Concurrent Object-Oriented Programming and Petri Nets: Advances in Petri Nets (平裝) pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:1 edition (2001年5月1日)

作者:Gul A. Agha

出品人:

頁數:537

译者:

出版時間:2001-5

價格:110.0

裝幀:平裝

isbn號碼:9783540419426

叢書系列:

圖書標籤:

• 並發編程
• 麵嚮對象編程
• Petri網
• 形式化方法
• 軟件建模
• 並發性
• 分布式係統
• 驗證
• 建模工具
• 計算機科學

《並行性、分布式係統與現代計算》 內容簡介 本書深入探討瞭現代計算領域中至關重要的並行性、分布式係統的設計與實現，以及支撐這些復雜係統的基礎理論框架。麵對摩爾定律的放緩和多核處理器的普及，如何高效地利用並行資源、管理跨越物理邊界的係統協作，已成為軟件工程和計算機科學麵臨的核心挑戰。本書旨在為研究人員、高級開發者和係統架構師提供一套係統化、前沿的知識體係，以應對這些挑戰。 本書的結構圍繞三大核心支柱構建：並行計算模型與算法、分布式係統設計與協議，以及係統性能分析與優化。 第一部分：並行計算模型與算法基礎 本部分著重於理解和利用現代多核及異構計算環境的潛力。我們從最基本的並發原語開始，逐步深入到更復雜的並行編程範式。 1. 並發與並行性的基礎概念辨析： 詳細闡述瞭並發性（Concurrency）與並行性（Parallelism）的本質區彆、它們在硬件和軟件層麵的映射關係。探討瞭同步（Synchronization）和異步（Asynchrony）機製的權衡，包括鎖、信號量、條件變量以及無鎖數據結構（Lock-Free Data Structures）的設計原理和性能考量。重點分析瞭現代處理器緩存一緻性協議（如MESI協議）如何影響並行程序的正確性和性能。 2. 並行編程模型： 全麵介紹主流的並行編程模型。 共享內存模型： 深入剖析 OpenMP 的指令集、並行區域劃分策略、數據依賴分析以及如何有效利用綫程池管理。探討瞭 Java 的並發包（`java.util.concurrent`）中高級抽象，如並發集閤、原子操作和執行器框架（Executors Framework）。 消息傳遞模型（MPI）： 詳細講解 MPI 的點對點通信和集閤通信操作（如 Broadcast, Reduce, All-to-All）。分析瞭 MPI 在高性能計算（HPC）集群中的應用，包括進程拓撲的建立與優化。 數據並行與任務並行： 比較瞭數據流編程模型（如 LabVIEW 理念的抽象）與控製流驅動的並行任務模型。 3. 並行算法設計： 本書不再局限於傳統的串行算法復雜度分析，而是引入瞭工作量（Work）、深度（Depth）或跨度（Span）的概念來評估並行算法的效率。 並行排序與搜索算法： 分析瞭並行歸並排序、並行快速排序的變體，以及如何利用並行結構加速圖遍曆算法（如 BFS 和 DFS）。 並行數值計算： 覆蓋矩陣運算的並行化策略（如 Strassen 算法的並行版本），以及偏微分方程求解中的域分解技術。 並發數據結構設計： 深入探討瞭非阻塞（Non-blocking）隊列、棧、以及並發 B 樹的實現細節，強調瞭 ABA 問題的規避和內存順序保證（Memory Ordering Guarantees）。 第二部分：分布式係統設計與實踐 第二部分將焦點從單機多核擴展到跨越網絡的復雜係統協作，這是構建大規模、高可用服務的基石。 1. 分布式係統的挑戰與架構： 係統性地梳理瞭分布式計算的固有難題：部分失敗（Partial Failures）、不可預測的網絡延遲、時鍾同步問題。詳細分析瞭客戶端-服務器、對等網絡（P2P）和分層架構的優缺點。 2. 一緻性、可用性與分區容錯性（CAP 定理的深化）： 超越對 CAP 定理的簡單陳述，本書通過具體案例分析瞭實際係統在一緻性和可用性之間權衡的復雜性。 一緻性模型： 深入探討瞭強一緻性（綫性一緻性）、因果一緻性、最終一緻性（Eventual Consistency）的精確定義和實現機製。 3. 分布式狀態管理與共識協議： 這是分布式係統的核心。本書詳盡解析瞭關鍵的共識算法： Paxos 算法： 從基本原理到多輪（Multi-Paxos）的優化，解釋瞭其在保證狀態機復製中的關鍵作用。 Raft 算法： 以更易於理解的方式，詳細剖析瞭 Leader 選舉、日誌復製和安全性保證的機製。 分布式事務處理： 分析瞭兩階段提交（2PC）和三階段提交（3PC）的局限性，並探討瞭基於補償或 Saga 模式的柔性事務解決方案。 4. 分布式數據存儲與中間件： 探討瞭 NoSQL 數據庫和現代數據基礎設施。 分布式哈希錶（DHT）： 如 Chord 和 Kademlia 的路由機製。 數據分片與復製策略： 包括範圍分區、一緻性哈希（Consistent Hashing）在負載均衡和容錯中的應用。 消息隊列（Message Queuing）： 分析 Kafka、RabbitMQ 等係統的核心設計，重點關注消息的持久性、順序保證和 Exactly-Once 語義的實現挑戰。 第三部分：係統性能、調試與可靠性工程 本部分關注如何驗證、衡量和提升並行及分布式係統的實際性能和魯棒性。 1. 性能度量與瓶頸識彆： 介紹瞭微基準測試（Micro-benchmarking）的陷阱與最佳實踐。深入分析瞭操作係統層麵的調度延遲、上下文切換成本和係統調用開銷。講解瞭利用性能分析工具（如 `perf`, VTune, DTrace）對並行程序進行精確的性能剖析。 2. 可靠性與容錯設計： 故障檢測與隔離： 心跳機製、超時管理和隔離機製（如斷路器模式 Circuit Breakers）。 恢復機製： 快照（Snapshotting）技術、日誌迴放（Log Replay）和檢查點（Checkpointing）在長期運行係統中的作用。 3. 調試復雜並發係統： 討論瞭在多綫程和分布式環境中重現和調試競態條件（Race Conditions）的睏難。介紹瞭隔離和重放技術（Isolation and Replay Testing），以及基於模型檢驗（Model Checking）的思想在並發程序驗證中的初步應用。 本書力求在理論深度和工程實踐之間取得平衡，通過豐富的圖示和嚴謹的數學分析，為讀者提供一套應對下一代計算挑戰的綜閤工具箱。

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我發現這本書的敘事節奏非常緩慢且審慎，幾乎沒有為瞭吸引眼球而引入任何“熱門”的技術術語或當前最流行的框架。它的目標讀者群體似乎更加偏嚮於分布式係統架構師、編譯器設計人員，或者那些對並發理論有狂熱興趣的研究人員。書中對時間概念的處理尤其精妙，它沒有簡單地使用“順序”來描述操作，而是引入瞭更細緻的邏輯時鍾和因果依賴關係來定義事件的發生順序。我發現自己不得不反復閱讀關於偏序集和偏序關係的部分，因為那是理解後麵所有並發分析工具的基礎。這本書的價值不在於教你如何快速構建一個係統，而在於教你如何從根本上理解係統的行為，如何設計齣在理論上可以被證明是正確的、健壯的並發抽象層。如果你期待的是一本能讓你在周末輕鬆讀完並馬上投入實戰的書，那這本書可能會讓你感到失望，因為它要求的是長期的、深入的投入和思考。

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這本厚厚的精裝書，拿到手裏沉甸甸的，光是翻開第一頁就能感覺到作者在概念的構建上花瞭不少心思。我本來是抱著學習並行和並發編程的實用技巧來的，結果發現這本書的起點非常高，簡直像是一本高級理論教材。它花瞭大量的篇幅來追溯並發問題的理論根源，特彆是那些涉及狀態空間爆炸和死鎖的經典難題。我尤其欣賞作者在介紹基本模型時那種嚴謹的數學推導，雖然初讀起來有些晦澀，但一旦理解瞭，對於理解後續更復雜的並發控製機製就有瞭堅實的基礎。書中對軟件工程實踐的關注點似乎並不在最新的框架或語言特性上，而是更傾嚮於建立一種普適性的、與底層硬件和操作係統調度機製緊密相關的抽象模型。這讓我想起多年前讀過的那些關於形式化驗證的經典著作，內容紮實得讓人不敢輕易跳過任何一個定理的證明。總的來說，如果你期待的是快速上手寫齣高性能的Java或C++並發代碼，這本書可能不太適閤你，但如果你想深入挖掘為什麼這些代碼會齣問題，並從數學上證明其正確性，那麼它絕對是寶庫。

评分☆☆☆☆☆

這本書的排版和圖示質量相當不錯，這是我閱讀體驗中一個難得的亮點。在處理那些復雜的係統狀態轉換圖時，圖錶的清晰度至關重要，而這本書在這方麵做得非常齣色。作者似乎非常清楚地知道，當討論到多態的並發訪問和資源競爭時，沒有清晰的視覺輔助，文字描述很容易變得混亂不堪。我特彆喜歡書中對各種變體模型的比較分析，比如如何從基本的同步係統演化到異步的消息傳遞模型，每一步的邏輯推導都伴隨著一個精心繪製的狀態圖，這極大地幫助我構建瞭清晰的思維導圖。雖然內容的深度要求很高，但至少在呈現方式上，它盡可能地降低瞭讀者的認知負擔。這不像某些學術著作那樣隻有密密麻麻的文字，它提供瞭一種可視化的路徑，引領讀者穿越復雜的並發邏輯迷宮。

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這本書的討論風格帶著一種強烈的、幾乎是哲學思辨的味道。它不像市場上的許多“如何構建”的書籍那樣提供現成的食譜，而是不斷地提齣“什麼是並發的本質？”“我們如何纔能真正定義一個無錯的並行係統？”這類更深層次的問題。我感覺作者在試圖構建一套關於“正確性”的統一理論框架，並將對象模型視為這種理論的一個具體實現載體。這種方法論使得全書的論述都圍繞著一緻性和可觀測性展開。例如，在討論內存模型時，它超越瞭具體的CPU緩存一緻性協議，而是從信息傳遞和因果關係的角度進行解構。這迫使我跳齣自己過去習慣的、依賴於特定平颱特性的編程思維定勢，去思考那些跨越不同硬件架構的通用難題。對於希望提升自身理論素養、挑戰思維極限的資深開發者來說，這無疑是一次極具價值的智力探險。

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說實話，這本書的閱讀體驗更像是在攻剋一座學術的高峰，而不是在瀏覽一本技術指南。它的結構非常獨特，前半部分幾乎完全沉浸在離散事件係統和狀態機的世界裏，對“對象”的討論往往是通過對行為和交互的精確建模來完成的，而不是直接討論麵嚮對象編程中的繼承和封裝這些日常概念。我發現自己不得不頻繁地查閱圖論和形式語言學的背景知識，這對我這樣一個主要做應用開發的工程師來說，是一個不小的挑戰。最讓我印象深刻的是作者如何將抽象的並發模型映射到實際的係統設計問題上，比如分布式事務處理中的兩階段提交協議，書中用非常清晰的圖形化錶示來展示其潛在的失敗路徑和恢復策略。這種將高度抽象的理論工具應用於具體工程挑戰的方法，展現瞭作者深厚的功底。然而，對於那些需要快速解決實際生産問題的讀者來說，可能需要極大的耐心去消化這些理論鋪墊，纔能最終觸及到那些實用的“洞察”。

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