• 一个优秀的程序员需要掌握哪些基础知识
  • 发布于 2个月前
  • 183 热度
    0 评论
  • 金龙鱼
  • 8 粉丝 41 篇博客
  •   

作为一个程序员,需要掌握哪些计算机方面的基础知识呢?我这边总结一下。

信息的表示和处理


计算机如何表示整数:有符号数和无符号数,尤其是如何用补码表示负数,数字的取值范围。 

计算机如何表示浮点数,为什么小数的二进制表示法只能近似表示十进制小数。 

数值的转换、移位 

这几点非常重要,因为几乎所有的编程语言都有数据类型,而最基本数据类型必然包括整数和浮点数。 

搞不清这些表示和运算,在编程中就会遇到一些稀奇古怪的问题。 

从汇编层面理解程序的执行

顺序、分支、循环、函数调用、数组、结构体等在汇编层面是怎么实现的,寄存器和内存是怎么使用的。 

理解了这些其实也就理解了冯诺依曼计算机体系结构,这是计算机学科一个基础性的东西。  

知道程序在底层是怎么运转的, 对于学习各种虚拟机有很大的帮助,比如JVM,它要解析执行的是字节码,字节码本质上要表达的就是这些东西,只不过有所扩展。 

理解了栈帧,就能理解函数调用的本质,递归,以及尾递归的实现。还有安全相关的概念,如缓冲区溢出这个臭名卓著的漏洞及其防范办法。  

进程和线程

程序员必备的知识,不了解这个,简直是无法编程。 

需要掌握进程的地址空间,代码在哪里,堆在哪里,栈在哪里。 

要准确理解进程和线程之间的关系,为什么说进程是拥有资源的基本单位, 线程是CPU调度的基本单位? 

进程切换和线程切换之间的区别和联系。 

他们是如何创建,执行,有哪些状态,状态之间的转换。 由此会涉及到并发和并行,线程之间的竞争和合作。 

锁的本质(硬件层面),乐观锁,悲观锁,死锁等问题。 

线程的实现方式,用户级线程和内核级线程的对应方式。  

在编程的过程中,有些知识点会直接使用,如多线程编程,锁。 还有一些概念能用到很多地方,例如CAS,不仅仅是编程语言的概念,还能在更新数据库时使用。再比如你理解了线程的实现方式,迅速就能掌握go语言中并发的手段:goroutine。 

存储器的层次结构

Tomcat用了多线程执行请求,Redis用了单线程来处理请求,Node.js也用了单线程来,这是为什么?  秘密都在存储器的层次结构。 

人类制造的计算机设备之间有着巨大的速度差异:  

总之,CPU超级快,内存比较快,硬盘非常慢,网络更慢, 这个速度差异是IT行业的一个核心问题,人类想了很多办法试图去弥补这个差异:多线程,缓存,异步,多路复用,硬件层面的DMA。 

记着下面这张图,每当你遇到某个软件的特性的时候,想一想和它有什么关系: 

数据结构和算法

它的重要性我罗嗦过很多次了,不用再重复了, 我就举个最简单的例子: 理解了B+ Tree才能理解MySQL的InnoDB的索引,理解了索引才能更好地优化查询,对吧?  

计算机网络

现在的程序基本上都是网络程序, 所以这也是一个必备的基础知识,学习计算机网络的一大好处就是和工作直接相关,能直接使用,比较有动力。 

HTTP协议肯定跑不掉,TCP,UDP也得会,尤其是TCP可靠传输的原理:如何在一个不可靠的网络中进行可靠的传输, 这是无数前辈总结的经验,一定得掌握。  

要理解什么是通信协议,也许某一天你自己就需要定制一个协议来传输数据。 

分组交换是什么意思? 协议分层的本质是什么? 什么叫无状态的协议?  

Socket相关的编程更是重点,尤其是涉及到服务器端高并发的时候,如何维持和处理这些海量的socket, epoll等技术就得上场了。 

还有非常重要的HTTPs的基本原理,也是网络安全的精华所在:对称加密,非对称加密,消息摘要,数字证书,中间人攻击。 

数据库

不多说,关系模型、范式、SQL、索引、事务等知识都得掌握,尤其是要了解他们的实现方式。 

分布式的基础知识

这些已经偏向应用层面了,但是现在很多系统都是分布式的了,分布式就变成了一种基础知识。

系统通信:RPC, 消息队列等 

负载均衡的原理 

CAP原理,BASE原理,幂等性,一致性模型(强一致性,最终一致性.....)和相关协议(两阶段提交,Raft,Paxos......) 

数据分片:取模算法,一致性Hash,虚拟桶 

基本的设计思想

下面这几种设计思想对我影响很大,需要大家特别注意。但是掌握起来却很不容易,需要在实践中不断地体会: 

正交:各个概念之间可以独立变化 

抽象:抛弃细节,找到本质和共性

《深入理解计算机系统》一书中提到:“指令集是对CPU的抽象, 文件是对输入/输出设备的抽象, 虚拟存储器是对程序存储的抽象, 进程是对一个正在运行的程序的抽象, 而虚拟机是对整个计算机(包括操作系统、处理器和程序)的抽象。 如果你对这句话透彻理解了,说明对计算机系统的认识已经很深刻了。 

分层:我只想和我的邻居打交道, 如网络协议,Web应用开发。 

分而治之:大事化小,小事化了,架构设计必备。 

关键点来了,怎么学习呢?

我原来的方式是先看书,看了很多书,数据结构,操作系统,汇编,网络...... 这种办法的最大问题就是枯燥(嗯,那时候还没有码农翻身这样用故事讲解技术的文章)。

理论多,实践少,很多知识点体会不深, 等到参与的项目多了,Coding多了,这些知识点才慢慢地鲜活起来。  

一种更加有效的办法是从工作中用到的知识点出发,从这个知识点向外扩展,由点到线,由线到面,然后让各个层次都连接起来,形成一个立体的网络。 

切记,学习是一个螺旋上升的过程,想要上升就得深度思考,多问几个为什么。 

比如工作中用到了Redis,你在学习过程中发现这个Redis用了单线程来处理读写请求,为什么要这么做? 对于成千上万的请求它是如何处理的? 然后再联想一下别的软件:Tomcat为什么不这么干? 想回答这些问题,需要发掘很多基础知识。 

这样做的次数多了,积累到一定程度,量变就会引起质变,整个系统就被你看透了,你的知识又扩大了一圈,更多的疑问出现了......
用户评论