Thinking Notes

计算机基础概念

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网络

5层协议

自下而上分别为物理层，数据链路层，网络层，传输层，应用层。
物理层和数据链路层传送比特位，负责将数据在网络节点上传输。
网络层对应主机之间的通信。
传输层在主机内部为应用层提供传输方式。

TCP，UDP区别

都属于传输层协议。TCP是面向链接的可靠协议；UDP是无链接的不可靠协议。
使用TCP会在通信前先建立链接，之后进行字节流的可靠传输。
但UDP则不会建立链接，直接发送数据。

TCP 可靠机制

可靠分为数据层面和传输层面。数据层面提供了检验和机制。
传输层面则主要提供了保序，不丢失：

  1. 序列号-每个数据包都有序列号，接收端可以确保数据的顺序可靠。
  2. 确认机制：发出去的包，需要接收端回复。
  3. 重传机制：超时重传（发出去的数据包在一定时间内没收到）和快速重传（比如收到了1，3,4包）则会连续发3个1包的确认包告诉发送端快速重传2号包。
    除此之外还有传输优化机制，避免网络状况更糟糕：
  4. 拥塞控制
  5. 滑动窗口

TCP 3次握手，4次挥手

根据上面提到的可靠机制，在建立链接时会分享自己的序列号，同时也需要回复最后一个数据包。
所以3次握手是上述机制的最少通信次数。
A和B建立链接。具体是

  1. A说：“我的序列号是a，我们建立链接吧（SYN）”。发出去之后A会进入等待状态（TODO）
  2. B收到后，回复说“我收到了（ACK），我的序列号是b，可以建立链接（SYN）”。之后进入SYN_RCV
  3. A 收到回复后，知道了序列号号，需要对B的消息进行确认，回复说好的。A进入established，B收到后也进入established。
    这期间由于其他机制的需要，也会附带其他信息，比如窗口大小。
    至于4次挥手，是因为TCP是双向独立通信的，两个方向的传输需要单独关闭。每一次关闭都需要告知，并且回复确认。总共需要4次。

网络IO 多路复用

作者：Java程序鱼
链接：https://www.zhihu.com/question/28594409/answer/3603682873
来源：知乎
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但是由于读写操作等待用户输入 或 输出都是阻塞的，所以 I/O 操作在一般情况下往往不能直接返回，这会导致某一文件的 I/O 阻塞导，致整个进程无法对其它客户提供服务。而 I/O 多路复用就是为了解决这个问题而出现的。为了让单线程(进程)的服务端应用同时处理多个客户端的事件，Redis 采用了 IO 多路复用机制。

这里“多路”指的是多个网络连接客户端，“复用”指的是复用同一个线程(单进程)。I/O 多路复用其实是使用一个线程来检查多个 Socket 的就绪状态，在单个线程中通过记录跟踪每一个 socket（I/O流）的状态来管理处理多个 I/O 流。如下图是 Redis 的 I/O 多路复用模型：

如上图对 Redis 的 I/O 多路复用模型进行一下描述说明：

  • 一个 socket 客户端与服务端连接时，会生成对应一个套接字描述符(套接字描述符是文件描述符的一种)，每一个 socket 网络连接其实都对应一个文件描述符。
  • 多个客户端与服务端连接时，Redis 使用 I/O 多路复用程序 将客户端 socket 对应的 FD 注册到监听列表(一个队列)中。当客服端执行 read、write 等操作命令时，I/O 多路复用程序会将命令封装成一个事件，并绑定到对应的 FD 上。
  • 文件事件处理器使用 I/O 多路复用模块同时监控多个文件描述符（fd）的读写情况，当 accept、read、write 和 close 文件事件产生时，文件事件处理器就会回调 FD 绑定的事件处理器进行处理相关命令操作。

例如：以 Redis 的 I/O 多路复用程序 epoll 函数为例。多个客户端连接服务端时，Redis 会将客户端 socket 对应的 fd 注册进 epoll，然后 epoll 同时监听多个文件描述符(FD)是否有数据到来，如果有数据来了就通知事件处理器赶紧处理，这样就不会存在服务端一直等待某个客户端给数据的情形。

整个文件事件处理器是在单线程上运行的，但是通过 I/O 多路复用模块的引入，实现了同时对多个 FD 读写的监控，当其中一个 client 端达到写或读的状态，文件事件处理器就马上执行，从而就不会出现 I/O 堵塞的问题，提高了网络通信的性能。

操作系统

进程，线程区别和联系

进程是操作系统资源分配的单位，是一个容器。这里资源指内存和IO。
线程是进程里具体执行单位，线程共享进程资源。

进程通信机制

管道，文件，socket，共享内存等

虚拟内存

他是虚拟的，是操作系统逻辑上扩容内存的一种手段。将内存和磁盘进行了统一。为程序访问提供了便利。

线程同步

希望线程以期望的顺序执行，不能乱执行（说明有公共的资源或逻辑）。针对公用块有三种形式：

  1. 互斥锁。只有拿到锁线程才能访问资源。同时只能有一个线程访问。
  2. 信号量。跟上面类似，但可以限制同时访问线程的数量。
  3. 事件（wait/notify）。等待唤醒

死锁

两个或多个进程/线程持有对方资源，并在等待对方所持资源释放，导致陷入互相等待的状态。
死锁形成的4个必要条件：

  1. 互斥：资源互斥访问的。
  2. 占有并请求。
  3. 不可剥夺。
  4. 循环等待，不放弃。

设计模式

模式分类

创建型模式，共五种：工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式。

结构型模式，共七种：适配器模式、装饰器模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。

行为型模式，共十一种：策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代子模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式、中介者模式、解释器模式。

设计原则

1）开闭原则
开闭原则的意思是：对扩展开放，对修改关闭。在程序需要进行拓展的时候，不能去修改原有的代码，实现一个热插拔的效果。简言之，是为了使程序的扩展性好，易于维护和升级。想要达到这样的效果，我们需要使用接口和抽象类，后面的具体设计中我们会提到这点。

2）里氏代换原则
里氏代换原则是面向对象设计的基本原则之一。 里氏代换原则中说，任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。LSP 是继承复用的基石，只有当派生类可以替换掉基类，且软件单位的功能不受到影响时，基类才能真正被复用，而派生类也能够在基类的基础上增加新的行为。里氏代换原则是对开闭原则的补充。实现开闭原则的关键步骤就是抽象化，而基类与子类的继承关系就是抽象化的具体实现，所以里氏代换原则是对实现抽象化的具体步骤的规范。

3）依赖倒转原则
这个原则是开闭原则的基础，具体内容：针对接口编程，依赖于抽象而不依赖于具体。

4）接口隔离原则
这个原则的意思是：使用多个隔离的接口，比使用单个接口要好。它还有另外一个意思是：降低类之间的耦合度。由此可见，其实设计模式就是从大型软件架构出发、便于升级和维护的软件设计思想，它强调降低依赖，降低耦合。

5）迪米特法，又称最少知道原则（Demeter Principl
最少知道原则是指：一个实体应当尽量少地与其他实体之间发生相互作用，使得系统功能模块相对独立。

6）合成复用原则
合成复用原则是指：尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承。

关系图谱