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出版者:Wiley

作者:Cay S. Horstmann

出品人:

页数:1072

译者:

出版时间:2013-1-4

价格:$ 169.50

装帧:Paperback

isbn号码:9781118431115

丛书系列:

图书标签:

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《深入理解计算机系统：从硬件到软件的全面解析》 内容简介 本书旨在为读者构建一个从底层硬件架构到高层软件设计与实现的完整、连贯的知识体系。它超越了传统教材对单一技术领域的孤立讲解，将计算机系统视为一个相互依赖、紧密协作的整体进行剖析。我们相信，只有理解了数据如何在存储层次中流动、指令如何在处理器中执行、程序如何在操作系统管理下运行，才能真正写出高效、健壮的软件。 本书的结构精心设计，从微观的物理实现逐步过渡到宏观的软件工程实践，确保读者能够建立起清晰的“系统视角”。 --- 第一部分：信息表示与计算基础（The Digital Logic and Data Representation） 本部分是理解一切计算的基础。我们将探究数字世界是如何由电子信号构建起来的。 1. 数字系统与逻辑门 我们从布尔代数和逻辑门（与、或、非、异或）开始，这是所有数字电路的基石。随后，我们将深入研究如何使用这些基本门构建更复杂的组合逻辑电路，例如加法器、多路选择器和译码器。重点在于理解如何用物理器件（晶体管的开关状态）映射抽象的逻辑运算。 2. 数据的二进制表示 计算机如何存储和处理数字、字符乃至多媒体数据？本章详细阐述了定点数和浮点数的二进制表示标准（IEEE 754）。读者将学习到溢出、舍入误差的本质，以及在编程中如何避免因浮点数精度问题导致的错误。此外，负数的补码表示法及其在加减运算中的巧妙应用也将被细致剖析。 3. 内存层次结构与存储技术 现代系统的性能瓶颈往往在于数据访问速度。本章系统介绍了存储器的层次结构——从寄存器、高速缓存（Cache）、主存（DRAM）到二级/三级缓存，再到固态硬盘（SSD）和机械硬盘（HDD）。我们将详述SRAM与DRAM的工作原理、缓存的工作机制（命中率、冲突、写策略），以及如何通过局部性原理（时间局部性和空间局部性）优化程序的数据访问模式。理解缓存未命中（Cache Miss）的代价，是编写高性能代码的第一步。 --- 第二部分：处理器架构与指令集（The Processor and Execution Flow） 本部分聚焦于计算机的“大脑”——中央处理器（CPU）是如何执行我们编写的代码的。 4. 汇编语言与指令集架构（ISA） 我们将以经典的RISC（精简指令集计算机）架构为例，解析机器级代码的结构。本章会介绍指令的格式、操作码、寻址模式，以及栈、堆、静态数据区等程序运行时内存布局。读者将学习如何使用汇编语言进行简单的算术和逻辑操作，从而真正理解高级语言（如C/C++）的底层编译过程。 5. 数据通路与控制单元 我们将剖析单周期和多周期处理器的设计。重点在于数据通路（Data Path）——数据如何在算术逻辑单元（ALU）、寄存器堆和内存之间流动。接着，我们将探讨控制单元如何生成信号，确保指令的各个阶段（取指、译码、执行、访存、写回）按正确顺序协调工作。 6. 指令级并行：流水线技术 为了提高吞吐量，现代处理器广泛采用流水线技术。本章详细解释了流水线的概念，以及如何将一条指令的执行分解为多个阶段。我们将重点分析流水线中的主要挑战：数据冒险（Data Hazards）和控制冒险（Control Hazards），以及硬件如何通过转发（Forwarding）和分支预测（Branch Prediction）来解决这些问题。 --- 第三部分：操作系统与系统级抽象（The Operating System and Abstraction） 操作系统是应用程序与硬件之间的关键抽象层。本部分探讨这些抽象是如何实现的，以及它们如何影响程序行为。 7. 进程与并发 本章定义了进程（Process）的概念，它是资源分配的单位。我们将探讨进程的创建、上下文切换（Context Switching）的开销和机制。更重要的是，我们将进入并发编程的世界，分析并发执行带来的挑战，包括竞态条件（Race Conditions）、死锁（Deadlocks）和活锁（Livelocks）的成因与避免策略。 8. 线程与同步机制 线程是实现并发的更轻量级方式。本章将对比进程与线程的异同，并深入讲解实现线程间安全通信的核心工具：互斥锁（Mutexes）、信号量（Semaphores）、条件变量（Condition Variables）和屏障（Barriers）。我们将通过具体的代码示例展示如何正确使用这些同步原语来保护共享数据。 9. 虚拟内存管理 虚拟内存是操作系统最重要的抽象之一。它为每个进程提供了独立的、连续的地址空间。本章将解释虚拟地址到物理地址的转换过程，重点介绍分段（Paging）机制、页表结构，以及TLB（Translation Lookaside Buffer）在加速地址翻译中的作用。我们将剖析缺页中断（Page Fault）的处理流程，以及内存映射（mmap）如何用于文件I/O和进程间通信。 --- 第四部分：系统编程与网络通信（System Programming and Networking） 本部分将理论知识应用于实际的系统编程任务，特别是跨进程和跨机器的通信。 10. 链接、加载与可执行文件 程序是如何从源代码变成在磁盘上存储的文件，并最终被加载到内存中运行的？本章解析了编译器的输出格式（如ELF或PE），讲解了静态链接和动态链接的区别。我们着重探讨了共享库（Shared Libraries）的工作原理，以及加载器如何解析符号引用并重定位代码。 11. 异常、中断与系统调用 程序流程并非总是线性的。本章解释了系统如何响应外部事件（中断）和内部事件（异常，如除以零或缺页）。我们将详细阐述系统调用（System Call）的机制：用户模式如何转换到内核模式，参数如何传递，以及内核如何安全地执行请求并返回控制权给用户程序。 12. 网络编程基础 现代应用严重依赖网络通信。本章介绍了网络模型（TCP/IP协议栈），从物理层抽象到应用层的套接字（Socket）接口。我们将重点介绍TCP的可靠性保证机制（如序列号、确认应答、流量控制）以及UDP的无连接特性。随后，我们将使用C语言实现基本的客户端/服务器应用，掌握并发服务器的设计模式（如多进程/多线程服务器）。 --- 本书特色： 自底向上，贯穿始终的视角： 每一章都在前一章的基础上构建，确保读者能将硬件性能、操作系统调度与应用程序行为联系起来。 强调量化分析： 对性能影响的讨论，例如缓存命中率、流水线停顿、系统调用开销，都提供了具体的量化指标和分析方法。 丰富的工程实践： 穿插了大量与实际编程相关的案例，例如如何利用系统调用优化I/O，如何使用汇编调试器跟踪程序执行，以及如何设计无锁数据结构以提高并发性能。 目标读者： 计算机科学、软件工程专业的学生；希望深入理解软件底层机制的系统程序员、性能优化工程师以及对操作系统和硬件架构有浓厚兴趣的开发人员。阅读本书，您将不再仅仅是“使用”计算机，而是真正“理解”和“驾驭”它。

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这本书《面向未来的Java架构设计》给我的感觉，完全不像一本技术书籍，更像是一本企业级软件架构的“思想碰撞录”。它的视野非常开阔，不再局限于单个类或方法的优化，而是将视角拉升到了整个微服务生态系统层面。作者对于如何平衡分布式事务的最终一致性和强一致性的讨论，非常精彩，尤其是在讲解Saga模式和TCC（Try-Confirm-Cancel）流程时，他没有提供一个放之四海而皆准的银弹，而是基于业务场景的复杂度，提供了决策树和权衡矩阵。我特别喜欢它探讨“领域驱动设计”（DDD）的部分，它巧妙地将DDD的“限界上下文”概念与微服务拆分相结合，避免了传统微服务拆分中常见的“大泥球”陷阱。书中对“架构债务”的定义和管理方法，也让我深受启发——原来架构设计不是一次性的任务，而是一个持续管理的过程。阅读过程中，我感觉自己仿佛坐在一家大型科技公司的CTO办公室里，听他们讨论如何在保证系统稳定性的前提下，快速迭代和应对业务的爆炸性增长。这本书更像是一种思维导图，指引读者构建出更具弹性、更易于维护的宏大系统。

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对于那些已经掌握了基本语法，但苦于写不出“规范”代码的进阶学习者来说，《重构与性能调优实战指南》这本书简直像是一剂强心针。它的语言风格非常务实和“接地气”，几乎每一页都在告诉你：“你现在的代码虽然能跑，但它很丑陋，而且效率低下，让我们把它打磨一下。”我个人最欣赏它的地方在于，它没有陷入无休止的理论争辩，而是直接拿出一段“坏代码”的范例，然后一步一步地进行“手术刀式”的重构。比如，讲解如何使用策略模式来替代深不见底的`if-else if-else`链时，作者展示了重构前后的代码行数对比和可读性变化，视觉冲击力极强。性能优化部分也是如此，它没有空谈“快就是好”，而是专注于JVM的垃圾回收机制（CMS、G1）的工作原理，以及如何通过调整GC参数来应对不同场景的吞吐量和延迟需求。读完后，我尝试用书中的技巧去优化我们团队的一个旧模块，仅仅通过简化一个类的职责和优化一个循环结构，内存占用就下降了近20%，这种即时的正反馈，极大地增强了我继续深入学习的动力。

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这本《Java编程入门与实践》简直是为那些想真正搞懂编程，而不是只停留在“会用”这个层面的人量身定做的。作者在讲解面向对象思想时，那种由浅入深、层层递进的逻辑性简直令人拍案叫绝。我记得刚开始接触多态和抽象类时，脑子里总是一团浆糊，觉得概念特别虚，但这本书通过一系列非常贴近现实生活的比喻和代码示例，硬是把这些抽象的概念具象化了。比如，它用“动物园里的不同动物如何响应‘叫’这个指令”来阐述接口和继承的关系，一下子就清晰明了。更棒的是，它不仅仅停留在理论讲解，每一章的末尾都有大量的“动手挑战”和“项目实战”，这些练习的设计非常巧妙，既考察了对新知识点的掌握程度，又在不知不觉中培养了解决实际问题的能力。我特别喜欢它对设计模式的引入，不是那种生硬地把几个模式甩给你让你死记硬背，而是通过重构前面代码的实际案例，让你体会到为什么需要这些模式，以及它们是如何让代码变得更优雅、更健壮的。读完这本书，我感觉自己对Java这门语言的理解深度，比起之前读过的几本“速成”类的书籍，提升了好几个量级，它真的在教你如何“像一个优秀的工程师那样去思考”。

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我不得不说，这本书在异常处理和并发编程方面的阐述，是我迄今为止读过的最严谨、最深入的材料之一。《深入理解Java并发编程》这个名字或许有点夸张，但它的内容绝对配得上这种深度。很多教材往往只是简单地提一下`synchronized`关键字，然后就草草收场，但这本书却花了整整三章的篇幅，细致入微地剖析了Java内存模型（JMM），包括happens-before原则的各种规则，读起来就像是在啃一块硬骨头，但每啃下一块，收获都是实实在在的知识结晶。作者在讲解`volatile`关键字时，配上了大量的底层JIT编译器的优化案例分析，让我彻底明白了为什么说它不是万能的锁替代品。至于线程池Executor框架的讲解，更是达到了教科书级别，它不仅仅展示了如何使用，更深入地探讨了线程池参数（核心线程数、最大线程数、拒绝策略）背后的数学模型和性能权衡，甚至还带我们一起复盘了几个经典的高并发死锁案例的排查过程。这本书对需要构建高可用、高吞吐量系统的开发者来说，简直是无价之宝，它教会你如何预见并避免那些隐藏在并发背后的“定时炸弹”。

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与其他偏向于纯粹工程技术的书籍相比，这本《程序设计美学与实践》似乎带着一股浓厚的学院派气息，但它的探讨却极其深刻且富有哲理。这本书的重点似乎不在于教你最新的Java特性，而是让你去思考“好代码”的本质究竟是什么。作者在开篇就引述了许多计算机科学史上的经典论文和思想，比如对“简洁性”的追求，以及如何通过精妙的数据结构设计来避免复杂的控制流。我印象最深的是它关于“递归思维”的论述，书中将分治算法和动态规划的本质归结为一种对问题分解的美学，并通过一些非常优雅的数学归纳法证明了其正确性。书中的代码示例往往非常精简，但每一个变量的命名、每一个分号的出现，似乎都经过了深思熟虑，充满了形式美感。它让我开始审视自己过去为了追求速度而写下的那些“糊弄式”的代码，并意识到，真正的编程高手，往往是那些能够用最少的代码表达最复杂逻辑的人。这本书需要静下心来慢慢品味，它像一杯陈年的威士忌，初尝可能觉得辛辣，但回味悠长，能极大地提升一个程序员的内在修养和代码品位。

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清晰易懂的概念。老外的课程都是只交基础概念，国内喜欢搞奇技淫巧。老外是希望感兴趣的学完概念后赶紧自己去研究，不感兴趣的也不浪费人家时间。我喜欢这种熟练掌握基本概念的学习方法…

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对于完全没有基础的我来说都是一本能看下去很好理解的书，真的不错！

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清晰易懂的概念。老外的课程都是只交基础概念，国内喜欢搞奇技淫巧。老外是希望感兴趣的学完概念后赶紧自己去研究，不感兴趣的也不浪费人家时间。我喜欢这种熟练掌握基本概念的学习方法…

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