01

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？

• 你去評估下這專案需要幾臺機器能維持穩定性，CPU要幾核，記憶體要多大？
• X模組偶發出現記憶體飆升的情況，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，寫程式碼就是一把梭複製貼上，那能管那麼寬？仔細一想，我也是學過計算機組成原理、作業系統原理的男孩，豈能說慫就慫？

這時，馮·諾依曼、暫存器、記憶體、二進位制、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絡，放佛我有一把方天畫戟卻切不動一盤菜的感覺，並沒有什麼用。

我相信，大多數同學在熟練編寫業務程式碼後，會在出現一些複雜問題後被委以重任，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. 是什麼？計算機是執行輸入、運算、輸出的機器

計算機本質上就是一臺機器，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，你對你物件說：不去上班行不行？你物件嬌滴滴的回答：不去上班你養我啊？

針對這橋段，你仔細想想你物件腦子裡是怎麼流轉的？

• 輸入：聲音（漢語）
• 理解：
  • 接收聲訊號
  • 分析聲訊號是鳥語、英語、日語還是漢語？
  • 從腦庫存（記憶體）中抽取積累的資訊（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、執行程式。
• 記憶體：負責儲存程式和資料。
• I/O（Input/Output）：負責將計算機和外部裝置（周邊裝置）連線在一起。

簡單說，I/O就相當於五官跟大自然連線的器官，記憶體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. 怎麼交流？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尋關鍵字「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式，程式充當了中間翻譯官。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臥槽。這一切，取決於我們的腦庫存的知識，這些知識會把外界的資訊進行翻譯讓大腦能夠理解。

於是，計算機中的記憶體是程式的載體，計算機只能理解數字，那麼程式就必須被翻譯成數字才能在計算機中執行。 程式要想執行起來，它將經歷：程式 -> 編譯（翻譯）-> 機器語言。

這時候，你可能會想：程式到底是什麼東西，能解釋清楚嗎？

3. 程式是什麼？指令和資料的集合

程式就像是我們腦庫存中的知識庫一樣，資料相當於人的記憶，指令相當於人的邏輯。

舉個例子：

例子1: 1 + 1 = 2
1是資料，+運算是指令

例子2:
int i = 1; // 資料
int j = 0; // 資料

// 指令：順序、條件、迴圈
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、記憶體、I/O，程式的硬核內容是資料、指令，程式儲存在記憶體中供CPU讀取執行運算。

那麼，我們用Java、C還是Php寫程式，到底在寫什麼？

本質上，寫程式就是在輸入初始值（申請記憶體），執行運算（順序、條件、迴圈），輸出預期值（寫入記憶體）。

但是，我們知道記憶體是連續的，順序執行是順理成章的被計算機理解，條件/迴圈執行呢？於是，就出現跳轉指令，用於跳轉到指定的程式塊。

基於記憶體約束，資料也就是連續儲存在記憶體中。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，我們又無法去改變記憶體的結構。

於是，出現了很多的資料結構。

• 線性：連結串列、堆、棧
• 樹狀：二叉樹
• 圖狀：鄰接矩陣、鄰接表、逆鄰接表、十字連結串列

那麼，這些資料結構有什麼用？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演算法，我認為「資料結構」是為「演算法」服務的，這樣才能更好的運轉。

簡單說，程式就是「資料 + 指令」線性儲存在記憶體中供CPU調遣，CPU運算就是在執行順序、條件、迴圈的運算邏輯。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演算法則（演算法），演算法需要特殊的儲存結構（資料結構），這樣在現實世界與機器就友好相處了。

04

我們常聽資深程式設計師說：不要去爭執學什麼語言了，學透一門語言，學習其他語言是很容易的？

通過上面分析，你仔細想想學習程式語言的過程？

• 第一課：資料型別（int、long、char、指標、bool）
• 第二課：運算子（+-*/）、控制流程（順序、條件、迴圈）
• 第三課：陣列、結構體、類
• 第四課：集合
• 第五課：檔案、網路（I/O）
• 第六課：併發程式設計（CPU）
• 第七課：記憶體管理（記憶體）

其實，學習一門程式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程式語言也可以輕鬆上手，主要關注不同語言的差異。

1. 學習程式基礎結構「資料 + 指令」。於是，先學習資料型別，運算方式、控制流程、陣列、結構體、類。
2. 為了簡化我們的使用成本，於是必然會有很多可複用的集合「資料結構 + 演算法」，list、map、set一定會與你相遇，只不過是穿什麼大褲衩罷了。
3. 網路程式設計、檔案處理，就是計算機跟外界接觸的器官，輸入/輸出罷了。
4. CPU是執行運算的大腦，為了更好的榨乾CPU，那就必然會併發程式設計，至於怎麼並就取決於計算機有幾核。
5. 記憶體管理就像倉庫管理，你要有進有出。那麼，記憶體你申請了不釋放，必然會出現飆升直到倉庫飽滿掛掉。不同的是，記憶體管理是一項基本工作也是很複雜的事情，不同語言可能會推出自動回收記憶體的機制，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體跟我們寫的程式在巨集觀上的一個關係。於是，我們回到最初的問題。

問題1: 你去評估下這專案需要幾臺機器能維持穩定性，CPU要幾核，記憶體要多大？

根據監控峰值QPS，根據不同QPS狀況統計CPU和記憶體的佔用情況，根據實際情況給個折中值就好。

問題2: X模組偶發出現記憶體飆升的情況，你追查下原因順便想想如何優化？

這就是個記憶體管理問題，主要去review記憶體申請和銷燬的程式邏輯，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，不斷實驗和除錯，最終從根本上解決問題。而不是，鬍子眉毛一把抓，或怒氣衝冠大喊尼瑪狗逼，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。

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