Java功底篇系列-05-咱們要知道計算機工做原理

話題一：緩存思想

咱們常常說，要想讓程序快，就得多利用緩存，有一句話說的好，緩存爲王！

從計算機硬件上看，咱們知道有內存，CPU裏面有寄存器/一級/二級/三級緩存，那麼CPU裏面爲何要這些東西呢？

程序是運行在內存之上的，CPU是負責計算處理數據的，想想：

方案一：每一次CPU計算數據都是從內存裏面取，計算完畢後，在寫入內存

方案二：將CPU須要計算處理的數據從內存先加載進一級、二級、三級緩存，那麼意味着之後CPU進行計算將從本身的緩存中拿去，而不用每次從內存中取，這樣會節省不少時間！

那麼什麼是緩存思想呢，胖哥說的好，其實就是「就近原則」，只要咱們須要處理的數據離的近，那麼就計算的快！

話題二：處理指令的方法

咱們在移動鼠標，敲打鍵盤的時候，都會發出指令，那麼計算機是如何處理這麼密集的指令的呢？

方法一：計算機能夠每隔一段時間去掃描各個部件，看看有沒有指令須要處理。

這種方法的弊端是，當掃描到的時候，可能指令早就發出了，也就是「晚了」。

方法二：以下圖所示

首先來講，咱們不知道設備何時發出指令，也不知道發出指令的頻繁度，而CPU又是一個高速處理指令的部件，那麼怎麼辦呢？

讓發出的指令，進入一個指令緩衝區內，CPU從指令緩衝區內拿指令進行執行，這樣起到了一個平衡的做用，並且發揮CPU的高效性！【其實這就是所謂的「中斷」模型】

可見，不只僅緩存能夠提升程序的運行速度，利用緩衝區的思想對於一些系統也是一個不錯的IDEA！

想想，咱們常常在JAVA IO的過程當中使用BUFFER，和上面的思想不是相似的嗎？

話題三：多個CPU

計算機從原先的一個CPU，弄到如今有不少個CPU，這是爲何呢？

有一堆貨物，若是多我的一塊兒來搬，會比一我的搬，要快的多！但是，人多了，是會有矛盾的，是須要複雜的算法進行管理的；而一我的，隨便怎麼弄！

設想一下，若是來了一個指令，多個CPU一塊兒來爭奪這個指令，都想去執行這個指令，怎麼辦？

既然有多個CPU，那麼爲何不指定一個「老大」，出現矛盾時，就聽「老大」的，這是一種實現調度的方式。

話題四：如何CACHE？

有一個CACHE LINE的概念，說的就是將一段連續的內存空間CACHE住！

好比，咱們有一個一維數組，那麼顯然，若是一次性將數組元素CACHE到緩存中，會有利於程序的高效性，反之，若是每一次訪問數組元素都是從內存中加載的話，必然效率不高。

話題五：多核CPU與多線程

咱們知道在JAVA代碼中，可使用synchronized來進行鎖的控制，其實是指定了一塊臨界區，在這塊臨界區內，無論有多少個CPU，只要有一個線程進入了，那麼其餘線程都必須等待，其實是將其餘線程放入到了一個阻塞隊列中，一旦臨界區內的線程離開了，那麼阻塞隊列中的線程被激活。

在咱們的系統中，是否是線程越多越好呢？

咱們但願CPU是真正的在幹活，而不是在多個線程上進行「上下文切換」。

若是咱們的系統是CPU密集型，也便是大多都是計算任務，應該配置和CPU個數相關的線程數量；若是是IO密集型，其實並不佔用太多CPU（阻塞IO的話），所以能夠經過提供數目較多的線程來達到提升CPU的使用率。

話題六：隨機讀寫和順序讀寫

在計算機領域，常常聽到上面的概念，那麼到底什麼是「隨機」/「順序」讀寫呢？

咱們的數據是存儲在硬盤上的，而機械式的硬盤，是須要尋道尋址的，也就是必須先轉動磁頭到相應位置後，在進行讀寫。若是，咱們的IO次數較多，並且都仍是些小IO的話，勢必形成磁頭一下子在A處讀寫，一會又到B處讀寫，這就是所謂的「隨機」的概念。

能夠看得出，隨機讀寫，會有大量的時間花費在尋道尋址上，那麼什麼是順序讀寫呢？

若是有10條數據須要寫入，那麼不要先寫第一條，寫完了，在寫第二條，而是一次性批量的寫入！將屢次小IO合併成大的IO，批量的，一次性寫入，這就是「順序」的概念。

感悟：咱們在JAVA IO操做時，老是說數據先寫入BUFFER，等緩衝區滿後，在FLUSH，其實就是將隨機讀寫變成順序讀寫，從而節省IO時間！

話題七：網絡IO中的一些思考

字節流 VS 字符流

在網絡IO中，傳輸的是字節流，也就是計算機所能識別的01數字，而對於咱們而言，字符是可視化的，友好的，所以會在字節流的基礎上進行包裝！

接收方如何知道編碼？接收方如何知道結束？

若是A給B發送一串信息S，在網絡中會將S弄成字節流D，B拿到後如何知道是什麼呢？B又如何知道何時發送結束了呢？

首先來說，S到D的過程，會利用到字符集，其實就是一個映射表，它告訴了多少個字節的數據會轉化成可視化的字符數據；B拿到字節數據後，同理，利用映射表將其轉化成字符數據。

可見，若是編碼的過程和解碼的過程採用同一的字符集的話，就不會出現「亂碼」問題了。

那麼，B如何知道A的編碼是什麼呢？

能夠A,B在寫代碼前，商量好字符集，或者採用一種更加「智能」的方式：

想想，瀏覽器和服務器在利用HTTP協議進行通訊時，是否是有不少paramName=Value的數據，若是A在發送數據的時候，同時給數據打一個「標籤」，明確的告訴B編碼是什麼，B收到數據後，先看「標籤」，明確了字符集，在進行操做，這樣一來，B就能夠自動識別A發送數據的字符集了。

A在給B發送數據，那麼B又如何知道何時數據結束了呢？

若是A write了一行數據，而且以\n結束，若是B收到了一行數據，還讀到了\n，那麼就意味着本次數據讀完了。也就是writeLine()/readLine()是須要結束標記的！

那麼除告終束標記外，還能夠怎樣呢？

若是A在發送數據前，先告訴B，我要發送N大小的數據，那麼B天然接收到N大小的數據後就知道該結束了！