开篇词 学好网络编程,需要掌握哪些核心问题?

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。

网络编程

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。

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