Реализуйте middleware для проверки наличия API-ключа в заголовке запроса в FastAPI.

from fastapi import FastAPI, HTTPException, Request

app = FastAPI()

API_KEY = "my_secret_key"

@app.middleware("http")
async def api_key_middleware(request: Request, call_next):
    auth_header = request.headers.get("X-API-Key")
    if auth_header != API_KEY:
        raise HTTPException(status_code=403, detail="Forbidden")
    response = await call_next(request)
    return response

@app.get("/")
def read_root():
    return {"message": "Access granted"}

Экзаменационный билет №6

Теоретическая часть

1. Объясните, что такое DDD (Domain-Driven Design) и какие основные концепции он включает.
2. Что означает термин "event-driven architecture" и в каких случаях она применяется?

Ответы на теоретическую часть:

1. DDD — это подход к проектированию сложных систем, ориентированный на бизнес-домен. Основные концепции: Aggregate Root, Entity, Value Object, Repository, Domain Service, Bounded Context. Применяется при разработке масштабируемых, поддерживаемых систем с богатой логикой.
2. Event-driven architecture — это архитектура, в которой компоненты взаимодействуют через события. Применяется в микросервисах, системах реального времени, распределённых системах для повышения гибкости и отказоустойчивости.

Практическая часть

Напишите Python-скрипт, который подписывается на очередь RabbitMQ и обрабатывает сообщения, сохраняя их в PostgreSQL.

import pika
import psycopg2

# Подключение к PostgreSQL
conn = psycopg2.connect(
    dbname="mydb",
    user="user",
    password="password",
    host="localhost"
)
cursor = conn.cursor()
cursor.execute("CREATE TABLE IF NOT EXISTS messages (id SERIAL PRIMARY KEY, body TEXT)")
conn.commit()

# Подключение к RabbitMQ
connection = pika.BlockingConnection(pika.ConnectionParameters('localhost'))
channel = connection.channel()
channel.queue_declare(queue='task_queue')

def callback(ch, method, properties, body):
    print(f"Получено сообщение: {body.decode()}")
    cursor.execute("INSERT INTO messages (body) VALUES (%s)", (body.decode(),))
    conn.commit()
    ch.basic_ack(delivery_tag=method.delivery_tag)

channel.basic_consume(queue='task_queue', on_message_callback=callback)

print('Ожидание сообщений...')
channel.start_consuming()

Экзаменационный билет №7

Теоретическая часть

1. В чём заключается принцип Open/Closed из SOLID? Приведите пример его применения.
2. Какие преимущества даёт использование Docker в backend-разработке?

Ответы на теоретическую часть:

1. Принцип Open/Closed утверждает, что класс должен быть открыт для расширения, но закрыт для модификации. Например, если вы добавляете новый тип отчета в систему, не изменяя существующий код, а через наследование или стратегию.
2. Docker обеспечивает изоляцию окружения, воспроизводимость сборки, совместимость между dev и prod, простоту деплоя, интеграцию с CI/CD и возможность масштабирования.

Практическая часть

Реализуйте FastAPI-эндпоинт /loginкоторый принимает username и passwordпроверяет их по БД и возвращает JWT токен.

from fastapi import FastAPI, Depends, HTTPException
from pydantic import BaseModel
from passlib.context import CryptContext
from datetime import datetime, timedelta
from typing import Optional
import jwt

app = FastAPI()

SECRET_KEY = "your-secret-key"
ALGORITHM = "HS256"
ACCESS_TOKEN_EXPIRE_MINUTES = 30

pwd_context = CryptContext(schemes=["bcrypt"], deprecated="auto")

# Имитация БД
fake_users_db = {
    "admin": {
        "username": "admin",
        "hashed_password": pwd_context.hash("secret")
    }
}

class Token(BaseModel):
    access_token: str
    token_type: str

class LoginData(BaseModel):
    username: str
    password: str

def verify_password(plain_password, hashed_password):
    return pwd_context.verify(plain_password, hashed_password)

def create_access_token(data: dict, expires_delta: Optional[timedelta] = None):
    to_encode = data.copy()
    expire = datetime.utcnow() + (expires_delta or timedelta(minutes=15))
    to_encode.update({"exp": expire})
    return jwt.encode(to_encode, SECRET_KEY, algorithm=ALGORITHM)

@app.post("/login", response_model=Token)
def login(credentials: LoginData):
    user = fake_users_db.get(credentials.username)
    if not user or not verify_password(credentials.password, user["hashed_password"]):
        raise HTTPException(status_code=401, detail="Invalid credentials")
    access_token = create_access_token(data={"sub": credentials.username})
    return {"access_token": access_token, "token_type": "bearer"}

Экзаменационный билет №8

Теоретическая часть

1. Что такое мониторинг и логирование в backend-приложениях? Какие инструменты используются?
2. Что такое шардинг баз данных и в каких случаях он применяется?

Ответы на теоретическую часть:

1. Мониторинг — это сбор метрик и анализ состояния системы (CPU, RAM, latency). Логирование — запись событий работы сервиса. Инструменты: Prometheus, Grafana, ELK (Elasticsearch, Logstash, Kibana), Sentry.
2. Шардинг — разделение базы данных на горизонтальные части по ключам. Применяется при высокой нагрузке, чтобы повысить производительность и масштабируемость.

Практическая часть

Напишите Python-скрипт, который использует pytestдля тестирования функции вычисления факториала.

# factorial.py
def factorial(n):
    if n < 0:
        raise ValueError("Факториал определён только для неотрицательных чисел.")
    result = 1
    for i in range(2, n+1):
        result *= i
    return result

# test_factorial.py
import pytest
from factorial import factorial

def test_factorial_positive():
    assert factorial(5) == 120
    assert factorial(3) == 6

def test_factorial_zero():
    assert factorial(0) == 1

def test_factorial_negative():
    with pytest.raises(ValueError):
        factorial(-1)

Экзаменационный билет №9

Теоретическая часть

1. Объясните, что такое REST API и какие методы HTTP обычно используются.
2. Какие преимущества дает применение type hints в Python?

Ответы на теоретическую часть:

1. REST API — это стиль архитектуры, основанный на HTTP-методах: GET (получение), POST (создание), PUT/PATCH (обновление), DELETE (удаление). Он используется для создания stateless API с четкой структурой URL.
2. Type hints улучшают читаемость кода, позволяют использовать статические анализаторы (например, mypy), помогают IDE предоставлять автодополнение и предупреждать о потенциальных ошибках.

Практическая часть

Напишите FastAPI-сервис, который предоставляет CRUD-операции над моделью User (id, name, email).

from fastapi import FastAPI, HTTPException
from pydantic import BaseModel
from typing import List, Optional

app = FastAPI()

class UserCreate(BaseModel):
    name: str
    email: str

class User(UserCreate):
    id: int

users = []
next_id = 1

@app.post("/users/", response_model=User)
def create_user(user: UserCreate):
    global next_id
    new_user = User(id=next_id, **user.dict())
    users.append(new_user)
    next_id += 1
    return new_user

@app.get("/users/", response_model=List[User])
def get_users():
    return users

@app.get("/users/{user_id}", response_model=User)
def get_user(user_id: int):
    for user in users:
        if user.id == user_id:
            return user
    raise HTTPException(status_code=404, detail="User not found")

@app.put("/users/{user_id}", response_model=User)
def update_user(user_id: int, updated_user: UserCreate):
    for user in users:
        if user.id == user_id:
            user.name = updated_user.name
            user.email = updated_user.email
            return user
    raise HTTPException(status_code=404, detail="User not found")

@app.delete("/users/{user_id}")
def delete_user(user_id: int):
    global users
    for i, user in enumerate(users):
        if user.id == user_id:
            del users[i]
            return {"message": "User deleted"}
    raise HTTPException(status_code=404, detail="User not found")

Экзаменационный билет №10

Теоретическая часть

1. Что такое микросервисная архитектура и какие у неё преимущества и недостатки?
2. Дайте характеристику паттерну Strategy и приведите пример использования.

Ответы на теоретическую часть:

1. Микросервисная архитектура — это способ организации приложения как набора независимых сервисов. Преимущества: независимый деплой, масштабируемость, технологическая гетерогенность. Недостатки: сложность управления, сетевые задержки, согласованность данных.
2. Паттерн Strategy позволяет определять семейство алгоритмов и делать их взаимозаменяемыми. Пример: система расчета доставки — можно выбрать между StandardShipping, ExpressShipping и т.д., не меняя клиентский код.

Практическая часть

Напишите Python-функцию, которая реализует паттерн Strategy для разных видов сортировки (по возрастанию, по убыванию, по длине строки).

class SortStrategy:
    def sort(self, data):
        raise NotImplementedError()

class AscendingSort(SortStrategy):
    def sort(self, data):
        return sorted(data)

class DescendingSort(SortStrategy):
    def sort(self, data):
        return sorted(data, reverse=True)

class LengthSort(SortStrategy):
    def sort(self, data):
        return sorted(data, key=len)

class Sorter:
    def __init__(self, strategy: SortStrategy):
        self.strategy = strategy

    def execute_sort(self, data):
        return self.strategy.sort(data)

# Пример использования
data = ["banana", "apple", "cherry"]
sorter_asc = Sorter(AscendingSort())
sorter_desc = Sorter(DescendingSort())
sorter_len = Sorter(LengthSort())

print(sorter_asc.execute_sort(data))   # ['apple', 'banana', 'cherry']
print(sorter_desc.execute_sort(data))  # ['cherry', 'banana', 'apple']
print(sorter_len.execute_sort(data))   # ['apple', 'banana', 'cherry']

Экзаменационный билет №11

Теоретическая часть

1. Что такое Kubernetes и какие основные компоненты входят в его архитектуру?
2. Какие виды тестирования применяются в backend-разработке? Охарактеризуйте каждый.

Ответы на теоретическую часть:

1. Kubernetes — это платформа для оркестрации контейнеров. Основные компоненты: API Server, etcd (хранилище состояния), Controller Manager, Scheduler, Kubelet, Kube-proxy, Container Runtime.
2. Виды тестирования:
   • Unit-тестирование — проверка отдельных модулей.
   • Интеграционное — взаимодействие между компонентами.
   • E2E — полный цикл работы системы.
   • Smoke — базовая проверка работоспособности после деплоя.
   • Нагрузочное — проверка производительности под нагрузкой

Практическая часть

Напишите Python-функцию, которая использует asyncpg для получения списка пользователей из PostgreSQL по указанному возрасту.

import asyncpg
import asyncio

async def get_users_by_age(age_threshold):
    conn = await asyncpg.connect(
        user='user',
        password='password',
        database='mydb',
        host='localhost'
    )
    query = "SELECT id, name, age FROM users WHERE age > $1"
    rows = await conn.fetch(query, age_threshold)
    await conn.close()
    return rows

# Пример запуска
if __name__ == "__main__":
    loop = asyncio.get_event_loop()
    result = loop.run_until_complete(get_users_by_age(25))
    print(result)

Экзаменационный билет №12

Теоретическая часть

1. Дайте определение паттерну Singleton и приведите пример его применения.
2. Что такое миграции баз данных и как они реализуются в Python?

Ответы на теоретическую часть:

1. Паттерн Singleton гарантирует, что у класса будет только один экземпляр, и предоставляет к нему глобальную точку доступа. Применяется, например, для управления соединением с БД или логированием.
2. Миграции — это изменения схемы БД, применяемые по порядку. В Python реализуются через Alembic (для SQLAlchemy) или Django Migrations.

Практическая часть

Реализуйте middleware в FastAPI, который добавляет заголовок X-Response-Timeс временем обработки запроса.

from fastapi import FastAPI
from starlette.middleware import Middleware
from starlette.middleware.base import BaseHTTPMiddleware
from starlette.requests import Request
import time

app = FastAPI()

class ResponseTimeMiddleware(BaseHTTPMiddleware):
    async def dispatch(self, request: Request, call_next):
        start_time = time.time()
        response = await call_next(request)
        process_time = time.time() - start_time
        response.headers["X-Response-Time"] = str(process_time)
        return response

app.add_middleware(ResponseTimeMiddleware)

@app.get("/")
def read_root():
    return {"message": "Hello"}

Экзаменационный билет №13

Теоретическая часть

1. Объясните, что такое CQRS и когда он используется.
2. Что такое контекстный менеджер в Python и как он реализуется?

Ответы на теоретическую часть:

1. CQRS (Command Query Responsibility Segregation) — разделение операций чтения и записи на разные модели. Используется при высоких нагрузках на чтение или сложной бизнес-логике.
2. Контекстный менеджер управляет ресурсами (например, файлы, соединения) безопасно и автоматически. Реализуется через with и методы __enter____exit__

Практическая часть

Напишите Python-скрипт, который создаёт SQLite-базу данных с таблицей usersи заполняет её 10 записями.

import sqlite3

conn = sqlite3.connect("example.db")
cursor = conn.cursor()

cursor.execute("""
CREATE TABLE IF NOT EXISTS users (
    id INTEGER PRIMARY KEY,
    name TEXT NOT NULL,
    email TEXT NOT NULL UNIQUE
)
""")

sample_data = [
    ("Alice", "alice@example.com"),
    ("Bob", "bob@example.com"),
    ("Charlie", "charlie@example.com"),
    ("David", "david@example.com"),
    ("Eve", "eve@example.com"),
    ("Frank", "frank@example.com"),
    ("Grace", "grace@example.com"),
    ("Helen", "helen@example.com"),
    ("Ian", "ian@example.com"),
    ("Jack", "jack@example.com")
]

try:
    cursor.executemany("INSERT INTO users (name, email) VALUES (?, ?)", sample_data)
    conn.commit()
except sqlite3.IntegrityError as e:
    print(f"Ошибка уникальности: {e}")
finally:
    conn.close()

Экзаменационный билет №14

Теоретическая часть

1. В чём заключается принцип Dependency Inversion из SOLID?
2. Что такое OpenTelemetry и зачем он нужен в микросервисах?

Ответы на теоретическую часть:

1. Принцип Dependency Inversion утверждает, что модули верхнего уровня не должны зависеть от модулей нижнего уровня. Оба должны зависеть от абстракций. Это делает систему гибкой и тестируемой.
2. OpenTelemetry — это фреймворк для сбора метрик, логов и трассировки. Используется в микросервисах для распределённого наблюдения и анализа производительности.

Практическая часть

16. Реализуйте REST API с использованием Flask, которое принимает POST-запрос /reverse с JSON-полем textи возвращает перевёрнутую строку.

from flask import Flask, request, jsonify

app = Flask(__name__)

@app.route("/reverse", methods=["POST"])
def reverse_text():
    data = request.get_json()
    if not data or "text" not in data:
        return jsonify({"error": "Missing 'text' field"}), 400
    return jsonify({"reversed_text": data["text"][::-1]})

if __name__ == "__main__":
    app.run(debug=True)

Экзаменационный билет №15

Теоретическая часть

1. Что такое Saga Pattern и в каких случаях он применяется?
2. Какие существуют стратегии масштабирования backend-приложений?

Ответы на теоретическую часть:

1. Saga Pattern — это шаблон для реализации транзакций в распределённых системах. Применяется вместо ACID-транзакций, где используются compensating transactions для отката изменений.
2. Стратегии масштабирования:
   • Вертикальное — увеличение мощности сервера.
   • Горизонтальное — добавление новых экземпляров сервиса.
     Горизонтальное предпочтительнее для отказоустойчивости и эластичности.

Практическая часть

Напишите Dockerfile и docker-compose.yml для запуска FastAPI-приложения с PostgreSQL.

# Dockerfile
FROM python:3.11-slim

WORKDIR /app

COPY requirements.txt .
RUN pip install --no-cache-dir -r requirements.txt

COPY . .

EXPOSE 8000

CMD ["uvicorn", "app:app", "--host", "0.0.0.0", "--port", "8000"]

# docker-compose.yml
version: '3.8'

services:
  web:
    build: .
    ports:
      - "8000:8000"
    environment:
      - DATABASE_URL=postgresql://user:password@db:5432/mydb
    depends_on:
      - db

  db:
    image: postgres:15
    environment:
      POSTGRES_USER: user
      POSTGRES_PASSWORD: password
      POSTGRES_DB: mydb
    ports:
      - "5432:5432"
    volumes:
      - postgres_data:/var/lib/postgresql/data/

volumes:
  postgres_data: