Algorithms and Data Structures pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Dehne, Frank; Sack, Jvrg-R]diger; Santoro, Nicola

出品人:

页数:646

译者:

出版时间:1993-8-26

价格:USD 109.00

装帧:Paperback

isbn号码:9783540571551

丛书系列:

图书标签:

• 算法
• 程序设计
• 算法
• 数据结构
• 计算机科学
• 编程
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• 基础
• 经典

深入探索：现代计算的基石 本书聚焦于计算机科学领域两个最为核心且相互交织的支柱——编程范式、高级软件架构以及对复杂系统性能的精细化调优。 我们将跳脱出基础数据结构与算法的教科书式讲解，转而深入探讨在海量数据和高并发环境下，如何设计、实现和优化健壮、可扩展的应用程序。本书旨在为那些已经掌握了基本算法和数据结构知识的开发者、系统架构师和研究人员提供一个进阶的视角，使他们能够驾驭下一代计算挑战。 第一部分：现代编程范式的演进与实践 在快速迭代的软件生态中，选择正确的编程范式如同选择正确的工具来完成复杂的工程任务。本部分将详细剖析几种在大型分布式系统和高性能计算中占据主导地位的范式，并提供详尽的代码实例与实战案例。 1. 函数式编程（FP）的深度应用与重塑状态管理 函数式编程不再仅仅是学术上的探讨，它已成为构建可靠、易于测试的并发系统的关键。我们将深入研究不可变性（Immutability）如何从根本上简化并发编程中的竞态条件问题。 纯函数与副作用的严格分离： 探讨如何通过设计模式（如Monads、Functors）来优雅地封装和管理副作用，从而使核心业务逻辑保持纯净和可预测性。 高阶抽象与柯里化： 深入解析如何利用高阶函数实现代码的复用和灵活配置。我们将通过具体案例展示，如何使用柯里化技术来构建细粒度的、可组合的领域特定语言（DSL）。 惰性求值（Lazy Evaluation）的性能考量： 分析惰性求值在处理无限数据流和优化资源消耗方面的优势与潜在陷阱，特别是在内存管理和调试复杂数据管道时的挑战。 2. 并发模型与响应式编程的崛起 现代应用需要极高的响应速度和资源利用率。本章将对比传统的线程和锁机制，转向更现代、更安全、更易于推理的并发模型。 Actor 模型与消息传递： 详细介绍基于消息传递的并发模型，如Erlang/Elixir中的Actor系统，以及在Java/Scala（Akka）和.NET Core（TPL Dataflow）中的实现。重点分析隔离状态、容错性和监督树的设计。 反应式宣言（Reactive Manifesto）的落地： 不仅仅是讨论“响应式”的概念，而是深入研究如何利用响应式流（Reactive Streams）规范来构建背压机制（Backpressure），确保系统在负载激增时能够稳定地处理请求，而不是崩溃。 异步/等待（Async/Await）的底层机制： 解析不同语言实现异步编程的底层状态机和编译器优化，理解其对堆栈使用和性能的影响，避免“回调地狱”的同时，保持代码的同步阅读体验。 第二部分：高性能系统架构与性能剖析 在掌握了编程范式后，下一步是如何将它们融入到大型软件系统的设计中，并确保系统在真实世界的压力下依然高效运行。 3. 分布式系统中的一致性与容错 当数据不再集中于一个节点时，确保数据视图的一致性成为复杂性的主要来源。 CAP 定理的实践权衡： 深入分析在实际部署中，系统是如何在一致性（Consistency）、可用性（Availability）和分区容错性（Partition Tolerance）之间做出动态选择。我们将检视Quorum机制和Gossip协议的设计决策。 共识算法的实现细节： 详尽解析Raft和Paxos协议的核心流程，不仅仅是描述它们的作用，而是深入到日志复制、Leader 选举和快照的实现细节，理解它们在ZooKeeper、etcd等关键基础设施中的角色。 分布式事务管理： 探讨两阶段提交（2PC）的局限性，并重点研究Saga模式在微服务架构中实现长生命周期业务流程的编排和补偿机制。 4. 内存管理与垃圾回收的深度调优 性能的瓶颈往往藏在内存的分配和回收过程中。本章的目标是让读者能够像垃圾收集器（GC）的设计者一样思考。 现代GC算法剖析： 详细对比分代收集（Generational Collection）、标记-清除（Mark-Sweep）、复制（Copying）以及并发垃圾收集器（如ZGC, Shenandoah）的工作原理、停顿时间（Pause Time）和吞吐量（Throughput）之间的权衡。 堆栈布局与缓存友好性： 探讨CPU缓存（L1/L2/L3）对程序执行速度的决定性影响。如何通过数据结构设计（例如，数组而非链表）来优化空间局部性和时间局部性，实现“零成本抽象”下的极致性能。 内存屏障与内存模型： 在多核处理器环境中，理解内存屏障（Memory Fences）对于维持程序正确性的重要性，以及不同硬件架构下的内存一致性模型。 5. 性能分析与瓶颈定位 没有准确的测量，优化就是盲目的猜测。本部分将指导读者掌握科学的性能诊断方法。 火焰图（Flame Graphs）的解读与应用： 学习如何使用采样和差异火焰图来直观地定位CPU热点。重点讲解如何区分用户态（User Space）和内核态（Kernel Space）的耗时，以及如何识别锁竞争和系统调用开销。 I/O 子系统的探查： 深入研究磁盘调度、网络协议栈（如TCP拥塞控制算法）对延迟的影响。通过`strace`、`perf`等工具，定位文件系统调用和网络往返时间（RTT）的瓶颈。 基准测试的科学性： 探讨如何设计无偏见的微基准测试，使用统计学方法来确保测试结果的有效性和可重复性，避免 JIT 预热、垃圾回收等干扰因素对结果的扭曲。 本书的最终目标是培养一种系统性的、工程化的思维，使读者能够自信地站在复杂系统的最前沿，设计出不仅功能正确，而且在性能、稳定性和可维护性上都达到行业顶尖水准的软件产品。每一章节都建立在对底层机制的深刻理解之上，旨在将理论知识转化为可操作的工程智慧。

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