Concurrency in Programming and Database Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Jones & Bartlett Publishers

作者:Arthur J. Bernstein

出品人:

页数:548

译者:

出版时间:1993-1-15

价格:USD 68.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780867202052

丛书系列:

图书标签:

• 并发编程
• 数据库系统
• 并行计算
• 事务处理
• 锁机制
• 死锁
• 分布式系统
• 数据一致性
• 性能优化
• 多线程

《现代并发编程的艺术与实践》 在当今快速发展的数字时代，软件的性能、响应能力和可扩展性已成为衡量其成功与否的关键指标。而要实现这些目标，掌握并发编程的精髓至关重要。本书——《现代并发编程的艺术与实践》，将带您深入探索并发编程的宏伟世界，揭示如何设计、实现和优化能够高效利用多核处理器，同时处理大量并发任务的应用程序。 本书并非一本枯燥的技术手册，而是一次启发性的旅程，旨在培养您对并发思维的深刻理解，以及驾驭复杂并发场景的实际能力。我们将从并发编程的基本概念入手，逐步深入到更高级的主题，并结合当下最流行、最具影响力的编程语言和技术栈，为您提供一套全面而实用的知识体系。 第一部分：并发编程的基础与思维模型 在深入了解具体的并发机制之前，我们首先需要建立坚实的理论基础和清晰的思维模型。本部分将为您解析并发与并行的核心区别，理解它们在不同硬件架构下的运作方式。我们将探讨为什么并发如此重要，它如何帮助我们应对日益增长的数据量和用户需求，以及在没有并发的情况下，程序会面临哪些瓶颈。 并发的本质与并行： 区分“并发”——处理多个任务的能力，与“并行”——同时执行多个任务。理解在单核、多核以及分布式系统中的不同表现。 线程模型与进程： 深入剖析线程与进程的概念，它们的生命周期、资源消耗、通信机制以及在操作系统层面的调度策略。我们将探讨它们各自的优缺点，以及在何时选择使用线程，何时选择使用进程。 共享内存模型与消息传递： 介绍两种主要的并发通信范式。在共享内存模型下，我们将详细讲解内存可见性、缓存一致性、原子操作等核心概念，并预警由此带来的潜在问题，如数据竞争和死锁。在消息传递模型下，我们将探索如何通过独立的内存空间和明确的消息传递来规避共享内存的复杂性。 并发的安全与正确性： 并发编程最令人头疼的问题莫过于其固有的复杂性和潜在的错误。本部分将详细阐述数据竞争、死锁、活锁、饥饿等常见的并发问题，并介绍一系列行之有效的识别和预防策略。我们将学习如何通过严格的编程实践、清晰的设计模式和合适的同步原语来确保程序的正确性。 第二部分：核心并发原语与模式 掌握了基本概念后，我们将开始学习实际的工具和技术，用于构建健壮的并发系统。本部分将聚焦于各种编程语言中提供的核心并发原语，以及在实际开发中被广泛采纳的并发设计模式。 锁（Locks）与互斥量（Mutexes）： 学习如何使用锁来保护共享资源，确保同一时间只有一个线程能够访问关键代码段。我们将探讨不同类型的锁，如互斥锁、读写锁，以及它们的适用场景和性能考量。 信号量（Semaphores）： 理解信号量在控制对有限资源的访问方面的作用，以及它们如何用于线程间的协作和同步。 条件变量（Condition Variables）： 掌握条件变量如何与锁结合使用，实现更灵活的线程等待与通知机制，解决生产者-消费者等经典问题。 原子操作（Atomic Operations）： 学习如何利用底层硬件支持的原子操作，实现无需锁的轻量级并发更新，从而提升性能和简化代码。 并发集合（Concurrent Collections）： 探索各种编程语言提供的线程安全的数据结构，如并发队列、并发映射、并发集等，以及如何高效地使用它们来管理共享数据。 线程池（Thread Pools）： 理解线程池的工作原理，以及如何通过复用线程来减少线程创建和销毁的开销，显著提升应用程序的吞吐量和响应速度。 Future/Promise 与异步编程： 深入了解异步编程模型，以及如何使用 Future 和 Promise 来处理非阻塞操作的结果。我们将探讨回调（Callbacks）、事件驱动（Event-driven）等异步模式，并重点关注现代语言如 JavaScript (Node.js)、Python (asyncio) 以及 Java (CompletableFuture) 中的异步编程实践。 Actor 模型： 介绍 Actor 模型作为一种强大的并发抽象，如何通过独立的、消息驱动的 Actor 来实现高度并发和容错的系统。我们将探讨 Akka（Java/Scala）、Erlang 等Actor模型框架的应用。 第三部分：高级并发主题与架构 在掌握了基础原语和常见模式之后，本书将带领您探索更高级的并发技术和架构，以应对更复杂的挑战，构建真正可扩展、高可用、高性能的系统。 内存模型详解与内存可见性： 深入研究不同处理器架构下的内存模型（如 Java Memory Model, C++ Memory Model），理解缓存一致性协议（如 MESI）如何影响并发程序的行为。我们将学习如何通过内存屏障（Memory Barriers）来显式控制内存操作的顺序，确保跨线程的内存可见性。 无锁数据结构（Lock-Free Data Structures）： 探索如何设计和实现不依赖于传统锁的并发数据结构。我们将讨论原子操作在构建无锁算法中的关键作用，以及无锁编程的挑战和潜在优势，如避免死锁和提高吞吐量。 事务内存（Transactional Memory）： 介绍事务内存作为一种潜在的锁替代方案，如何在硬件或软件层面实现代码块的原子执行，简化并发编程的复杂性。 分布式并发： 将并发的概念扩展到分布式系统。我们将探讨分布式锁、分布式事务、一致性协议（如 Paxos, Raft）等核心概念，以及它们在构建可伸缩、高可用的分布式应用中的作用。 并发性能调优与剖析： 学习如何使用各种工具和技术来度量、分析和优化并发程序的性能。我们将介绍性能剖析（Profiling）工具，如何识别性能瓶颈，以及通过调整并发策略、同步原语和数据结构来提升性能。 并发编程的错误处理与容错： 探讨在并发环境中进行有效的错误处理和构建容错系统的方法。我们将学习如何优雅地处理线程异常，实现任务的重试机制，以及利用监督（Supervision）机制来提高系统的健壮性。 现代并发框架与库： 深入了解当下主流编程语言中提供的强大并发框架和库，例如： Java: `java.util.concurrent` 包，Project Loom，Spring WebFlux。 Python: `threading`, `multiprocessing`, `asyncio`, `Tornado`, `Celery`。 Go: Goroutines, Channels, `sync` 包。 Rust: `std::thread`, `rayon`, `tokio`, `async-std`。 C++: C++11/14/17/20 标准库中的并发特性，`Boost.Thread`。 并发在特定领域的应用： 探讨并发编程在不同领域的实际应用，例如： Web 服务器与微服务： 如何利用并发处理海量请求，构建高吞吐量的 Web 应用。 数据处理与大数据： 如何使用并发加速数据分析、ETL 过程。 游戏开发： 如何在游戏中实现流畅的动画、物理计算和 AI。 实时系统： 如何在有严格时间限制的系统中实现可靠的并发。 学习方法与目标 本书的编写力求清晰易懂，并辅以大量的代码示例和实际场景分析。我们鼓励读者在阅读过程中积极实践，动手尝试书中介绍的各种并发技术和模式。每一章都将包含“思考与实践”环节，引导您深入理解概念并将其应用到实际问题中。 通过学习本书，您将能够： 建立坚实的并发理论基础： 深刻理解并发与并行的本质，以及各种并发机制的工作原理。 掌握核心并发原语和设计模式： 熟练运用锁、信号量、条件变量、原子操作等工具，构建健壮的并发程序。 解决常见的并发问题： 有效识别、预防和调试数据竞争、死锁等棘手的并发错误。 设计和实现高性能并发系统： 运用高级并发技术和架构，构建可扩展、响应迅速的应用程序。 选择和使用现代并发框架： 熟悉并能够灵活运用主流编程语言中的并发库和框架。 提升解决复杂并发挑战的能力： 培养用并发思维解决实际问题的能力，应对不断演进的技术需求。 无论您是经验丰富的软件工程师，还是刚刚踏入编程世界的新手，本书都将成为您探索并发编程的宝贵指南。让我们一起踏上这段激动人心的旅程，掌握现代并发编程的艺术与实践，为构建更加强大、高效的软件世界贡献力量。

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