面試突擊（二）——理解計算機編程技術複雜性的根源

       編程到底難在哪裏呢？編程語言的語法複雜？業務邏輯複雜？可能都存在吧！不過就我自身的感覺是編寫多線程高併發相關的代碼，以及編寫網絡通訊的代碼是比較複雜的，學習過c/c++不過我主要使用java編程，猜想管理系統內存直接和OS打交道的部分也應該是比較複雜的。若是沒有多線程高併發編程，也不須要編寫多進程之間通訊的編程，我想編程可能就會輕鬆許多了。那問題來了，爲啥會有進程、線程的存在呢？我認爲計算機編程技術的複雜性的根源就在於這三個字——速度差。

       一樣話不讀多少，先上一個圖看一下！

 

 

從上圖中咱們能感覺到CPU和數據存儲設備的速度差是多麼的懸殊，人類在各個方面對於性能的追求老是孜孜不倦的，由於更快表明着更強或者能更早的獲取到機會爭取到利益。

計算機核心的功能在於計算，最先是人肉輸入信息讓計算機來計算，不過人和計算機在速度上比，人絕對是智障。固然，人腦也是極易輸入錯誤的，因此，就將相應的輸入程序及數據先寫好放到硬盤，到時候計算器直接從硬盤上讀取就好了，不過硬盤太慢了CPU難以忍受，因此，爲了更快的讀取速度，就加上了內存，但是內存相對CPU仍是慢的不行，後來又加上了L1/L2/L3三級緩存，這樣總算是基本遇上CPU的速度了。解決了速度匹配的問題，可是引入了其餘的問題，好比：內存及緩存空間比較小，所需數據比較多，命中不到仍是須要從磁盤一級一級的把數據倒騰過來，計算的數據也一樣須要一層層的在寫回磁盤。磁盤——內存——L3——L2——L1——CPU之間仍是存在速度差的，存在速度差就又快又慢就存在等待，存在等待就存在乾的快的有空閒。爲了避免讓CPU空閒，因而產生了多進程，不過多進程的上下文切換過重了，因而又有了線程，線程間是共享進程的公共內存空間的，多個線程對同一塊內存地址均可以有寫操做，因而就產生了多線程並不是編程致使數據不一致性的問題。爲了解決這個問題有引入了鎖機制以及內存操做的管理模型，這樣下來本來簡單的編程就變得複雜了起來。

我認爲單機編程的複雜性就在這裏了，引發這個複雜性的根源就是——數據存儲設備運輸數據到計算設備的速度差致使的。若是仔細來好好分析，幾乎全部的技術，都在是千方百計絞盡腦汁的在經過各類方法來解決這個問題的。好比：數據庫的索引，內存數據庫，零拷貝，線程池，單例模式，異步編程，事件驅動模型，日誌追加寫，數據先放入內存在一級一級的放入對應的緩存等等。