并发模式与应用实践

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出版者:机械工业出版社
作者:[印] 阿图尔·S·科德(Atul S. Khot)
出品人:
页数:0
译者:徐坚
出版时间:2019-5
价格:79.00元
装帧:平装
isbn号码:9787111625063
丛书系列:华章程序员书库
图书标签:
  • 软件设计
  • 并发
  • 并发编程
  • 多线程
  • 模式设计
  • 应用实践
  • Java并发
  • 高性能
  • 高并发
  • 异步编程
  • 线程池
  • 反应式编程
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具体描述

本书解释了如何利用并行体系结构的不同特性,使代码更快、更高效。首先介绍基本的并发概念,并探索围绕显式锁定、无锁编程、future模式和actor模式。其次,深入讲解不同的并发模型和并行算法,并将它们应用到不同的场景中,以挖掘应用程序的真正潜力。本书将带读者了解多线程设计模式,如主/从模式,Leader/Followers模式,map-reduce模式,以及监视器模式,还将帮助读者学习使用这些模式的实际编码。

好的,这是一本关于操作系统底层机制与高级程序设计的图书简介,内容详实,侧重于对计算机底层原理的深入剖析和实践应用,与您提到的《并发模式与应用实践》主题完全不同。 --- 图书名称:《深入解析:高性能计算系统的内存管理与缓存优化》 图书简介 在现代计算领域,性能瓶颈往往不再仅仅是CPU的绝对速度,而是数据如何在处理器、内存和存储系统之间高效流动。本书旨在为系统程序员、高性能计算(HPC)工程师以及对底层硬件架构有深入兴趣的开发者,提供一套关于现代计算机系统内存管理机制、多级缓存设计原理及其极致优化策略的权威指南。我们不再关注应用层面的编程范式,而是将视角下沉至硬件与操作系统交互的核心地带。 本书将系统地、循序渐进地解构现代x86-64架构下的内存层次结构,从最微观的L1缓存线操作,到宏观的虚拟内存管理单元(MMU)的运作,提供一套完整的知识体系。 第一部分:基础构建——内存层次结构与硬件原理 本部分奠定了理解后续优化的基石,详细剖析了现代CPU如何设计和管理数据访问。 第一章:超越摩尔定律的瓶颈:内存延迟与带宽的挑战 我们将从历史视角审视冯·诺依曼架构的固有局限性,分析“内存墙”问题如何催生了复杂的缓存设计。本章会深入探讨延迟(Latency)和吞吐量(Throughput)在不同存储介质上的特性差异,并引入衡量内存系统性能的关键指标,如缓存命中率、TLB失效率等。 第二章:CPU缓存的微观世界:组织结构与替换策略 这是理解性能优化的核心章节。我们将详细解析L1、L2、L3缓存的物理布局、容量限制、关联度(Associativity,如全相联、组相联、直接映射)的权衡取舍。重点关注缓存行(Cache Line)的概念,解释写入策略(写回/写穿透)和替换算法(如LRU的实际硬件实现)。读者将学会如何通过查看CPU规格手册来预测特定算法的缓存表现。 第三章:虚拟内存与地址翻译的奥秘 本章聚焦操作系统对内存的管理。深入探讨页表(Page Table)的层级结构、页大小(Page Size)对性能的影响(大页/Huge Pages的优势与限制)。我们将详述内存管理单元(MMU)如何执行虚拟地址到物理地址的实时翻译过程,以及转换后援缓冲器(TLB)在加速这一过程中的关键作用。如何识别和缓解TLB抖动(Thrashing)将是本章的实践重点。 第二部分:系统层面的内存抽象与隔离 本部分转向操作系统内核的视角,探讨进程间如何共享、保护和管理内存资源。 第四章:内核态内存分配与碎片整理 深入Linux内核的Slab/SLUB/SLOB分配器。我们将分析内核如何高效地管理小对象分配,避免外部和内部碎片。讨论伙伴系统(Buddy System)的机制,以及在内存压力下,内核进行内存回收和碎片整理的实际算法流程。 第五章:用户空间内存的动态分配与管理 本书将详细剖析`malloc`/`free`背后的复杂机制。以主流glibc实现(如ptmalloc3或jemalloc/tcmalloc)为例,分析其如何维护空闲列表、管理Arena和Thread Caching。理解内存分配器的内部锁竞争和延迟分配策略,是编写高性能多线程应用的前提。 第六章:内存保护与进程隔离机制 本章涵盖现代操作系统如何确保内存安全。讨论数据执行保护(DEP/NX位)的硬件支持,地址空间布局随机化(ASLR)的实现细节及其对调试和安全的影响。此外,还会探讨内存映射(mmap)与文件I/O的底层关联,解释mmap在构建共享内存和高效文件访问中的作用。 第三部分:面向硬件的性能调优实践 本部分将理论知识转化为可操作的优化技术,专注于如何调整代码和系统配置以匹配硬件特性。 第七章:数据布局优化:结构体填充与缓存对齐 这是一个直接影响性能的实践章节。详细讲解结构体(Struct)对齐(Padding)的原理,展示如何通过调整成员顺序,显著减少缓存行的无效使用(False Sharing)。提供量化的案例分析,展示缓存对齐如何将性能提升数倍。 第八章:流水线与分支预测的交互优化 超越内存本身,本章将内存访问模式与CPU指令执行流水线相结合。分析预取(Prefetching)指令的使用场景,区分硬件预取器与软件预取指令的异同。探讨分支预测失败(Misprediction)的成本,以及如何重构条件逻辑以优化分支序列。 第九章:NUMA架构下的内存访问与远程访问惩罚 对于多路CPU服务器,非一致性内存访问(NUMA)是性能优化的关键挑战。本章深入分析NUMA节点间的互联结构(如Intel QPI/UPI),解释本地访问与远程访问的延迟差异。教授如何使用如`numactl`等工具,或通过程序逻辑(如内存绑定和线程放置)来确保数据与计算单元在同一节点上。 第十章:调试与分析工具链:揭示内存行为 掌握了原理后,如何验证优化效果至关重要。本章系统介绍使用性能分析工具(如Linux `perf`,Intel VTune Profiler)来诊断缓存未命中、TLB失效率和内存访问模式的具体方法。提供一系列实用的脚本和命令序列,帮助读者量化内存热点。 --- 目标读者 本书内容深度较高,不适合初级编程入门者。主要面向: 需要编写高性能计算(HPC)或实时系统的工程师。 操作系统内核开发者和驱动程序编写者。 对计算机体系结构有强烈兴趣,希望深入理解CPU如何执行代码的资深软件工程师。 数据库、虚拟化和存储系统领域的研究人员。 本书的价值 本书摒弃了上层应用框架的浮华,直击系统性能的“牛鼻子”——数据移动的效率。通过对硬件、操作系统和代码三者交互机制的全面解构,读者将获得一套扎实的底层优化技能树,能够诊断并解决那些看似与算法无关,实则决定最终性能的关键瓶颈。它提供的是一种自下而上的性能思维模型,是构建真正高效软件不可或缺的基石。

作者简介

作者Atul S. Khot是一位自学成才的程序员,他使用C和C++编写软件,并用Java进行过大量编程,另外还涉猎多种语言。如今,他越来越喜欢Scala、Clojure和Erlang。Atul经常在软件大会上发表演讲,还曾经担任Dobb博士产品奖评委。他是Packt出版社出版的《Scala Functional Programming Patterns》和《Learning Functional Data Structures and Algorithms》的作者。

评阅者Anubhava Srivastava是一名首席架构工程师,拥有超过22年的系统工程和IT架构经验。他撰写了Packt出版社出版的《Java 9 Regular Expressions》一书。作为一名开源传播者,他积极参与各种开源开发,在一些流行的计算机编程问答网站如Stack Overflow上声誉/得分超过17万,并且在整体声誉排名中名列前0.5%。

目录信息

译者序
前言
作者/评阅者简介
第1章 并发简介1
1.1 并发轻而易举2
1.1.1 推动并发3
1.1.2 分时6
1.1.3 两种并发编程模型7
1.2 消息传递模型8
1.2.1 协调和通信10
1.2.2 流控制12
1.2.3 分治策略14
1.2.4 进程状态的概念15
1.3 共享内存和共享状态模型16
1.3.1 线程交错—同步的需要18
1.3.2 竞争条件和海森堡bug20
1.3.3 正确的内存可见性和happens-before原则21
1.3.4 共享、阻塞和公平22
1.3.5 异步与同步执行24
1.3.6 Java的非阻塞I/O25
1.4 模式和范式26
1.4.1 事件驱动的架构28
1.4.2 响应式编程29
1.4.3 actor范式31
1.4.4 消息代理32
1.4.5 软件事务性内存33
1.4.6 并行集合34
1.5 本章小结35
第2章 并发模式初探37
2.1 线程及其上下文38
2.2 竞争条件40
2.2.1 监视器模式44
2.2.2 线程安全性、正确性和不变性45
2.2.3 双重检查锁定48
2.2.4 显式锁定52
2.2.5 生产者/消费者模式60
2.2.6 比较和交换66
2.3 本章小结68
第3章 更多的线程模式70
3.1 有界缓冲区72
3.1.1 策略模式—客户端轮询74
3.1.2 接管轮询和睡眠的策略75
3.1.3 使用条件变量的策略77
3.2 读写锁78
3.2.1 易读的RW锁80
3.2.2 公平锁84
3.3 计数信号量86
3.4 我们自己的重入锁89
3.5 倒计时锁存器91
3.6 循环屏障95
3.7 future任务97
3.8 本章小结100
第4章 线程池101
4.1 线程池102
4.1.1 命令设计模式104
4.1.2 单词统计105
4.1.3 单词统计的另一个版本107
4.1.4 阻塞队列107
4.1.5 线程中断语义111
4.2 fork-join池111
4.2.1 Egrep—简易版112
4.2.2 为什么要使用递归任务113
4.2.3 任务并行性116
4.2.4 使用fork-join API实现快速排序117
4.2.5 map-reduce技术124
4.3 线程的工作窃取算法125
4.4 主动对象128
4.4.1 隐藏和适应129
4.4.2 使用代理129
4.5 本章小结132
第5章 提升并发性133
5.1 无锁堆栈134
5.1.1 原子引用134
5.1.2 堆栈的实现135
5.2 无锁的FIFO队列137
5.2.1 流程如何运作140
5.2.2 无锁队列141
5.2.3 ABA问题147
5.3 并发的哈希算法152
5.3.1 add(v)方法153
5.3.2 contains(v)方法156
5.4 大锁的方法157
5.5 锁条纹设计模式159
5.6 本章小结162
第6章 函数式并发模式163
6.1 不变性164
6.1.1 不可修改的包装器165
6.1.2 持久数据结构167
6.1.3 递归和不变性169
6.2 future模式170
6.2.1 apply方法171
6.2.2 future—线程映射173
6.2.3 future模式是异步的174
6.2.4 糟糕的阻塞177
6.2.5 函数组合179
6.3 本章小结182
第7章 actor模式183
7.1 消息驱动的并发183
7.1.1 什么是actor185
7.1.2 状态封装189
7.1.3 并行性在哪里190
7.1.4 未处理的消息192
7.1.5 become模式193
7.1.6 让它崩溃并恢复197
7.1.7 actor通信—ask模式199
7.1.8 actor通信—tell模式204
7.1.9 pipeTo模式205
7.2 本章小结207
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读后感

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用户评价

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作为一个对性能极致追求的开发者,我深知并发编程是突破系统瓶颈的关键。《并发模式与应用实践》这本书为我提供了一个宝贵的知识库,让我能够系统地学习和掌握各种先进的并发技术和设计模式。书中对“线程池”的全面解析,不仅仅是API的介绍,更深入到了线程池的生命周期管理、任务提交与拒绝策略、以及各种参数的调优,这对于我优化服务的资源利用率,提高系统的响应速度起到了决定性的作用。我尤其喜欢书中对“无锁编程”和“CAS(Compare-And-Swap)”机制的介绍,它为我提供了一种在不使用显式锁的情况下实现线程安全的方法,极大地减少了锁竞争带来的性能损耗。书中对`AtomicInteger`、`AtomicLong`等原子类的详细讲解,以及它们在实际应用中的性能优势,也让我受益匪浅。此外,书中对“并发数据结构”,如`ConcurrentHashMap`、`CopyOnWriteArrayList`等的内部实现原理的阐述,也让我能够更深入地理解它们的工作机制,并能根据实际需求做出最优选择。这本书的内容非常丰富,而且讲解透彻,理论性与实践性并重,非常适合我这样的进阶开发者。

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作为一名资深的后端工程师,我对并发编程的掌握程度直接关系到系统的吞吐量和稳定性。《并发模式与应用实践》这本书为我提供了一个非常系统和深入的视角来审视和优化我现有的并发代码。书中对操作系统层面线程调度、内存可见性等底层原理的阐述,让我对“为什么”这样做有了更清晰的认识,而不仅仅是“怎么”去做。它不仅仅停留在API的介绍,更深入到并发场景下可能出现的各种“坑”,比如竞态条件、死锁、活锁、线程饥饿等,并提供了详细的检测方法和规避策略。我尤其欣赏书中对于不同锁机制的深入剖析,例如偏向锁、轻量级锁、重量级锁在JVM中的具体实现和性能表现,以及它们在不同场景下的适用性。这对于我在高并发环境下选择最合适的同步机制至关重要。另外,书中对并发集合类,如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等的内部实现原理的讲解,也让我对其性能优势有了更深刻的理解,并能更好地运用它们来替代传统的线程不安全的集合类。这本书的内容非常扎实,引用了很多经典的学术研究和工程实践案例,使得其理论基础非常牢固,同时又具有很强的实操指导意义。它为我提供了一个强大的工具箱,让我能够更有针对性地解决实际生产环境中的并发难题。

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长期以来,我一直对并发编程中的一些“玄学”问题感到困惑,例如为什么有时候程序会无缘无故地挂起,或者数据会出现莫名其妙的错误。《并发模式与应用实践》这本书为我揭开了这些神秘的面纱。它以极其清晰的逻辑,将复杂的并发概念一一拆解,并用生动的例子进行阐述。书中对“可见性”和“原子性”问题的解释,特别是结合Java内存模型(JMM)进行讲解,让我终于明白了很多之前无法解释的现象。例如,关于`volatile`关键字的作用,书中不仅仅是简单地说它能保证可见性,而是深入剖析了它如何通过内存屏障来阻止指令重排序,从而实现数据的可见性和有序性。我特别喜欢书中对“线程安全”这个概念的深入解读,它不仅列举了常见的线程不安全场景,如竞态条件,还提供了多种解决方案,包括使用`synchronized`、`ReentrantLock`等锁机制,以及使用原子类和并发集合。这些详细的指导,让我能够更有信心地编写线程安全的并发代码,大大降低了程序出错的概率。这本书的语言风格也非常亲切,让我在学习过程中感到轻松愉快。

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我是一名初入并发编程领域的开发者,面对五花八门的并发概念和API,常常感到无所适从,不知道从何下手。《并发模式与应用实践》这本书简直就是我的及时雨,它犹如一位经验丰富的导师,耐心地引导我一步步踏入并发的世界。书中从最基本的线程生命周期、共享内存模型开始,逐步深入到各种同步原语的运用。我特别喜欢它在讲解同步工具时,会将不同工具的应用场景、性能特点以及潜在的风险进行详细的对比分析。比如,在讲到条件变量时,书中不仅给出了生产者-消费者模式的经典实现,还详细解释了“虚假唤醒”的问题以及如何通过循环来避免它。这种细节上的关注,让我对并发编程的理解更加深入和严谨。此外,书中对并发设计模式的介绍也让我受益匪浅。模式化的思维方式能够帮助我系统地组织并发逻辑,避免重复造轮子,并且能够提高代码的可读性和可维护性。我尝试着将书中介绍的一些模式,比如“保护性暂停”和“事件驱动”模式,应用到我的项目中,效果出奇地好,程序的健壮性和并发处理能力都有了显著的提升。这本书的排版也非常清晰,图文并茂,代码示例也相当规范,很容易理解和上手。每次遇到并发问题,翻开这本书,总能找到启发和解决的思路。

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长期以来,我对如何有效地管理并发资源,避免潜在的线程安全问题一直感到头疼。《并发模式与应用实践》这本书为我提供了一个非常全面的指南。它不仅仅是简单地罗列并发API,而是从更深层次的并发模型和设计原则出发,让我理解为什么会出现这些问题,以及如何从根源上避免。书中对Java内存模型(JMM)的详细讲解,特别是对happens-before原则、可见性、原子性和有序性等概念的解释,让我对多线程环境下数据的交互有了更清晰的认识。我发现,很多之前难以理解的Bug,其实都源于对JMM的理解不够深入。通过学习这本书,我能够更加自信地编写线程安全的类,不再依赖于“幸运”的巧合。书中对各种同步机制的对比分析,例如synchronized、ReentrantLock、Semaphore等的优缺点,以及它们在不同场景下的性能权衡,也让我能够做出更明智的技术选择。我特别喜欢书中关于“锁粒度”和“锁降级”的讨论,这对于优化程序的性能至关重要。这本书的内容组织得非常好,从易到难,循序渐进,而且大量的实例代码都非常实用,可以直接借鉴到我的项目中。

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在我过去的工作中,经常会遇到需要处理大量并发请求的场景,但往往由于对并发编程理解不深,导致系统性能不佳,甚至出现服务不可用的情况。《并发模式与应用实践》这本书为我提供了一个系统性的学习框架,帮助我全面掌握并发编程的核心概念和实战技巧。书中对“线程安全”的阐述非常到位,它不仅讲解了什么是线程安全,更提供了多种实现线程安全的方法,包括使用锁、原子变量、并发集合等,并且详细分析了各种方法的优缺点和适用场景。我特别喜欢书中对“死锁”的讲解,它不仅详细阐述了死锁产生的条件,还提供了多种避免和解除死锁的策略,这对于我保障系统的稳定性至关重要。此外,书中对“并发设计模式”的深入探讨,例如“生产者-消费者模式”、“读写锁模式”、“线程池模式”等,为我提供了很多解决实际问题的通用方案,让我能够更快速、更高效地构建出高性能、高可扩展性的并发系统。这本书的内容非常全面,案例丰富,并且讲解透彻,对于任何想要提升并发编程能力开发者来说,都绝对是一本不可或缺的参考书。

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我是一名从事多年开发的老兵,虽然在单线程编程方面积累了丰富的经验,但在面对多线程和高并发的挑战时,常常感到力不从心。《并发模式与应用实践》这本书为我提供了一个全新的视角来审视和掌握并发编程的艺术。它不仅仅停留在API的简单介绍,而是深入到并发背后的原理,例如Java内存模型、线程的生命周期、上下文切换等,让我对并发执行的本质有了更深刻的理解。书中对锁机制的全面介绍,从基本的`synchronized`关键字到`ReentrantLock`,再到更高级的`Semaphore`和`CountDownLatch`,以及它们各自的适用场景和性能特点,让我能够根据具体需求选择最合适的同步工具,避免不必要的性能损耗。我尤其喜欢书中关于“死锁”的讲解,它不仅分析了死锁产生的四大条件,还提供了多种避免和解决死锁的策略,这对于我保障系统的稳定性至关重要。此外,书中对并发设计模式的深入探讨,例如“线程池”、“消息队列”、“读写锁”等,为我提供了大量解决实际问题的通用方案,让我能够更高效地构建健壮、可扩展的并发系统。这本书的内容非常扎实,理论与实践相结合,非常值得细细品味。

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这本书简直是为我量身定做的,我一直对如何高效地利用多核处理器感到困惑,在实际工作中经常遇到线程安全、死锁等棘手问题,导致程序性能瓶颈难以突破。手里也看过不少关于并发的书籍,但总觉得要么理论过于抽象,要么例子过于简单,难以触类旁通。《并发模式与应用实践》则完全不同,它以一种极其清晰、循序渐进的方式,将复杂的并发概念拆解开来,并结合大量的真实世界应用场景进行讲解。从最基础的线程创建、同步机制,到更高级的锁、条件变量、原子操作,再到各种经典的并发设计模式,如生产者-消费者、读写锁、线程池等,书中都做了深入浅出的阐述。更重要的是,它不仅仅是理论的堆砌,而是非常注重“实践”二字。每一章节后面都配有大量的代码示例,这些示例不仅能够帮助我理解概念,更能直接应用于我自己的项目中。我尤其喜欢书中对不同并发工具的优缺点分析,以及在特定场景下应该选择哪种工具的指导,这让我少走了很多弯路。例如,在讨论锁的实现时,书中不仅介绍了互斥锁,还详细讲解了自旋锁、读写锁等,并分析了它们在不同等待情况下的性能差异。这对于我优化临界区的访问,提高程序响应速度有着至关重要的作用。读完这本书,我感觉自己对并发编程的理解上了一个全新的台阶,解决问题的能力也得到了极大的提升,终于可以自信地应对各种并发挑战了。

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我在工作中经常需要处理高并发请求,而之前对并发的理解比较零散,导致在设计系统时常常力不从心,遇到性能瓶颈和潜在的Bug。《并发模式与应用实践》这本书给我带来了极大的帮助,它系统地梳理了并发编程的各种核心概念和技术,并且将理论与实践紧密结合。我特别喜欢书中对各种并发设计模式的介绍,比如“并发请求执行”、“服务对象”等,这些模式不仅能够帮助我理解复杂的并发场景,更能提供现成的解决方案,让我能够快速地构建出高性能、高可伸缩性的系统。书中对线程池的讲解尤为细致,它不仅介绍了线程池的创建和配置,还深入分析了各种线程池执行器的特点,以及如何在不同负载情况下选择合适的线程池策略,这对我优化服务的响应时间和资源利用率起到了关键作用。此外,书中对异步编程和事件驱动模型的阐述,也为我打开了新的思路。理解了这些模式后,我能够更好地设计非阻塞的I/O操作,提高系统的并发处理能力,减少线程上下文切换的开销。这本书的内容涵盖了从基础到高级的各个层面,并且讲解透彻,代码示例丰富,非常适合有一定编程基础,希望深入理解并发编程的开发者。

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在实际的软件开发过程中,并发编程的复杂性常常让人望而却步,尤其是在处理大量用户请求、实时数据流或者并行计算等场景时。《并发模式与应用实践》这本书为我提供了一个非常系统和深入的学习路径。它从最基础的线程概念入手,逐步引导读者理解更复杂的同步机制、并发数据结构以及设计模式。书中对“生产者-消费者”模式的详细讲解,以及如何使用BlockingQueue来实现,让我对解耦和削峰填谷有了更直观的理解,并成功地应用到我的项目中,大大提升了系统的稳定性。我尤其欣赏书中对“线程池”的深入剖析,它不仅介绍了线程池的创建和管理,还详细阐述了不同线程池类型的适用场景,以及如何根据业务需求进行精细化配置,这对于我优化资源利用率、提高系统吞吐量非常有帮助。此外,书中对“并发集合”的介绍,如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等,以及它们与传统集合在并发场景下的性能差异,也让我能够做出更明智的数据结构选择。这本书的内容非常详实,案例丰富,并且讲解透彻,对于想要提升并发编程技能的开发者来说,绝对是一本不可多得的宝藏。

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一本适合快速浏览的书,每一个小问题,作者都给了一些代码,然后加上详细解释,虽然主体部分是Java为主,最后的actor模式就不得不用了Scala的Akka的例子来阐述。

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一本适合快速浏览的书,每一个小问题,作者都给了一些代码,然后加上详细解释,虽然主体部分是Java为主,最后的actor模式就不得不用了Scala的Akka的例子来阐述。

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不错,例子虽然基础又简单,但总结复习很好!

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不错,例子虽然基础又简单,但总结复习很好!

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一本适合快速浏览的书,每一个小问题,作者都给了一些代码,然后加上详细解释,虽然主体部分是Java为主,最后的actor模式就不得不用了Scala的Akka的例子来阐述。

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