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出版者:O'Reilly Media

作者:Elliotte Rusty Harold

出品人:

页数:728

译者:

出版时间:2006-5-26

价格:USD 59.99

装帧:Paperback

isbn号码:9780596527501

丛书系列:

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书名：《深入理解并发编程：从基础到实践》 内容简介 引言：现代计算的基石 在当今的软件工程领域，并发性已不再是可选项，而是核心竞争力。随着多核处理器、分布式系统以及大规模网络应用的普及，如何有效地利用并行资源，管理共享状态，并确保程序在多线程环境下的正确性与高性能，成为了衡量一个开发者技术深度的重要标准。《深入理解并发编程：从基础到实践》旨在为读者提供一个全面、系统且深入的知识体系，彻底解析并发编程的底层原理、主流模型、核心工具以及在实际工程中的最佳实践。 本书并非仅仅停留在对语言特性的简单罗列，而是致力于构建一个坚实的理论框架，帮助读者理解“为什么”要采用某种并发机制，以及“如何”在复杂场景下做出最优选择。 第一部分：并发的基础与模型 本部分聚焦于奠定坚实的理论基础，确保读者对并发世界的底层机制有清晰的认识。 1. 计算机体系结构与并发的起源： 我们首先回顾冯·诺依曼结构，探讨现代CPU缓存层次（L1, L2, L3 缓存）对程序执行的影响，特别是缓存一致性协议（如MESI）如何影响多线程下的数据可见性。深入解析操作系统如何通过进程与线程进行资源调度，以及上下文切换的开销与机制。理解硬件层面的限制是设计高效并发程序的第一步。 2. 并发模型的演变：共享内存与消息传递： 详细对比共享内存模型（如Java、C++的线程模型）和消息传递模型（如Erlang、Go的CSP模型）。针对共享内存模型，我们将深入剖析内存模型的概念，如顺序一致性模型、释放一致性模型和程序顺序一致性，并着重讲解在不同硬件架构下，编译器和处理器可能进行的重排序（Reordering）行为，这是导致并发错误的隐形杀手。 3. 线程的生命周期与同步机制的剖析： 全面解析线程的创建、就绪、运行、阻塞与终止等状态转换。在此基础上，系统讲解传统的同步原语，包括互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）、读写锁（Read-Write Lock）。重点在于分析这些原语在内核态和用户态的实现细节，例如，互斥锁是如何通过原子操作（如Test-and-Set或Compare-and-Swap）来实现的，以及在竞争激烈时，系统如何从用户态竞争转向内核态等待。 第二部分：原子操作与内存屏障 本部分是理解高性能并发编程的“核心秘籍”，深入到CPU指令集层面。 4. 原子操作的威力：CAS原语： 详尽介绍“比较并交换”（Compare-and-Swap, CAS）这一无锁编程（Lock-Free Programming）的基石。分析CAS操作的原子性保证，并用其构建无锁的栈（Stack）和队列（Queue）。我们将讨论“ABA问题”及其解决方案，这是无锁数据结构设计中必须面对的陷阱。 5. 内存屏障（Memory Barrier/Fence）：确保可见性： 内存屏障是解决处理器重排序问题的关键工具。本章将系统讲解不同类型的内存屏障（Load Barrier, Store Barrier, Full Barrier）的作用，并结合具体的处理器架构（如x86和ARM）的内存模型，解释何时需要显式地插入屏障以保证跨线程的数据可见性。 6. 基于原子类的并发工具集： 在Java等语言中，`java.util.concurrent.atomic`包提供了基于CAS的高效原子类。本章将指导读者如何利用`AtomicInteger`, `LongAdder`, `AtomicReference`等工具，替代重量级的同步锁，以实现特定场景下的高性能并发控制。 第三部分：并发数据结构与并发工具包 本部分侧重于实战应用，介绍如何使用成熟的并发数据结构来规避手动锁的复杂性。 7. 并发集合的精妙设计： 深入剖析JDK中主流并发集合的内部机制。例如，`ConcurrentHashMap`是如何通过分段（或称为“桶”）锁和无锁化设计（在Java 8以后）来实现高并发读写性能的。对比`CopyOnWriteArrayList`和`Vector`的适用场景，理解“写时复制”策略的性能权衡。 8. 现代并发工具箱：Executor 框架： 系统讲解线程池（`ExecutorService`）的工作原理，包括核心池大小、最大池大小、拒绝策略和线程工厂的配置艺术。深入探讨四种主要的线程池类型（定长、缓存、单线程、定时），并提供一套完整的线程池监控与调优指南。 9. 生产者-消费者模型的优雅实现： 使用`BlockingQueue`这一高效的阻塞队列来优雅地实现生产者-消费者模式，避免了传统手动`wait()`/`notify()`带来的死锁和丢失唤醒的风险。分析不同阻塞队列（ArrayBlockingQueue, LinkedBlockingQueue, SynchronousQueue）的特性及其在系统解耦中的应用。 第四部分：高级并发控制与实践 本部分探讨更复杂的同步原语以及如何诊断和解决实际系统中的并发难题。 10. 锁的高级主题与性能考量： 详细解析`ReentrantLock`与`synchronized`的底层差异，特别是`ReentrantLock`提供的公平性、可中断性和条件变量（`Condition`）的强大功能。探讨自旋锁（Spin Lock）的适用场景，以及偏向锁（Biased Locking）和轻量级锁（Lightweight Locking）在JVM内部的优化机制。 11. 显式调度与同步：CountDownLatch, CyclicBarrier与Semaphore： 讲解如何使用这些辅助同步工具来协调多个线程的执行步骤，例如如何使用`CyclicBarrier`实现多阶段并行计算的同步，以及如何使用`Semaphore`对资源访问进行限流控制。 12. 并发错误的检测与调试： 并发编程的难度在于错误难以复现。本章将介绍如何使用专业的工具（如Java的Thread Dump分析、动态分析工具）来捕获和分析死锁、活锁和饥饿问题。强调静态代码分析工具在并发代码审查中的重要性。 13. 反应式编程与非阻塞I/O的融合： 展望现代高并发系统设计趋势，介绍非阻塞I/O（NIO）模型，以及如何将其与并发编程思想结合，构建高吞吐量的网络服务器。探讨响应式宣言（Reactive Manifesto）及其对传统并发编程范式的挑战与补充。 总结 《深入理解并发编程：从基础到实践》以严谨的逻辑和丰富的工程案例，带领读者穿越并发编程的迷雾。学完本书，读者不仅将掌握并发编程的语法和API，更将建立起一种面向多核、高并发环境的系统思维方式，从而能够设计、实现并维护健壮、高效的现代软件系统。本书是每一位追求卓越性能和系统稳定性的软件工程师的必备参考手册。

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我是一个习惯于通过对比和深入剖析来理解技术的开发者，我总想知道为什么 Java 选择了这种设计而不是另一种。这本书在介绍传统 I/O 时，基本上就是按部就班地描述了各个类的构造函数和主要方法的作用，缺乏对历史演进的梳理和设计权衡的讨论。例如，为什么早期 Java 设计中要将字节流和字符流区分开来，这种区分在处理跨平台文本文件时带来了多少不便，以及这些不便最终是如何被 `Reader`/`Writer` 家族所解决的，书中都没有进行深入的哲学层面的探讨。这种“知其然不知其所以然”的教学方式，使得读者学到的知识非常“死板”。一旦遇到一个稍微脱离书中例子的场景，比如一个涉及到特定编码协议的二进制数据流解析，读者就会发现自己手中空有 API 知识，却缺乏解决问题的思维工具，因为书中从未展示过如何像“侦探”一样去分析和调试一个复杂的 I/O 问题。

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这本所谓的“Java I/O”书，说实话，我拿到手的时候心里其实是抱着蛮大的期待的。毕竟在 Java 的世界里，数据流和文件操作的重要性不言而喻，那是构建任何复杂应用的基础。我原以为会看到一套系统、深入的讲解，从最底层的 `InputStream` 和 `OutputStream` 的设计哲学，到如何优雅地处理各种编码问题，再到 NIO 2.0 带来的异步非阻塞新范式。然而，读完之后，我感觉它更像是一本初级教程的集合，对于那些已经对 Java 有一定了解的开发者来说，信息增量实在不高。书中的例子大多停留在“如何读取一个文本文件”或者“如何使用 `FileInputStream`”这类教科书式的场景，缺乏对实际生产环境中遇到的那些棘手问题的探讨，比如如何高效地进行大文件分块上传、如何设计健壮的网络数据包解析器，或者在多线程环境下如何安全地操作共享文件资源等。期望中那种能让人茅塞顿开、将 I/O 视为一种艺术而非简单API调用的深度剖析，完全没有体现出来。如果只是想快速上手 Java 的基础文件操作，或许可以翻阅一下，但若是想在这方面建立起坚实且灵活的知识体系，这本书提供的视角未免有些太平庸了。

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从排版和易读性的角度来看，这本书的作者在组织材料时似乎缺乏对读者学习路径的整体规划。章节之间的衔接非常生硬，仿佛是把几篇独立的博客文章强行拼凑起来。比如，上一章还在详细解释 `DataInputStream` 中字节到基本类型的转换细节，下一章就跳跃到了 `ObjectInputStream` 的序列化机制，中间完全没有过渡，也没有解释为什么在现代应用中，后者往往比前者更具风险和局限性。这种碎片化的知识点堆砌，极大地削弱了学习的连贯性。对于一个需要构建清晰知识模型的学习者来说，这无疑是一种折磨。你很难从书中提炼出一个清晰的逻辑框架，来指导自己何时该用缓冲流，何时该考虑 NIO，以及在何种业务场景下应该优先考虑哪个 API。与其说是“一本教材”，不如说它更像是一本“API 手册的冗余扩展”，只是用文字描述了每个类的方法签名，却未能阐述方法背后的设计哲学和最佳实践。

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说实话，我买这本书的时候，是冲着它封面上的“全面”二字去的，心想总能涵盖一些现代 Java I/O 的前沿实践。但阅读体验却像是在一个设计精巧的迷宫里走，却发现出口只通向另一个房间，里面摆着的还是老旧的家具。我尤其关注了它在 Java 8 之后对 `Files` API 的介绍，期待能看到更多关于路径操作的函数式编程风格的应用，比如如何利用 Stream API 来处理目录的递归遍历，或者如何更简洁地处理文件属性的设置与获取。结果，这部分的介绍显得非常单薄，很多 `Path` 和 `Paths` 类的强大功能只是被轻描淡写地提及，几乎没有给出任何可以称得上“巧妙”的实际应用案例。更令人失望的是，书中对性能调优的讨论几乎是空白。在处理高并发的网络 I/O 场景时，缓冲区的选择、直接内存的利用，这些都是决定应用成败的关键因素，但这本书似乎完全避开了这些“硬核”的细节，仿佛 Java 的 I/O 世界永远停留在那个慢速的磁盘读写时代，让人感觉这本书的知识体系构建是滞后于技术发展的。

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这本书给我的整体印象是，它似乎是为那些刚接触编程，或者只对 Java 基础语法有零星了解的人群准备的。对于一个有着数年经验的 Java 工程师而言，它提供的价值微乎其微，甚至可以说是一种时间的浪费。我期待的是能在其中找到关于 Java 虚拟机（JVM）如何管理 I/O 缓冲区、操作系统底层如何与 Java 抽象层进行交互的关联性分析。毕竟，高效的 I/O 操作往往与底层系统调用息息相关。然而，书中对这些底层机制的描述，停留在非常表层的API调用说明上，丝毫没有触及到性能优化的根源。它更像是对 JDK 官方文档的重新组织和润色，而不是一本基于资深开发者实践经验的知识沉淀。如果要推荐给同事，我恐怕只能说：“如果你想知道 `read()` 方法大概是做什么的，可以翻翻看，但想知道如何用它来解决一个真正的性能瓶颈问题，这本书可能帮不了你。” 这种期望与现实之间的巨大落差，是这次阅读体验中最令人感到遗憾的部分。

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无趣

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“The laws of Nature are but the mathematical thoughts of God.” “自然的法则不过是上帝对数学的思考。”

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“The laws of Nature are but the mathematical thoughts of God.” “自然的法则不过是上帝对数学的思考。”

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节奏把握得挺不错的，简明全面清晰。

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