The Real-Time Specification for Java

The Real-Time Specification for Java pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Addison Wesley Longman
作者:James Gosling
出品人:
页数:195
译者:
出版时间:2000-1-15
价格:USD 29.95
装帧:Paperback
isbn号码:9780201703238
丛书系列:
图书标签:
  • Java
  • RTSJ
  • 实时Java
  • 并发
  • 分布式系统
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  • 编程
  • 技术
  • 计算机科学
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具体描述

深入探索高性能并发编程的基石:C++并发编程实战指南 图书名称: C++并发编程实战指南 图书简介: 在当今这个计算密集型与低延迟要求日益凸显的时代,C++作为系统级编程和高性能计算领域的王者地位依然不可动摇。然而,随着多核处理器的普及,如何有效地、安全地利用并行性,将传统串行代码转化为高效、可靠的并发程序,成为了摆在每一位资深 C++ 开发者面前的核心挑战。本书《C++并发编程实战指南》正是在这一背景下应运而生,它不是对语言特性的简单罗列,而是一本侧重于实践、设计哲学与陷阱规避的深度技术手册。 本书的读者群定位为已经熟练掌握 C++ 基础语法、面向对象编程,并渴望将其技能提升至多线程、并行算法设计层面的中高级工程师和系统架构师。我们假定读者对操作系统中进程与线程的基本概念有所了解,但本书将从 C++ 标准库提供的抽象层,带领读者构建健壮、高性能的并发应用。 第一部分:并发世界的基石与心智模型(Foundations and Mental Models) 本部分首先为读者建立起正确的并发编程心智模型,这比单纯记住 API 调用更为重要。 1. 现代硬件与并发的交汇: 我们深入探讨了现代 CPU 架构(如乱序执行、缓存一致性协议——MESI/MOESI、内存屏障的必要性)如何影响我们的代码。理解底层硬件行为是编写高效并发代码的前提。我们将详细阐述“数据竞争”的根本原因,并展示硬件级别的优化如何被错误的同步机制所抵消。 2. C++ 内存模型(C++ Memory Model)的精髓: 这是本书的核心理论基石之一。我们将彻底解析 C++ 标准中对“顺序一致性”(Sequentially Consistent)与“宽松一致性”(Relaxed Consistency)的定义,并区分 “程序顺序”(Program Order) 与 “内存顺序”(Memory Ordering) 的关系。通过大量的实例代码,演示 volatile 关键字在 C++ 标准下的局限性,以及原子操作(`std::atomic`)中不同内存顺序(如 `memory_order_acquire`, `memory_order_release`, `memory_order_acq_rel`)对性能与正确性的微妙影响。 3. 线程的生命周期与管理: 超越简单的 `std::thread` 创建与连接,我们深入探讨线程的调度优先级、线程局部存储(TLS)在并发环境中的最佳实践与潜在的性能开销。我们还将介绍线程池(Thread Pool)的设计模式,并提供一个可用于生产环境的高性能、动态伸缩的线程池实现框架,重点关注工作窃取(Work Stealing)策略的引入。 第二部分:同步原语的精细化控制与应用(Synchronization Primitives in Detail) 本部分聚焦于标准库提供的同步工具,强调何时使用哪种工具能达到最佳性能与安全性的平衡。 4. 互斥锁(Mutex)的深度剖析: 不仅仅是 `std::mutex`。我们将对比不同类型的锁:优先队列锁(Priority Mutex)、递归锁(Recursive Mutex)的适用场景与性能损耗。重点讲解 自旋锁(Spinlock) 在极短临界区中的优势,并提供一个基于 C++20 `std::atomic_flag` 实现的轻量级自旋锁的范例。 5. 条件变量与事件通知: 我们详细解析 `std::condition_variable` 的等待、通知机制,并强调避免“虚假唤醒”(Spurious Wakeups)的最佳实践。随后,我们将介绍更现代、无锁化的通知机制——Futex(快速用户空间互斥锁) 的概念及其在特定场景下的性能优势,虽然标准库未直接暴露,但理解其原理对优化等待机制至关重要。 6. 读写锁(Reader-Writer Locks)的设计与实现: 尽管 C++20 引入了 `std::shared_mutex`,本书仍将探究其内部工作原理,并提供一个基于互斥锁和计数器实现的、针对特定读取/写入比例优化的自定义读写锁版本,用以展示底层设计如何影响实际吞吐量。 第三部分:无锁数据结构与高性能并发(Lock-Free Programming) 这是对性能极限的追求。本部分将指导读者如何避开锁带来的上下文切换和优先级反转等问题。 7. 原子操作(`std::atomic`)的艺术: 深入解析 CAS(Compare-and-Swap) 循环的原理。我们将展示如何使用原子操作构建基础的无锁栈(Lock-Free Stack)和无锁队列(Lock-Free Queue)。对于队列,我们将对比 Michael & Scott 算法的经典实现与现代 C++20 提供的原子智能指针(如 `std::atomic`)在实现中的差异与挑战。 8. 内存顺序在无锁编程中的决定性作用: 读者将学习如何通过精心挑选内存顺序来满足无锁结构的特定同步需求。我们将详细分析构建一个“完美”的无锁环形缓冲区(Ring Buffer)时,控制写入指针和读取指针的原子操作必须采用何种顺序,以确保数据完整性而不引入不必要的内存屏障开销。 9. 内存管理与 ABA 问题的应对: 无锁编程中最臭名昭著的陷阱之一——ABA 问题。本书将系统性地介绍解决此问题的技术,包括版本计数器(Version Counters)的使用,以及如何在实践中评估引入版本计数器带来的额外开销。 第四部分:并发设计模式与应用实践(Design Patterns and Real-World Application) 本部分将理论与工程实践相结合,展示如何将前述技术应用于复杂系统。 10. 并发设计模式详解: 我们将详细介绍并对比经典的并发设计模式,如:生产者-消费者(Producer-Consumer)、管道(Pipeline)、主动对象(Active Object)以及隔离/惰性初始化模式(Initialization on First Use under Concurrency)。每一个模式都会附带一个可编译、经过性能测试的 C++ 示例。 11. 错误处理与并发调试: 并发代码的调试极其困难。本书提供了一套系统的调试策略,包括如何利用 Address Sanitizer (ASan) 配合线程检测功能定位数据竞争,以及如何使用追踪工具(如 Valgrind/Callgrind)来分析锁竞争热点(Contention Hotspots)。同时,我们将探讨在多线程环境中安全地抛出和捕获异常的策略。 12. 性能分析与瓶颈定位: 性能不佳往往源于不恰当的同步粒度或内存访问模式。我们将指导读者使用 Linux perf 或 Intel VTune Profiler 来识别锁等待时间、缓存未命中率,并据此指导开发者优化临界区的大小和位置,实现真正的“性能调优”。 总结 《C++并发编程实战指南》旨在成为读者工具箱中不可或缺的参考书,它不仅教授 C++ 标准库中如何使用并发工具,更重要的是阐述了为什么要这样使用,以及在不同硬件和负载条件下,不同选择将带来的性能和安全权衡。通过本书的学习,读者将能够自信地设计、实现和调试下一代高性能、高可靠性的 C++ 并发系统。

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读后感

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用户评价

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我必须承认,这本书的语言风格非常“学术派”,缺乏当前技术书籍流行的那种幽默感或轻松的叙事口吻。每一句话都像经过了严格的逻辑审查,密度极高。对于初学者来说,这无疑是一个陡峭的学习曲线,它要求读者必须对C/C++级别的并发概念有基本的熟悉。但是,对于那些已经在使用Java构建商业级、要求高可靠性系统的工程师来说,这本书的价值是无可估量的。我尤其欣赏其中关于“故障隔离”的设计哲学。作者不仅仅讨论了如何让系统跑得快,更深入探讨了当资源耗尽或发生不可预期的中断时,系统应该如何优雅(或至少是可控地)降级。书中对资源池管理和超时机制的设计模式进行了深入的剖析,这些模式超越了简单的Try-Catch结构,上升到了系统健壮性设计的层面。总而言之,这是一部需要反复研读的案头工具书,它不会让你写出流行的Web应用,但它会让你构建出在极端压力下依然能够稳定运行的“工业级”软件核心。

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这本书的阅读体验,怎么说呢,更像是一场与一位经验极其丰富但脾气有点古怪的资深工程师进行的长期、高强度的技术对话。它的叙述方式非常直接,几乎没有冗余的客套话,上来就直奔主题,用一种近乎冷峻的笔调探讨那些最棘手的实时系统设计难题。我特别欣赏作者在处理时间敏感型应用(如高频交易或工业控制系统)的案例分析部分。他没有停留在理论层面,而是展示了如何在特定的硬件限制下,通过调整JVM的垃圾回收策略(例如,如何定制一个低延迟的GC算法的接口设计思路),来实现纳秒级的响应时间。书中对中断处理和线程调度优先级的讨论,简直是教科书级别的范例,清晰地划分了操作系统层面的调度与Java应用层面的并发控制之间的界限。老实说,这本书的难度不低,许多章节我不得不反复阅读,甚至需要对照官方JDK的源代码才能完全消化其中的精髓。但每一次攻克一个难点,那种成就感是无可替代的,它让你明白,这本书提供的知识是真正能落地、能解决生产环境中“硬骨头”问题的。

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这本书,说实话,拿到手的时候,我着实有些疑惑。封面设计得非常朴实,甚至可以说有些过时了,那种深蓝色的背景配上白色的字体,让我想起了一些上个世纪末的技术手册。我原本期待的是一个更现代、更具前沿感的排版,毕竟“实时”这个词听起来就充满了速度与激情。然而,翻开第一页,迎面而来的就是对Java虚拟机(JVM)内存模型和并发机制的深入剖析,那种扎实的基础知识的铺陈,立刻打消了我最初的疑虑。作者似乎并不太在意华丽的外表,他更专注于构建一个坚不可摧的理论地基。阅读过程中,我发现作者在解释JMM(Java内存模型)中那些晦涩的happens-before关系时,运用了大量的类比和图示,这些图示虽然简单,但逻辑链条却异常清晰。我记得有一段关于锁的优化策略,涉及到CAS(Compare-And-Swap)操作的底层实现细节,读完后,我感觉自己对`synchronized`关键字的内在运作机制有了前所未有的理解。这本书的优点在于其毫不妥协的深度,它不是一本让你快速学会写几行代码的速成指南,而是一部需要你沉下心来,一步步啃食的学术著作,适合那些真正想成为Java并发领域专家的读者。

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我最近在负责一个需要保证极低抖动的消息队列项目,压力测试结果总是不尽如人意,尤其是在高负载下,延迟的尾部效应(tail latency)非常严重。恰好同事推荐了这本书,我抱着试试看的心态翻阅了关于“延迟分析与度量”的章节。这本书最出彩的地方,在我看来,就是它对“实时性”的定义和量化方法论的严谨性。它不像很多现代框架文档那样只关注平均性能(Average Performance),而是花费了大量篇幅来讨论如何识别和消除导致P99甚至P99.99延迟的根本原因。作者详细阐述了一种基于Aeron协议思想的零拷贝(Zero-Copy)数据传输在Java层面的实现挑战,以及如何通过内存屏障(Memory Barriers)的精准控制来规避不必要的上下文切换。读到这部分时,我醍醐灌顶,立即回过头去审查了我们自己的网络I/O模型的瓶颈所在。这本书更像是提供了一套“侦探工具箱”,而不是一套现成的“解决方案”,它教会你如何像侦探一样,精确地定位到系统中最慢的那一个环节。

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初次接触这本书时,我对它的期望是能看到关于新型并发库如Loom或Project Panama的介绍,毕竟“Java”和“实时”的结合点正在快速演进。然而,这本书的内容显得更为经典和恒久,它更侧重于那些在任何JVM版本上都成立的底层原理。例如,它对内存屏障的解释,几乎是跨越了Java语言演进史的通用真理。书中对“确定性”的追求,远超出了我对一本Java技术书籍的想象。作者通过详尽的数学模型,推导了在并发环境下,如何保证某个操作序列的执行时间在一个可预测的范围内,而不是简单地追求“快”。这种对确定性(Determinism)的执着,是这本书与其他流行Java并发书籍最大的区别。它不是教你如何使用最新的API,而是教你理解API背后硬件和操作系统是如何协同工作的。因此,如果你指望这本书能教会你如何使用最新的虚拟线程,那你可能会失望;但如果你想知道为什么虚拟线程的调度模型在理论上能提供更低的上下文切换开销,这本书会给你更深层次的答案。

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