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在學習工作中，經常會遇到些讓我腦子短路無法回血的問題？
- 你去評估下這項目需要幾台機器能維持穩定性，CPU要幾核，內存要多大？
- X模塊偶發出現內存飆升的情況，你追查下原因順便想想如何優化？
瞬間，鴉雀無聲甚至氣氛一度及其尷尬。作為一個CURD男孩，寫代碼就是一把梭復制粘貼，那能管那么寬？仔細一想，我也是學過計算機組成原理、操作系統原理的男孩，豈能說慫就慫？
這時，馮·諾依曼、寄存器、內存、二進制、補碼這些詞忽隱忽現的飄過，就像一堆雜亂無章的思緒擠地鐵一樣擠入我的腦海。然而，我發現這跟上面的問題並沒有絲毫聯系，放佛我有一把方天畫戟卻切不動一盤菜的感覺，並沒有什么用。
我相信，大多數同學在熟練編寫業務代碼后，會在出現一些復雜問題后被委以重任，這就非常考驗大家的基本功了。
於是，我趁疫情在家時間充裕，花了一些時間閱讀書籍和思考，嘗試再去總結下計算機的基礎知識。
02
首先，我先從計算機的三大原則開始說起。
1. 是什么？計算機是執行輸入、運算、輸出的機器
計算機本質上就是一台機器，機器的工作模式：接收指令（輸入）、理解指令（運算）、做出動作（輸出）。工作模式很簡單，關鍵是計算機如何理解指令的呢？
舉個例子：在一個陽光明媚的早上，你對你對象說：不去上班行不行？你對象嬌滴滴的回答：不去上班你養我啊？
針對這橋段，你仔細想想你對象腦子里是怎么流轉的？
- 輸入：聲音（漢語）
- 理解：
- 接收聲信號
- 分析聲信號是鳥語、英語、日語還是漢語？
- 從腦庫存（內存）中抽取積累的信息（學習所得），自我翻譯理解
- 輸出：表情（嬌滴滴） + 聲音（漢語）
其實，計算機也有三大基礎元件。
- CPU（處理器）：負責解釋、執行程序。
- 內存：負責存儲程序和數據。
- I/O（Input/Output）：負責將計算機和外部設備（周邊設備）連接在一起。
簡單說，I/O就相當於五官跟大自然連接的器官，內存就相當於你的腦庫存（腦知識庫），CPU就相當於你的腦神經中樞。
2. 怎么交流？計算機只能理解數字
不同人種，不同的生物，有不同的語言。機器也不例外，它也有獨特的語言，你只有跟它說數字才能理解。
你可能質疑道：放屁，我明明在我的瀏覽器用搜索引擎搜索關鍵字「靚仔」，它給我輸出「博主照片」,它明明可理解中文。
其實，這功勞就要歸功於程序，程序充當了中間翻譯官。比如，我們人類本身是無法識別語言的，有些人上知天文下知地理，而有些人卻只會牛逼和卧槽。這一切，取決於我們的腦庫存的知識，這些知識會把外界的信息進行翻譯讓大腦能夠理解。
於是，計算機中的內存是程序的載體，計算機只能理解數字，那么程序就必須被翻譯成數字才能在計算機中運行。 程序要想運行起來，它將經歷：程序 -> 編譯（翻譯）-> 機器語言。
這時候，你可能會想：程序到底是什么東西，能解釋清楚嗎？
3. 程序是什么？指令和數據的集合
程序就像是我們腦庫存中的知識庫一樣，數據相當於人的記憶，指令相當於人的邏輯。
舉個例子：
例子1: 1 + 1 = 2
1是數據，+運算是指令
例子2:
int i = 1; // 數據
int j = 0; // 數據
// 指令：順序、條件、循環
if (i > 0) {
j = i + i;
} else {
j = i - i;
}
03
通過敘述，大概解釋清楚了計算機的硬核元件是CPU、內存、I/O，程序的硬核內容是數據、指令，程序存儲在內存中供CPU讀取執行運算。
那么，我們用Java、C還是Php寫程序，到底在寫什么？
本質上，寫程序就是在輸入初始值（申請內存），執行運算（順序、條件、循環），輸出預期值（寫入內存）。
但是，我們知道內存是連續的，順序執行是順理成章的被計算機理解，條件/循環執行呢？於是，就出現跳轉指令，用於跳轉到指定的程序塊。
基於內存約束，數據也就是連續存儲在內存中。但是，人類對世界的需求是千奇百怪的，更不是純線性結構的。同時，我們又無法去改變內存的結構。
於是，出現了很多的數據結構。
- 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，這些數據結構有什么用？本質上來說，是為了適應各種運算方式從而找到最優解也就是算法，我認為「數據結構」是為「算法」服務的，這樣才能更好的運轉。
簡單說，程序就是「數據 + 指令」線性存儲在內存中供CPU調遣，CPU運算就是在執行順序、條件、循環的運算邏輯。為了滿足現實世界的訴求，人類為了更好讓機器服務，於是研究出了各種各樣的運算法則（算法），算法需要特殊的存儲結構（數據結構），這樣在現實世界與機器就友好相處了。
04
我們常聽資深程序員說：不要去爭執學什么語言了，學透一門語言，學習其他語言是很容易的？
通過上面分析，你仔細想想學習編程語言的過程？
- 第一課：數據類型（int、long、char、指針、bool）
- 第二課：運算符（+-*/）、控制流程（順序、條件、循環）
- 第三課：數組、結構體、類
- 第四課：集合
- 第五課：文件、網絡（I/O）
- 第六課：並發編程（CPU）
- 第七課：內存管理（內存）
其實，學習一門編程語言的邏輯是非常簡單的，你想你按這個邏輯去學習一門新編程語言也可以輕松上手，主要關注不同語言的差異。
- 學習程序基礎結構「數據 + 指令」。於是，先學習數據類型，運算方式、控制流程、數組、結構體、類。
- 為了簡化我們的使用成本，於是必然會有很多可復用的集合「數據結構 + 算法」，list、map、set一定會與你相遇，只不過是穿什么大褲衩罷了。
- 網絡編程、文件處理，就是計算機跟外界接觸的器官，輸入/輸出罷了。
- CPU是執行運算的大腦，為了更好的榨干CPU，那就必然會並發編程，至於怎么並就取決於計算機有幾核。
- 內存管理就像倉庫管理，你要有進有出。那么，內存你申請了不釋放，必然會出現飆升直到倉庫飽滿掛掉。不同的是，內存管理是一項基本工作也是很復雜的事情，不同語言可能會推出自動回收內存的機制，也有像C++這種需手動回收的機制。
這樣，我們理清楚了計算機硬件跟我們寫的程序在宏觀上的一個關系。於是，我們回到最初的問題。
問題1: 你去評估下這項目需要幾台機器能維持穩定性，CPU要幾核，內存要多大？
根據監控峰值QPS，根據不同QPS狀況統計CPU和內存的占用情況，根據實際情況給個折中值就好。
問題2: X模塊偶發出現內存飆升的情況，你追查下原因順便想想如何優化？
這就是個內存管理問題，主要去review內存申請和銷毀的程序邏輯，重點看是否有申請不釋放的邏輯，輔之以工具，那就有解決辦法了。
總而言之，有時候並不是碰到的問題的有多難，而是如何去思考定位關鍵問題，輔之以工具，不斷實驗和調試，最終從根本上解決問題。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。相信自己，腦子在思考，我們就能贏。
