开篇词|学好网络编程,需要掌握哪些核心问题?
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你好,我是盛延敏,欢迎你的加入。在接下来的几个月时间里,我会和你一起深入学习网络编程。网络编程是一个高度重视实战的内容模块,工作这么多年,我一直都在近距离与它打交道。
我博士毕业于中科大,毕业之后就加入了 IBM,在 IBM 从事 WebSphere 应用服务器、PaaS 平台 Bluemix 等系统的开发工作,后来又在大众点评担任云平台首席架构师,推动了以 Docker 为核心的私有云的建设和落地。现在我在蚂蚁金服专注于云计算的架构和开发等方面的事情。正是这些工作经历让我对网络编程有了更为深入的理解。
2000 年初,我就开始使用网络编程框架 ACE、CORBA 等技术从事电信网管系统的开发,后来又开始接触 ICE,写分布式控制系统,再之后转向 Java,使用 JDK 从事 Web Service 和应用服务器的网络开发和研究,使用 Netty 从事 Java 高性能网络编程的开发。作为一个网络程序设计和开发的老兵,我目前继续在云计算领域深度耕耘,更是少不了和各种网络设计和开发打交道。
得益于这么多年的深耕,在工作过程中,我也接触了不少同学,面试过很多候选人,令我惊讶的是,很多工作很久的同学对网络协议和网络编程一知半解,仅仅停留在一个很粗浅的水平。
事实上,无论是在面试中,还是在工作中,掌握网络编程领域的知识都是一个非常重要的基本功。这在互联网蓬勃发展的今天,更是如此。
如果我问你一些关于网络编程方面的问题,你会怎样回答呢?
- 大家经常说的四层、七层,分别指的是什么?
- TCP 三次握手是什么,TIME_WAIT 是怎么发生的?CLOSE_WAIT 又是什么状态?
- Linux 下的 epoll 解决的是什么问题?如何使用 epoll 写出高性能的网络程序?
- 什么是网络事件驱动模型?Reactor 模式又是什么?
这些问题看似简单,但想做到完全理解可并不容易。很多人可能停留在“是这样”的状态,对于“为什么”缺乏深入和了解。
我在学网络编程的时候,也面临着这种窘境。我发现很多情况下,我们都希望尽可能详尽地学习网络编程,面面俱到,但奈何头绪太多,对于初学者来说很容易深陷其中,钻牛角尖,也就难以去理清脉络了。
这样导致的后果就是过分关注知识点本身,片面地斩断了它们与实际工作的联系。比如流量控制和拥塞控制这一部分的内容。我记得我在学这部分知识的时候,纯粹是把这些当做考试的知识点来学习,很难将书本的知识和实际经验,尤其是和代码结合起来进行理解。为什么会有这些算法,它们究竟解决了哪些问题?这些问题搞不懂,看似无伤大雅,其实已经或多或少地和实际工作产生了断层。
流量控制和拥塞控制只是网络编程一小部分的内容,进程、线程、多路复用、异步 I/O 这些概念一摆出来,又会让人一头雾水。从哪里学?怎么学?
很多人在理论部分折了戟,干脆跑向了另一个极端,转而去学习框架,快速上手。事实上,理论是基石,框架则是站在一个更为抽象的角度来看待网络编程问题。框架的产生或是为了实现跨平台支持,例如 JDK,或是为了屏蔽网络编程的细节,让开发更为方便,例如 libevent。
没有理论为底,框架也只是空中楼阁。直接学习框架反而会更加摸不着头脑,对网络编程也很难有实打实的收获。
那么你可能会问,理论学不懂,框架又不行,到底应该怎么学?
事实上,我认为学习高性能网络编程,掌握两个核心要点就可以了:第一就是理解网络协议,并在这个基础上和操作系统内核配合,感知各种网络 I/O 事件;第二就是学会使用线程处理并发。抓住这两个核心问题,也就抓住了高性能网络编程的“七寸”。我会从实践出发,单刀直入地展开,从问题的角度对这些看似枯燥的知识点进行阐述。
我会跟你一起在专栏里研究某个理论或者算法,看看它提出来的目的到底是什么,又解决了哪些问题。我还会和代码进行关联,和实验进行关联,循序渐进地引出这个理论或者算法的实际意义。
我会从最简单的网络套接字开始,一步步带你写出健硕的高性能网络程序。在这个过程里,我会尽我所能,将自己在这个领域中多年的体会和专栏内容融为一体,帮助你理解协议、API 和代码。
在专栏里,我们会重点展开对 Linux 网络编程的学习。原因也很简单,目前 Linux 系统已成为互联网数据中心的标配,再加上基于 Linux 的移动开发平台 Android 的迅速崛起,Linux 的重要性愈发明显。对有志于学习网络编程的你来说,这是一个非常明智的选择。
我在下面放了一张专栏的目录,专栏将分别从基础篇、提升篇、性能篇和实战篇展开。
在我看来,要学好网络编程,需要达到以下三个层次。
第一个层次,充分理解 TCP/IP 网络模型和协议。在这方面,仅仅做到理论上的理解是远远不够的。在基础篇中我们会梳理 TCP/IP 模型和网络函数接口之间的联系,并通过实例展开对套接字,套接字缓冲区,拥塞控制,数据包和数据流,本地套接字(UNIX 域套接字)等的讨论,给你一个全面而具体的知识体系。
第二个层次,结合对协议的理解,增强对各种异常情况的优雅处理能力。比如对 TCP 数据流的处理,半关闭的连接,TCP 连接有效性的侦测,处理各种异常情况等,这些问题决定了程序的健壮性。有关这一部分的内容,我们将在提升篇详细展开。
第三个层次,写出可以支持大规模高并发的网络处理程序。在这个阶段,我将带你一起深入研究 C10K 问题,引入进程、线程、多路复用、非阻塞、异步、事件驱动等现代高性能网络编程所需要的技术。我们将在性能篇深入讨论这些技术,并在实战篇结合实例,一步步教你写出高性能的网络程序。
“不闻不若闻之,闻之不若见之,见之不若知之,知之不若行之。”几千年前荀子的这段话,告诉了我们学习计算机编程技术的最佳方法,我想用在这里再合适不过了。
所以,无论是哪个层次,都需要你和我一起坚持下去。你可以对专栏里的代码进行修改和调试,从而增强你对网络编程的理解。
最后,请你留言说一说自己的情况。你在什么岗位?工作几年啦?在日常工作中是怎么使用网络编程的?开张圣听,期待跟你碰撞出更多精彩想法。感谢你对我的信任,我一定会竭尽所能,助你成功。
让我们一起进步。
文章作者 anonymous
上次更新 2024-05-12