計算機(jī)基礎(chǔ)知識對程序員來說有多重要?
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數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，操作系統(tǒng)，編譯原理，計算機(jī)組成原理這些課程對普通程序員來說是否需要去學(xué)習(xí)？會帶來哪些幫助？這是一個知乎上的熱門問題，以下是我的回答。
我們依次來了解這幾門課程是在工作中有啥用，回答有點長，請保持耐心：）
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一、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法
正如 N.Wirth 教授所說的：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+ 算法＝程序。
遇到一個實際問題，充分利用所學(xué)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將數(shù)據(jù)及其之間的關(guān)系有效地存儲在計算機(jī)中，然后選擇合適的算法策略，并用程序高效實現(xiàn)。
這句話可能有點抽象，我舉個例子給你們解釋一下。
在工作過程中，我們多多少少都接觸過 OAuth2 ，在使用 OAuth2 授權(quán)的時候，通常應(yīng)用會彈出一個類似這樣的信息：
1) 獲取用戶基本信息接口2) 獲取用戶列表接口3) 用戶分組管理接口。。。
思考一下，如果讓你設(shè)計數(shù)據(jù)庫，應(yīng)該怎么設(shè)計信息存儲權(quán)限？
如何你熟練掌握了各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點的話，那自然而然想到使用 bitmap 來存儲權(quán)限。
我們把權(quán)限劃分成最小粒度之后，每一個 bit 都它的含義， 例如我們把權(quán)限劃分為以下幾種：
獲取你的頭像、性別、昵稱等基本用戶信息
以你的身份發(fā)布微博
獲取你的好友列表
獲取你的朋友圈信息
每勾選一個選項，就代表著這個權(quán)限被授權(quán)，為了保證可擴(kuò)展性，我們使用一個 uint64 來保存這些 bit ，也就是說，我們一共可以劃分 64 種細(xì)分權(quán)限，然后對這些權(quán)限進(jìn)行組合。
例如，第一個 bit 如果設(shè)置了，那么就代表可以獲取你的昵稱、頭像、地區(qū)、性別等基本用戶信息， 第二個 bit 如果設(shè)置了，就可以用你的身份發(fā)狀態(tài)。
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實際作用還有挺多，感興趣的可以搜索以下知識點：
二叉樹搜索用于中斷處理、登記緩存查找等
哈希表，用于實現(xiàn)索引節(jié)點、文件系統(tǒng)完整性檢查等
紅黑樹用于調(diào)度、虛擬內(nèi)存管理、跟蹤文件描述符和目錄條目等
Radix 樹，用于內(nèi)存管理、NFS 相關(guān)查找和網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的功能
......
上面這些例子是關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的，我再舉一個算法的例子。
同樣的也來思考一個問題：計算機(jī)的緩存容量無論再大，緩存滿了還是要刪除一些內(nèi)容，給新內(nèi)容騰位置。
那么刪除哪些內(nèi)容呢？我們肯定希望刪掉哪些沒什么用的緩存，而把有用的數(shù)據(jù)繼續(xù)留在緩存里，方便之后繼續(xù)使用。那么，什么樣的數(shù)據(jù)，我們判定為「有用的」的數(shù)據(jù)呢？
這個時候采取的策略就是 LRU 緩存淘汰算法。
LRU 的全稱是 Least Recently Used，也就是說我們認(rèn)為最近使用過的數(shù)據(jù)應(yīng)該是是「有用的」，很久都沒用過的數(shù)據(jù)應(yīng)該是無用的，內(nèi)存滿了就優(yōu)先刪那些很久沒用過的數(shù)據(jù)。
具體的關(guān)于 LRU 緩存淘汰算法 的介紹可以看我之前寫的一篇文章。
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二、操作系統(tǒng)
先來看一下操作系統(tǒng)都有哪些內(nèi)容。
現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)由一個或多個處理器、主存、打印機(jī)、鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、網(wǎng)絡(luò)接口以及各種輸入/輸出設(shè)備構(gòu)成。
說實話，程序員不可能會掌握所有計算機(jī)系統(tǒng)的細(xì)節(jié)，所以在硬件的基礎(chǔ)之上，計算機(jī)安裝了一層軟件，這層軟件能夠通過響應(yīng)用戶輸入的指令達(dá)到控制硬件的效果，從而滿足用戶需求，這種軟件稱之為 操作系統(tǒng) ，它的任務(wù)就是為用戶程序提供一個更好、更簡單、更清晰的計算機(jī)模型。
我們依舊通過一個例子來解釋操作系統(tǒng)在工作中的幫助。
例子來源于 知乎大佬 @invalid s 。
比如說，做一個網(wǎng)絡(luò)代理軟件，不過是從 socket 上收一個包然后轉(zhuǎn)發(fā)給另一個 socket 而已，這好像和操作系統(tǒng)沒多大關(guān)系吧？
但真做了，你會發(fā)現(xiàn)，用一個線程處理網(wǎng)絡(luò) IO，只要寫對了，那么哪怕系統(tǒng)壓力很大，只要 CPU 頂?shù)米。涂梢员ＷC引入的延遲總是在幾個毫秒之內(nèi)；但如果用了多線程分別處理收/發(fā)，那么只要網(wǎng)絡(luò)壓力稍大，引入的延遲就會增加，很快額外延遲就可能突破幾十個毫秒（這實際上已經(jīng)完全不能用了）。
想搞明白這是為什么，對操作系統(tǒng)調(diào)度原理、時間片等概念沒有足夠深刻的理解，是不可能的。
尤其是，當(dāng)你突然遇到類似“系統(tǒng)壓力一大網(wǎng)絡(luò)延遲急劇升高”的 bug 時，如果對操作系統(tǒng)沒有深入理解，你連準(zhǔn)確描述都做不到，連查資料、求幫助都不知道該往哪個方向努力，更不用說 debug 了。
換句話說，你可以不造輪子，但是你要知道這輪子是怎么造的，否則你連問問題都不知道如何去描述。
再降維一點，你總要掌握如何安裝 Windows 系統(tǒng)吧，否則妹子讓你去她房間里修電腦你都只能拒絕掉！
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三、編譯原理
眾所周知，編譯技術(shù)是計算機(jī)科學(xué)史上的明珠之一。
對于編譯原理，很多程序員的困惑就是：我也不會去設(shè)計一門新的編程語言，有必要學(xué)習(xí)編譯原理嗎？學(xué)了有什么用呢？
實際上，編譯原理不是用于炫耀的屠龍技，程序員在工作中經(jīng)常會碰到需要編譯技術(shù)的場景，比如：
編寫界面模板引擎；
為項目編寫各種各樣的 DSL；
深度理解甚至開發(fā)出 Spring、Hibernate、阿里巴巴 Druid 這樣的工具。
除此之外，解析用戶輸入，防止代碼注入，為前端工程師提供像 React 那樣的 DSL，像 TypeScript 那樣把一門語言翻譯成另一門語言，像 CMake 和 Maven 那樣通過配置文件來靈活工作，運維工程師分析日志文件等等高級別的需求，都會用到編譯技術(shù)。
當(dāng)然，說實話，編譯原理并非隨隨便便就能入門的！
換言之，需要準(zhǔn)備一些基礎(chǔ)知識在學(xué)習(xí)。
編譯原理的學(xué)習(xí)和實踐通常基于對計算機(jī)編譯過程、計算機(jī)基本工作原理、甚至一定的數(shù)學(xué)知識有一定積累，這些知識分別分布并應(yīng)用在了編譯原理的不同階段。
沒有這些基本知識的積累，很快就會在某個階段由于功底不夠而無法再繼續(xù)后面的學(xué)習(xí)。
所以不要一開始就去啃編譯原理。
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四、計算機(jī)組成原理
從上面這張圖可以看出來，整個計算機(jī)組成原理，就是圍繞著計算機(jī)是如何組織運作展開的。
我們依舊來舉例子：）
每個程序員應(yīng)該都知道 Ascii 碼，GB2312，GBK，Utf8，Unicode 等編碼格式，如果你沒接觸過，那總出現(xiàn)過文件壓縮后解壓亂碼的情況吧？
了解了這些編碼的存儲格式，你才會明白為什么會有中文亂碼問題，靠，我在寫這個回答的時候，我的后端同事發(fā)給我的日志就出現(xiàn)了中文亂碼。。。。
再來個例子。
我們上面舉的關(guān)于 LRU 緩存算法 的例子，它的設(shè)計也是借鑒計算機(jī)組成原理的內(nèi)容的，
在計算機(jī)的世界里，空間換時間，時間換空間這個概念在復(fù)雜的設(shè)計中時常出現(xiàn)。
如果你想更詳細(xì)的了解 計算機(jī)組成原理 的知識，推薦一本書：《計算機(jī)組成：結(jié)構(gòu)化方法》。
書的內(nèi)容完全建立在“計算機(jī)是由層次結(jié)構(gòu)組成的，每層完成規(guī)定的功能”這一概念之上。
1、數(shù)字邏輯層
2、微體系結(jié)構(gòu)層
3、指令系統(tǒng)層
4、操作系統(tǒng)層
5、匯編語言層
6、并行體系結(jié)構(gòu)
以上就是我對 計算機(jī)基礎(chǔ)知識對程序員來說有多重要 的一個回答。
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