01-javaEE开篇

导论

什么是软件？

软件是用代码解决实际问题的一种方式，比如写一个记事本程序用于记录信息。

如何写出一个软件？

写软件需要我们程序员兼修 内功心法 与 外功招式。

• 内功心法：Java基础语法、数据结构、数据库、计算机基础等核心知识。
• 外功招式：API、库、框架。比如模拟鼠标点击操作，就需要调用系统提供的API。

比如图形化程序可以使用 Qt，开发安卓应用则需掌握 Android SDK。

内外兼修，才能写出有实际价值的应用程序。

我们需要了解计算机是如何工作的

CPU（核心硬件）

CPU 是计算机的大脑。其内部由门电路构成半加器、全加器，再构建成加法器等模块。

对于 Java 程序员来说无需了解过于底层的结构，因为 Java 虚拟机会封装底层调用。

CPU 架构

• x86 架构：如 Intel、AMD，主要用于 PC 和服务器。
• ARM 架构：如苹果 M 系列、高通芯片，常见于移动设备和部分笔记本电脑。

两者主要区别在于 指令集。

多核与超线程

现代 CPU 多为多核设计，并搭载超线程技术。比如 8 核 CPU 可模拟为 16 线程执行，提升并发能力。

CPU 频率

CPU 频率（GHz）表示其执行速度，是每秒指令数的粗略估计。频率具有动态变化特性，取决于负载情况，称为 睿频技术。

缓存与流水线

因为内存速度不如 CPU，我们引入了 缓存 和 流水线技术：

• 缓存：存储即将使用的数据，速度远快于内存。
• 流水线：多个指令阶段并行处理，提高效率。

指令集与执行流程

• x86：复杂指令集
• ARM：精简指令集

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操作系统

操作系统是管理硬件资源并为应用程序提供运行环境的软件。

常见操作系统：

• Windows
• Linux
• macOS
• iOS
• Android

Java 程序员通过 JVM 调用系统 API，从而实现跨平台运行。

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小结

• 冯诺依曼架构：将指令加载至内存，由 CPU 执行。因访问效率低，引入了缓存与流水线。
• 操作系统：抽象封装硬件与软件资源，为程序提供统一运行接口。
• 进程（任务）：是系统分配资源的最小单位，支持多任务并发执行。

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进程管理

进程（Process） 是操作系统中正在运行的程序，是资源调度的核心单位。

多任务操作系统

允许多个程序同时运行，如浏览器、画图板、音乐播放器同时开启。

PCB（进程控制块）

操作系统通过结构体（如 Linux 的 task_struct）来描述进程信息。多个 PCB 使用链表等数据结构进行组织。

关键属性

• pid：进程唯一标识。
• 内存指针：描述进程使用哪些内存区域。
• 文件描述表：管理进程与外部文件的交互。
• CPU 占用：表示进程在 CPU 上的运行时间。

分时复用与并发

同一时刻，每个核心仅能执行一个进程。多个进程通过快速切换实现“并发”，多个核心支持“并行”。

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