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出版者:

作者:尹荣章 编

出品人:

页数:352

译者:

出版时间:2009-9

价格:30.00元

装帧:

isbn号码:9787312025785

丛书系列:

图书标签:

• 计算机基础
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• 专业课
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深入探索现代软件开发：从理论基石到前沿实践 本书旨在为致力于成为优秀软件工程师的读者提供一个全面、深入且紧跟时代步伐的知识体系。它不仅涵盖了计算机科学的核心基础，更将重点聚焦于当前软件行业最为热门和关键的技术领域，引导读者建立起扎实的理论素养和卓越的工程实践能力。 本书结构严谨，内容覆盖面广，分为四个核心部分，层层递进，确保读者能够构建起一个从底层逻辑到上层应用的完整认知框架。 --- 第一部分：计算思维与底层架构解析 (Foundations of Computation and Architecture) 本部分是理解现代计算系统的基石，它将带你超越操作系统的表象，深入到数据和指令的本质。 第一章：离散数学与算法设计思维 本章不再局限于传统的集合论和逻辑推理，而是侧重于如何将离散数学工具应用于实际的软件工程问题中。我们将探讨图论在网络结构、依赖关系解析中的应用，例如最短路径算法（Dijkstra, A）在路由和游戏AI中的优化。重点在于算法复杂度分析的严谨性，如何使用渐近记号（Big O, Theta, Omega）来精确评估算法在海量数据下的性能瓶颈，并引入随机化算法和近似算法的概念，讨论其在NP难问题求解中的实用价值。 第二章：计算机系统组织与硬件交互 深入研究现代CPU的工作原理，包括指令集架构（RISC-V 架构作为现代设计思想的代表）、流水线技术、超标量执行以及乱序执行的机制。我们将详细剖析缓存层次结构（L1, L2, L3）的工作原理，并重点讨论缓存一致性问题（Cache Coherence）及其在多核并行计算中对性能的制约。此外，本章还将介绍内存管理单元（MMU）如何实现虚拟内存，以及操作系统如何通过上下文切换和中断处理来协调硬件资源。 第三章：编程语言的范式与编译原理 本章横跨编译器的核心阶段，从词法分析、语法分析（LL/LR 分析器）到语义分析和代码优化。重点不再是C/C++等命令式语言的语法，而是深入探究函数式编程（Functional Programming）范式（如Haskell或Scala的特性）如何通过不可变性（Immutability）来简化并发编程。我们将对比解释型（如Python/JavaScript）与编译型语言的执行模型差异，并讨论即时编译（JIT）技术在提升动态语言性能中的关键作用。 --- 第二部分：现代操作系统与并发编程 (Modern OS and Concurrency Engineering) 本部分专注于构建高性能、高可靠性系统的核心——对资源管理的精细控制和对并行处理的有效驾驭。 第四章：高级进程管理与内核交互 超越基础的进程/线程概念，本章深入研究Linux内核中的调度算法（如CFS——完全公平调度器），以及同步原语（信号量、互斥锁、条件变量）在高并发场景下的细微差别和潜在陷阱（如死锁、活锁、饥饿）。将引入无锁数据结构（Lock-Free Data Structures）的设计思想，利用原子操作（CAS/FAA）来构建高效且资源占用极低的并发集合。 第五章：网络协议栈的深度解析 本章将从网络接口卡（NIC）开始，逐层解析TCP/IP协议栈。重点放在TCP的拥塞控制算法（如Reno, CUBIC）如何在不确定性网络中维持高吞吐量和公平性。我们将分析HTTP/3 (基于QUIC协议)相对于TCP/UDP的革命性改进，特别是其在多路复用和连接迁移方面的优势，并探讨套接字编程中I/O多路复用技术（epoll, kqueue）的实现细节和性能调优策略。 第六章：分布式系统基础理论 本部分是构建大规模服务的核心。我们将深入探讨分布式系统面临的CAP定理与PACELC定理的权衡。重点介绍一致性模型，从最终一致性到强一致性的不同实现。核心内容包括共识算法（如Paxos和Raft）的详细推导过程，理解它们如何确保集群状态的正确性和容错性。此外，还将分析分布式事务处理中的两阶段提交（2PC）和三阶段提交（3PC）的局限性，并引入Saga模式作为应对长事务的现代解决方案。 --- 第三部分：数据持久化与存储系统 (Data Persistence and Storage Systems) 数据是现代应用的核心资产，本部分侧重于如何高效、安全、可靠地存储和检索海量数据。 第七章：关系型数据库的内部机制 深入研究B+树索引结构如何优化磁盘I/O，并分析事务的ACID特性是如何通过锁机制和MVCC（多版本并发控制）来实现的。我们将剖析WAL（Write-Ahead Logging）在故障恢复中的作用，并探讨数据库查询优化器如何通过成本模型选择最优执行计划。 第八章：NoSQL数据库的演进与适用场景 本章全面对比不同类型的NoSQL系统。针对键值存储（如Redis的数据结构和持久化策略），文档数据库（如MongoDB的存储引擎设计），列式存储（如Cassandra的抗写放大设计）以及图数据库（如Neo4j的遍历优化）。重点在于理解每种模型如何牺牲部分通用性来换取特定维度（如写入速度、水平扩展性）的最佳性能。 第九章：数据流处理与时间序列 探讨数据湖和实时数据管道的设计。我们将解析Apache Kafka作为分布式消息系统的核心设计理念，包括分区、副本和ISR机制。随后，深入学习流处理引擎（如Flink/Spark Streaming）中的状态管理、窗口函数（滚动窗口、会话窗口）和精确一次（Exactly-Once）语义的实现技术，这对于金融、物联网等领域的实时分析至关重要。 --- 第四部分：软件工程的前沿与实践 (Advanced Software Engineering and Modern Practices) 本部分将理论知识与现代DevOps和工程实践相结合，培养读者的系统设计和维护能力。 第十章：现代微服务架构与服务治理 从单体到微服务的演进中，本章详细阐述了服务拆分原则（DDD的边界上下文概念）。重点分析服务间通信中的同步（REST/gRPC）与异步（消息队列）的最佳实践。深入探讨服务治理的关键技术：服务发现（如Consul/Eureka）、熔断降级（如Hystrix/Sentinel）、负载均衡策略（LVS到Envoy代理）。 第十一章：容器化与基础设施即代码 (IaC) 系统地介绍Docker和Kubernetes (K8s)。K8s部分将着重于其核心控制器（如ReplicaSet, Deployment, StatefulSet）的工作机制，以及如何利用Operator模式扩展K8s的能力。同时，探讨基础设施即代码的实践，使用Terraform或Ansible来管理云资源，确保环境配置的一致性和可重复性。 第十二章：可观测性、安全与性能调优 本章聚焦于保障生产系统健康运行的“三驾马车”：日志、指标和追踪。我们将介绍OpenTelemetry标准如何统一可观测性数据。在安全方面，深入讨论OAuth 2.0/OIDC的认证授权流程、JWT（JSON Web Tokens）的安全使用，以及Web应用中的常见漏洞（如CSRF, XSS）的防御策略。最后，提供一套系统化的性能瓶颈定位流程，从内核到应用层面的诊断工具链介绍。 --- 本书的读者对象是具备一定编程经验，希望系统性地从“会写代码”迈向“能设计和构建大规模复杂系统”的在校高年级学生、研究生以及希望进行技术栈升级的软件工程师。通过对这些前沿和底层技术的深入剖析，读者将能够洞察现有主流技术栈背后的设计哲学，从而在未来的技术选型和架构决策中具备更强的洞察力和前瞻性。

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