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出版者:

作者:付百文 编

出品人:

页数:198

译者:

出版时间:2005-4

价格:19.00元

装帧:

isbn号码:9787030151650

丛书系列:

图书标签:

• 数据结构
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深入理解并发编程：理论、实践与优化 内容简介 本书旨在全面、深入地探讨并发编程的理论基础、核心实践以及高级优化技术。在当今多核处理器和分布式系统日益普及的时代，掌握高效且正确的并发编程方法已成为软件开发人员不可或缺的核心技能。本书以清晰的逻辑结构和丰富的代码示例，带领读者从基础概念出发，逐步构建起对现代并发系统的深刻理解。 第一部分：并发编程的基石 本部分专注于奠定坚实的理论基础，解析并发系统的内在机制。 第一章：并行性与并发性的本质区分 我们首先明确并行性（Parallelism）与并发性（Concurrency）的哲学差异及其在硬件和软件层面的体现。探讨冯·诺依依曼架构下的串行执行模型，并引入多任务处理、多线程、多进程等基本概念。详细分析并发带来的挑战，包括但不限于：时间依赖性、不可预测的执行顺序以及资源竞争。 第二章：线程与进程的生命周期管理 深入剖析操作系统层面线程和进程的创建、调度、同步和销毁。对比轻量级线程与重量级进程的资源消耗、上下文切换开销及适用场景。书中提供了大量关于线程池（Thread Pool）的设计原理和实现细节，强调线程生命周期管理的最佳实践，以避免资源泄露和僵尸进程。 第三章：内存模型与可见性问题 这是理解并发编程正确性的关键章节。我们将详细介绍现代处理器如何利用缓存（L1, L2, L3）来加速访问，以及由此引发的“内存可见性”问题。引入Java内存模型 (JMM) 或 C++内存模型 (C++11/17) 作为主要分析框架，解释“写缓冲区”、“预取”等硬件优化如何干扰多线程的预期行为。重点阐述`volatile`关键字（或C++中的`std::atomic`的`memory_order`概念）的真正含义——它不仅仅是保证原子性，更是保证了跨线程的可见性屏障。 第四章：原子操作与无锁编程导论 本章探讨如何避免使用重量级锁（如互斥量）来实现基本操作的线程安全。详细介绍硬件层面的原子指令（如CAS：Compare-and-Swap）。通过实际案例，演示如何利用CAS实现一个无锁的计数器或栈结构。讨论无锁编程的复杂性、ABA问题及其解决方案，为后续的高级优化打下基础。 第二部分：同步机制的精细化控制 本部分聚焦于传统同步原语的深入应用与性能考量。 第五章：互斥量、信号量与临界区 系统梳理传统的同步工具：互斥量（Mutex）、读者-写者锁（RWLock）、信号量（Semaphore）和条件变量（Condition Variable）。深入分析它们的内部工作机制（如内核/用户态切换），并讨论在不同场景下选择合适同步工具的标准。强调死锁（Deadlock）的四个必要条件、死锁的检测与预防策略，如资源有序分配法和超时机制。 第六章：锁的性能分析与优化 不再满足于“能用”的锁，本章致力于追求“高效”的锁。对比内核级锁和用户态锁的性能差异。深入讲解自旋锁（Spinlock） 的适用场景，以及它与阻塞锁的权衡。详述锁的粒度划分原则，讲解如何通过细化锁的范围来最大化并行度。同时，介绍现代编程语言中提供的读写锁和分段锁的实现原理与性能优势。 第七章：并发集合类的高效实现 通过对标准库中并发集合类的源码分析，揭示其内部的同步策略。例如，探讨`ConcurrentHashMap`（或类似结构）如何通过分段加锁、锁的提升（Lock Striping）机制，在保持线程安全的同时，实现远超传统同步哈希表的并发性能。分析并发队列（如ArrayBlockingQueue vs LinkedBlockingQueue）的设计哲学及其在生产者-消费者模型中的应用。 第三部分：高级并发模式与实践 本部分将视野扩展到更复杂的系统设计和设计模式。 第八章：并发设计模式的实战应用 系统介绍几种关键的并发设计模式，并结合实际代码展示其应用： 生产者-消费者模式 (Producer-Consumer)：使用条件变量或阻塞队列实现高效的数据流动管道。 领导者-跟随者模式 (Leader-Follower)：适用于需要集中调度和同步的场景。 读写分离模式 (Read-Write Splitting)：优化大量读取和少量写入的系统性能。 守卫对象模式 (Guarded Suspension)：确保在特定条件满足后才允许线程继续执行。 第九章：并发异常处理与调试技巧 并发编程的调试难度远高于串行程序。本章专门讲解如何有效地定位和诊断并发错误。介绍竞态条件（Race Condition）、活锁（Livelock） 和饥饿（Starvation） 的特征表现。提供专业的调试工具（如线程转储分析、内存屏障检查工具）的使用指南，并强调使用静态分析工具和Fuzz Testing来提前发现潜在的并发缺陷。 第十章：大规模并行计算与任务分解 面向现代科学计算和大数据处理的需求，本章探讨如何有效地将大规模任务分解为可并行执行的子任务。介绍Fork/Join 框架的设计思想，解析递归分解的策略与合并结果的机制。讨论如何平衡计算负载（Load Balancing）以充分利用所有可用核心，避免“热点”线程。 第十一章：异步编程与事件驱动模型 深入探讨现代 I/O 密集型应用所依赖的异步编程范式。对比传统的阻塞 I/O 与非阻塞 I/O 模型。详细讲解基于事件循环（Event Loop）的架构（如Node.js或Netty的核心思想），以及`Future`、`Promise`和`Completable`等异步编程抽象如何简化回调地狱，实现高吞吐量的并发处理。 总结与展望 全书最后总结了编写健壮、高性能并发代码的黄金法则，并对未来并发技术的发展趋势进行展望，包括硬件事务内存（HTM）和面向特定领域的编程语言对并发性的原生支持。 本书适合具有扎实C++/Java/Go等语言基础，并希望精通系统级编程和高性能计算的软件工程师、计算机科学专业的高年级学生和研究人员阅读。通过学习，读者将能自信地设计和实现应对现代多核挑战的复杂并发软件系统。

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书中对算法的分析详尽得令人赞叹，尤其是时间复杂度和空间复杂度的推导部分。通常，很多教材会直接给出结论，让读者死记硬背，但这本书却耐心地、一步步地展示了是如何通过数学归纳法或极限分析来得出最终复杂度的。其中穿插的图示和表格，完美地补充了纯文本描述的不足，让复杂的迭代过程一目了然。更值得一提的是，作者在讨论不同结构之间的权衡时，展现了深厚的工程实践经验。比如，何时应当牺牲少量查询速度以换取更高效的插入或删除操作，这些细微的决策点，在实际项目中至关重要，但往往被简化处理，这本书却给予了足够的篇幅来深入探讨，这对于希望将理论应用于生产环境的读者来说，价值极高。

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这本书的装帧设计颇具匠心，封面采用了深邃的蓝色调，搭配着简洁有力的白色字体，给人一种既专业又沉稳的感觉。内页的纸张质感也相当出色，触感细腻，保证了长时间阅读的舒适度，而且墨迹清晰，排版疏朗有致，阅读体验可以说是一流的。我特别欣赏它在章节过渡处的留白设计，既有助于读者在知识点之间进行思考和消化，又提升了整体的美感。这本书的目录结构也十分清晰，层层递进，让人一眼就能把握全书的脉络，这对于自学者或者需要快速查阅特定知识点的读者来说，简直是福音。我刚拿到手的时候，光是翻阅目录和前言，就感觉作者在内容组织上的用心良苦，每一个章节的标题都精准地概括了其核心内容，让人对接下来的学习内容充满了期待。

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这本书在讲解理论概念时，采用了非常贴近实际案例的叙述方式，而非枯燥的公式堆砌。它并没有直接给出晦涩难懂的定义，而是先通过一个现实世界中遇到的问题场景，引导我们去思考“如果用传统方法解决会遇到什么瓶颈”，紧接着才引出相应的理论模型和数据结构来应对。这种“问题驱动学习”的模式，极大地激发了我主动探索的欲望。例如，在讲解树的遍历算法时，作者不是简单地罗列前序、中序、后序的定义，而是模拟了一个迷宫探索的过程，将抽象的递归调用过程可视化，使得原本感觉有些绕口的逻辑变得豁然开朗。这种处理方式，让知识不再是冷冰冰的代码和符号，而是真正具有解决实际问题的生命力的工具。

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从整体的学术深度和广度来看，这本书的选材非常平衡，它既覆盖了经典的、必须掌握的底层数据结构（如链表、栈、队列），又兼顾了高级且应用广泛的主题（如图论基础算法和高级查找优化）。它成功地在“基础入门”和“专业深化”之间架起了一座坚实的桥梁。这本书的行文风格是极其严谨但又不失亲切感的，它尊重读者的智力，不吝于使用精确的术语，但在关键转折点又会用一种鼓励的口吻来引导读者继续探索。它更像是一位经验丰富、富有耐心的导师，在陪伴你从零开始构建起坚实的计算机科学地基，而不是一本简单的参考手册。这本书无疑是值得我反复研读并珍藏的宝贵资源。

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不得不提的是，随书附带的配套资源与在线支持系统。这套资源远超出了我的预期，它不仅包含了书中所涉及的所有示例代码的完整实现，还贴心地提供了不同编程语言版本的参考实现。更重要的是，代码风格极其规范和优雅，完全符合业界最佳实践，这对于初学者建立正确的编程习惯非常有益。此外，配套的学习社区非常活跃，作者或助教团队对读者的疑问回复得非常及时且专业，经常能看到针对一些细微实现的深入讨论。这种学习生态的构建，使得学习过程中的“卡壳”点能够被迅速解决，极大地提高了学习的连贯性和效率，让学习过程不再是孤军奋战。

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