0309 软件基本原理1

程序开发技术学习方法论

软件研发行业,新技术的出现日新月异,如何高效的学习,保持技术先进性?
基于第一性原理:即 抓住事物的本质特征,按照事物本身的规律去推导,演绎事物在各种场景下的变化规律,东西技术在业务场景中的表现。
物理学,几何学,马斯克等推崇第一性原理。
软件研发学习方法:建立自己的技术思维体系,东西技术背后的核心原理。当新技术出现的时候,依据已有的第一性原理,去推动和验证新技术的使用。

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程序运行和崩溃原理

代码或者程序包是程序的静态表现;
代码或者程序包通过操作系统从磁盘加载到内存,经过cpu的执行,即成为进程;


内存简单分为4块区域:


1,代码区


2,堆空间
是一块无序连续的内存空间
3,栈空间
后进先出,每个函数的执行产生一个线程栈;
线程栈包括入参,堆空间的入口地址,函数局部变量;
每个线程栈之间是隔离的;
4,进程数据结构
一般是数组;

现代cpu如何做到运行多任务?
即基于cpu的分时共享技术,多个进程之间共享cpu的时间片;


进程的状态: 运行,就绪,堵塞


但是进程切换的代价非常大,所以,在进程范围内引入了线程;
线程的状态跟进程类似;


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JavaWeb程序运行和崩溃

java程序员大部分写的都是javaWEB程序,运行架构如下图所示;




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程序崩溃的原因是:高并发引起的线程堵塞;

并发修改数据的时候,操作系统引入了锁;
锁上面有一个等待的线程池,当锁没有及时释放,容易引起线程等待和堵塞;

系统崩溃过程如下:
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解决高并发问题的方法有3种:
1, 采用集群方式分担压力;
2,限流;
3,降级

数据结构原理

数据结构是软件研发的基础,数据结构不熟练,写不出高品质的程序。

顺序表

即数组,具有连续的内存空间,相同的数据类型;


根据所有获取值时间复杂度o(1)
根据值获得索引时间复杂度o(n)
插入和删除元素需要一定后续的所有元素

链表

离散的内存空间


结构包含:data,next


按照值查询 时间复杂度为o(n)


插入和删除元素代价比较小,不需要移动后继的元素;


特殊的顺序表, 后进先出,可以看成一个大桶;

队列

特殊的顺序表,先进先出,超市货架的货物摆放;

Hash

把key值转换为一个hashCode,  hashCode跟数组长度取余得到索引值;


数组元素里放的是一个链表的指针,如果出现hash冲突,则遍历该链表;


如果不出现hash冲突,hash表查找元素时间复杂度为o(1)


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一个元素,只有一个前驱,多个后继的数据结构为树;




一般使用递归的方法进行遍历。


设计模式的组合模式跟数类似。

JVM原理

write once,run everywhere!

这个的基础是jvm. 
java代码编译为字节码,jvm转换成各种系统的编码。

jvm结构

jvm分成3个部分

类加载器:程序装载和运行机制
运行时数据区:内存管理机制 
执行引擎:程序计数器和执行引擎  线程管理机制

运行时数据区分成4个部分;

线程共享

方法区

线程独有


程序计数器

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垃圾清除算法

标记清除算法。

先使用可达算法标记哪些对象不使用了。
然后回收:

分:清理,压缩,复制

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垃圾回收算法

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小结

本节回顾了软件的基本原理,首先介绍了学习方法论,第一性原理。
分3个部分:
1,程序运行和崩溃的原理;
2,数据结构的基本类型;
3,jvm的结构,垃圾回收算法,来及清除算法;

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