計(jì)算機(jī)是如何跑起來的？
1
在學(xué)習(xí)工作中，經(jīng)常會(huì)遇到些讓我腦子短路無法回血的問題？
你去評估下這項(xiàng)目需要幾臺(tái)機(jī)器能維持穩(wěn)定性，CPU要幾核，內(nèi)存要多大？
X模塊偶發(fā)出現(xiàn)內(nèi)存飆升的情況，你追查下原因順便想想如何優(yōu)化？
瞬間，鴉雀無聲甚至氣氛一度及其尷尬。作為一個(gè)CURD男孩，寫代碼就是一把梭復(fù)制粘貼，那能管那么寬？仔細(xì)一想，我也是學(xué)過計(jì)算機(jī)組成原理、操作系統(tǒng)原理的男孩，豈能說慫就慫？
這時(shí)，馮·諾依曼、寄存器、內(nèi)存、二進(jìn)制、補(bǔ)碼這些詞忽隱忽現(xiàn)的飄過，就像一堆雜亂無章的思緒擠地鐵一樣擠入我的腦海。然而，我發(fā)現(xiàn)這跟上面的問題并沒有絲毫聯(lián)系，仿佛我有一把方天畫戟卻切不動(dòng)一盤菜的感覺，并沒有什么用。
我相信，大多數(shù)同學(xué)在熟練編寫業(yè)務(wù)代碼后，會(huì)在出現(xiàn)一些復(fù)雜問題后被委以重任，這就非?？简?yàn)大家的基本功了。
于是，我趁疫情在家時(shí)間充裕，花了一些時(shí)間閱讀書籍和思考，嘗試再去總結(jié)下計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)。
2
??
首先，我先從計(jì)算機(jī)的三大原則開始說起。
1. 是什么？計(jì)算機(jī)是執(zhí)行輸入、運(yùn)算、輸出的機(jī)器
計(jì)算機(jī)本質(zhì)上就是一臺(tái)機(jī)器，機(jī)器的工作模式：接收指令（輸入）、理解指令（運(yùn)算）、做出動(dòng)作（輸出）。工作模式很簡單，關(guān)鍵是計(jì)算機(jī)如何理解指令的呢？
舉個(gè)例子：在一個(gè)陽光明媚的早上，你對你對象說：不去上班行不行？你對象嬌滴滴的回答：不去上班你養(yǎng)我啊？
針對這橋段，你仔細(xì)想想你對象腦子里是怎么流轉(zhuǎn)的？
輸入：聲音（漢語）
理解：
接收聲信號(hào)
分析聲信號(hào)是鳥語、英語、日語還是漢語？
從腦庫存（內(nèi)存）中抽取積累的信息（學(xué)習(xí)所得），自我翻譯理解
輸出：表情（嬌滴滴） + 聲音（漢語）
其實(shí)，計(jì)算機(jī)也有三大基礎(chǔ)元件。
CPU（處理器）：負(fù)責(zé)解釋、執(zhí)行程序。
內(nèi)存：負(fù)責(zé)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。
I/O（Input/Output）：負(fù)責(zé)將計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備（周邊設(shè)備）連接在一起。
簡單說，I/O就相當(dāng)于五官跟大自然連接的器官，內(nèi)存就相當(dāng)于你的腦庫存（腦知識(shí)庫），CPU就相當(dāng)于你的腦神經(jīng)中樞。
2. 怎么交流？計(jì)算機(jī)只能理解數(shù)字
不同人種，不同的生物，有不同的語言。機(jī)器也不例外，它也有獨(dú)特的語言，你只有跟它說數(shù)字才能理解。
你可能質(zhì)疑道：放屁，我明明在我的瀏覽器用搜索引擎搜索關(guān)鍵字「靚仔」，它給我輸出「博主照片」,它明明可理解中文。
其實(shí)，這功勞就要?dú)w功于程序，程序充當(dāng)了中間翻譯官。比如，我們?nèi)祟惐旧硎菬o法識(shí)別語言的，有些人上知天文下知地理，而有些人卻只會(huì)牛逼和臥槽。這一切，取決于我們的腦庫存的知識(shí)，這些知識(shí)會(huì)把外界的信息進(jìn)行翻譯讓大腦能夠理解。
于是，計(jì)算機(jī)中的內(nèi)存是程序的載體，計(jì)算機(jī)只能理解數(shù)字，那么程序就必須被翻譯成數(shù)字才能在計(jì)算機(jī)中運(yùn)行。 程序要想運(yùn)行起來，它將經(jīng)歷：程序 -> 編譯（翻譯）-> 機(jī)器語言。
這時(shí)候，你可能會(huì)想：程序到底是什么東西，能解釋清楚嗎？
3. 程序是什么？指令和數(shù)據(jù)的集合
程序就像是我們腦庫存中的知識(shí)庫一樣，數(shù)據(jù)相當(dāng)于人的記憶，指令相當(dāng)于人的邏輯。
舉個(gè)例子：
例子 1:
1 + 1 = 2
1是數(shù)據(jù)，+運(yùn)算是指令
例子 2:
int i = 1; // 數(shù)據(jù)
int j = 0; // 數(shù)據(jù)
// 指令：順序、條件、循環(huán)
if (i > 0) {
j = i + i;
} else {
j = i - i;
}
3
?
通過敘述，大概解釋清楚了計(jì)算機(jī)的硬核元件是CPU、內(nèi)存、I/O，程序的硬核內(nèi)容是數(shù)據(jù)、指令，程序存儲(chǔ)在內(nèi)存中供CPU讀取執(zhí)行運(yùn)算。
那么，我們用Java、C還是Php寫程序，到底在寫什么？
本質(zhì)上，寫程序就是在輸入初始值（申請內(nèi)存），執(zhí)行運(yùn)算（順序、條件、循環(huán)），輸出預(yù)期值（寫入內(nèi)存）。
但是，我們知道內(nèi)存是連續(xù)的，順序執(zhí)行是順理成章的被計(jì)算機(jī)理解，條件/循環(huán)執(zhí)行呢？于是，就出現(xiàn)跳轉(zhuǎn)指令，用于跳轉(zhuǎn)到指定的程序塊。
基于內(nèi)存約束，數(shù)據(jù)也就是連續(xù)存儲(chǔ)在內(nèi)存中。但是，人類對世界的需求是千奇百怪的，更不是純線性結(jié)構(gòu)的。同時(shí)，我們又無法去改變內(nèi)存的結(jié)構(gòu)。
于是，出現(xiàn)了很多的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
線性：鏈表、堆、棧
樹狀：二叉樹
圖狀：鄰接矩陣、鄰接表、逆鄰接表、十字鏈表
那么，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有什么用？本質(zhì)上來說，是為了適應(yīng)各種運(yùn)算方式從而找到最優(yōu)解也就是算法，我認(rèn)為「數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)」是為「算法」服務(wù)的，這樣才能更好的運(yùn)轉(zhuǎn)。
簡單說，程序就是「數(shù)據(jù) + 指令」線性存儲(chǔ)在內(nèi)存中供CPU調(diào)遣，CPU運(yùn)算就是在執(zhí)行順序、條件、循環(huán)的運(yùn)算邏輯。為了滿足現(xiàn)實(shí)世界的訴求，人類為了更好讓機(jī)器服務(wù)，于是研究出了各種各樣的運(yùn)算法則（算法），算法需要特殊的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)），這樣在現(xiàn)實(shí)世界與機(jī)器就友好相處了。
4
?
通過上面分析，你仔細(xì)想想學(xué)習(xí)編程語言的過程？
第一課：數(shù)據(jù)類型（int、long、char、指針、bool）
第二課：運(yùn)算符（+-*/）、控制流程（順序、條件、循環(huán)）
第三課：數(shù)組、結(jié)構(gòu)體、類
第四課：集合
第五課：文件、網(wǎng)絡(luò)（I/O）
第六課：并發(fā)編程（CPU）
第七課：內(nèi)存管理（內(nèi)存）
其實(shí)，邏輯是很簡單，你按這邏輯去學(xué)習(xí)新編程語言也可以輕松上手，主要關(guān)注不同語言的差異。
學(xué)習(xí)程序基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)「數(shù)據(jù) + 指令」。于是，先學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)類型，運(yùn)算方式、控制流程、數(shù)組、結(jié)構(gòu)體、類。
為了簡化我們的使用成本，于是必然會(huì)有很多可復(fù)用的集合「數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) + 算法」，list、map、set一定會(huì)與你相遇，只不過是穿什么大褲衩罷了。
網(wǎng)絡(luò)編程、文件處理，就是計(jì)算機(jī)跟外界接觸的器官，輸入/輸出罷了。
CPU是執(zhí)行運(yùn)算的大腦，為了更好的榨干CPU，那就必然會(huì)并發(fā)編程，至于怎么并就取決于計(jì)算機(jī)有幾核。
內(nèi)存管理就像倉庫管理，你要有進(jìn)有出。那么，內(nèi)存你申請了不釋放，必然會(huì)出現(xiàn)飆升升直到倉庫爆滿掛掉。不同的是，內(nèi)存管理是一項(xiàng)基本工作，大多數(shù)語言有自動(dòng)回收機(jī)制，少數(shù)則需要手動(dòng)回收。
這樣，我們理清楚了計(jì)算機(jī)硬件跟我們寫的程序在宏觀上的一個(gè)關(guān)系。于是，我們回到最初的問題。
問題1: 你去評估下這項(xiàng)目需要幾臺(tái)機(jī)器能維持穩(wěn)定性，CPU要幾核，內(nèi)存要多大？
根據(jù)監(jiān)控峰值QPS，根據(jù)不同QPS狀況統(tǒng)計(jì)CPU和內(nèi)存的占用情況，根據(jù)實(shí)際情況給個(gè)折中值就好。
問題2: X模塊偶發(fā)出現(xiàn)內(nèi)存飆升的情況，你追查下原因順便想想如何優(yōu)化？
這就是個(gè)內(nèi)存管理問題，主要去review內(nèi)存申請和銷毀的程序邏輯，重點(diǎn)看是否有申請不釋放的代碼，輔之以工具，那就好辦了。
總而言之，有時(shí)候并不是碰到的問題的有多難，而是如何去思考定位關(guān)鍵問題，輔之以工具，不斷實(shí)驗(yàn)和調(diào)試，從根本上解決問題。而不是，胡子眉毛一把抓，或怒氣沖冠大喊尼瑪狗逼，或驚慌失措叨叨涼了涼了。
歡迎關(guān)注“編碼之外”
女朋友為我寫了一個(gè)防猝死插件
大學(xué)四年，我終于把編程學(xué)拉垮了！
再見了！錘子?。?！