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出版者:Course Technology Ptr

作者:Shelly, Gary B./ Cashman, Thomas J./ Starks, Joy L.

出品人:

页数:303

译者:

出版时间:

价格:663.00元

装帧:Pap

isbn号码:9781418859831

丛书系列:

图书标签:

• Java
• 编程
• 计算机科学
• 软件开发
• 面向对象
• 数据结构
• 算法
• 入门
• 教程
• 技术

探寻编程的奥秘：现代软件开发的基石 本书名称：深入理解计算机系统：从底层原理到高效实践 图书简介： 在这个信息技术飞速发展的时代，软件已成为驱动社会进步的核心动力。然而，许多开发者停留在 API 的表面调用，对驱动这一切的底层机制知之甚少。本书《深入理解计算机系统：从底层原理到高效实践》旨在填补这一鸿沟，为读者构建一个全面、深刻且实用的计算机系统知识体系。它不仅仅是一本关于特定语言或框架的教程，更是一本关于“计算机如何工作”的百科全书，是每一位严肃的软件工程师、系统架构师以及对技术有深厚好奇心的人士的必备读物。 本书的结构经过精心设计，力求逻辑严密、层层递进，从最基础的二进制表示开始，逐步攀升至复杂的操作系统和网络协议。我们相信，只有理解了代码在机器内部的真实运行方式，才能写出真正高效、健壮且可维护的软件。 第一部分：硬件基础与数字逻辑的基石 本书首先从最微观的层面入手，揭示了现代计算机世界的构建砖块。 第一章：信息的表示与运算 本章详细探讨了数字在计算机内部的存储方式。我们深入研究了定点和浮点数的表示标准（IEEE 754），解释了为什么浮点数运算存在精度问题，以及在金融和科学计算中应如何应对。更进一步，我们剖析了整数溢出、补码运算的内在机制，这对于理解底层安全漏洞（如缓冲区溢出）至关重要。本章还介绍了逻辑门、组合电路和时序电路的基础知识，为理解 CPU 的工作原理打下坚实的逻辑基础。 第二章：处理器架构与指令集 我们跳出抽象模型，直面 CPU 的核心。本章详细阐述了冯·诺依曼和哈佛架构的区别与联系。重点分析了现代复杂指令集计算（CISC）与精简指令集计算（RISC）的设计哲学差异，并以主流的 x86-64 和 ARM 架构为例，解读汇编语言的结构。我们深入探讨了指令流水线、超标量处理、分支预测等提高并行度的关键技术，并解释了这些技术如何影响程序员编写代码时的性能考量。 第三章：内存的层次结构与性能优化 内存是程序性能的瓶颈所在。本章系统地梳理了从寄存器到主存，再到固态硬盘（SSD）的完整内存层级结构。我们将重点剖析缓存的工作原理，包括直接映射、组相联和全相联缓存的替换策略（如 LRU 算法的实际应用）。通过大量实例，读者将学会如何通过数据结构布局优化（如结构体对齐、数组的行主序访问）来最大化缓存命中率，实现“让数据停留在更靠近 CPU 的地方”。 第二部分：程序如何在系统上运行 理解硬件只是第一步，接下来需要了解软件是如何被加载、执行并与硬件交互的。 第四章：链接、加载与可执行文件格式 编译后的代码如何变成可以在系统上运行的程序？本章解密了编译器、汇编器和链接器的协作过程。我们详细剖析了静态链接和动态链接的机制，解释了共享库（Shared Libraries）的工作原理，以及加载器（Loader）在程序启动时所执行的复杂任务。读者将学习 ELF（Executable and Linkable Format）或 PE 格式的内部结构，并掌握如何使用调试工具追踪链接错误。 第五章：虚拟内存与地址翻译 虚拟内存是现代操作系统最伟大的发明之一。本章深入探讨了虚拟地址空间的概念，以及内存管理单元（MMU）如何利用页表将虚拟地址转换为物理地址。我们详细讲解了多级页表、TLB（Translation Lookaside Buffer）缓存以及缺页中断（Page Fault）的处理流程。理解虚拟内存不仅有助于性能调优，更是理解进程隔离和内存保护机制的前提。 第六章：进程、线程与并发模型 本部分聚焦于程序的执行模型。我们区分了进程（Process）和线程（Thread）的本质区别，阐述了上下文切换的开销。随后，我们转向并发编程的核心挑战：同步与互斥。本章全面覆盖了各种同步机制，包括信号量（Semaphores）、互斥锁（Mutexes）、读写锁，以及条件变量，并重点分析了死锁、活锁和饥饿等经典并发问题的成因与规避策略。 第三部分：系统交互与高性能网络 现代应用很少是孤立运行的，它们需要与外部设备和网络进行高效通信。 第七章：系统调用与 I/O 操作 本章将视角转向操作系统内核。我们系统地讲解了系统调用的接口、陷阱（Trap）机制以及用户态与内核态的切换。I/O 操作是程序效率的关键点，我们深入对比了标准 I/O（stdio 库）、带缓冲 I/O 和直接 I/O 的性能差异。随后，我们全面分析了阻塞 I/O、非阻塞 I/O、I/O 多路复用（select/poll/epoll）以及异步 I/O（AIO）的工作模型，为构建高并发网络服务提供坚实的理论基础。 第八章：编译与优化的高级技巧 本章不再局限于运行时的分析，而是深入到编译阶段。我们探讨了编译器优化器的主要策略，例如循环展开、函数内联、死代码消除和常量传播。读者将学习如何阅读和理解编译生成的汇编代码，利用 GCC/Clang 的优化选项 `-O0` 到 `-O3` 及其对程序行为的具体影响，从而编写出能被编译器充分利用的代码。 第九章：网络编程基础与 TCP/IP 协议栈 本书的收官部分聚焦于网络。我们从比特流传输的角度审视了 OSI 模型和 TCP/IP 模型的关键层级。重点剖析了 TCP 协议的可靠性保证机制，包括三次握手、四次挥手、拥塞控制（如慢启动和拥塞避免算法）以及快重传/快恢复策略。我们还会展示如何利用 Socket API 进行编程，并讨论 HTTP 协议在应用层如何依赖底层传输协议实现高效通信。 目标读者与本书价值 本书面向所有希望超越“CRUD”层面，真正掌控软件性能和系统行为的开发者。通过学习本书，读者不仅将精通 C 语言作为系统级编程的桥梁，更能培养起一种“系统思维”——在解决任何软件问题时，都能追溯到硬件、操作系统和编译器的层面进行思考和决策的能力。掌握这些底层知识，将使您在面试、系统设计和性能调优中游刃有余，真正成为构建下一代复杂系统的核心力量。

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我对技术文档的实用性要求极高，如果一本书只是停留在理论层面，那么它在我的书架上就很难占据核心位置。**《Java Programming》**的价值，恰恰在于它对“实践”的执着追求。它并没有把重点放在那些华而不实的最新语法特性上，而是沉稳地聚焦于如何写出健壮、高性能的生产级代码。书中包含了一整套关于“错误处理与调试”的章节，这部分内容往往被其他书籍轻描淡写。它深入讲解了如何使用日志框架进行有效诊断，如何构造有意义的异常层次结构，甚至专门开辟了一个小节讨论如何编写一个能被清晰跟踪的堆栈跟踪信息。我记得有一次线上出现了一个极其隐晦的空指针异常，我花了半天时间都无法定位，最后翻到这本书中关于异常传播和责任链模式的章节，茅塞顿开，很快就找到了问题的根源。这本书似乎是假设读者未来会直接进入企业级开发环境，因此它在性能调优、内存泄漏的排查、垃圾回收机制的底层参数设置等方面，都给出了非常实用的操作指南和基准测试方法，而不是停留在“使用垃圾回收器”这个浅层面上。

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我必须承认，我最初选择这本书是抱着一种试试看的心态，毕竟市面上的Java书籍多如牛毛，很多都是雷声大雨点小，只停留在API的罗列上。然而，**《Java Programming》**给予我的惊喜，在于它对“设计模式”的阐述，简直是化腐朽为神奇。很多书籍提到设计模式时，就好像是在背诵《设计模式》那本书的定义，枯燥乏味，让人觉得这些模式只是理论上的完美，在实际项目中根本用不上。但这本书的作者非常高明地将这些模式融入到了贯穿全书的几个大型案例中。例如，在讲解工厂模式时，它不是孤立地讲，而是假设我们正在构建一个跨平台图形界面库，然后逐步引入抽象工厂、构建者模式等，展示了如何在需求不断变化的情况下，利用这些模式保持代码的可维护性和扩展性。读到后面，我甚至能预感到下一步代码结构应该如何调整，这是一种非常难得的“预知能力”的培养。最让我拍案叫绝的是，它对“依赖注入（DI）”和“面向切面编程（AOP）”的介绍，用一种非常直观的“搭积木”的方式，将Spring框架的核心思想提前进行了铺垫，使得我后续接触框架时，不再是两眼一抹黑，而是豁然开朗。这本书真正做到了“授人以渔”，而不是简单地“授人以鱼”。

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这本书最让我感到惊喜和意外的，是它对Java生态系统宏观层面的介绍，这一点是许多纯粹的代码实现书籍所缺乏的。它不仅仅是教你Java语言本身，更是在引导你理解Java在整个软件工程领域中的地位和价值。在开篇的几章，作者用历史的眼光审视了Java从早期Applet到企业级应用（EJB时代）再到如今微服务和云原生环境下的演变，这让学习者能够更好地把握技术栈选择背后的历史必然性。它巧妙地将Java虚拟机（JVM）的运作原理，比如类加载机制和JIT编译器的优化策略，与实际的程序性能挂钩，而不是将其作为一组孤立的知识点来介绍。这种“大局观”的培养，对于一个渴望成为架构师的读者来说，是无价的。此外，它对标准库中一些不太常用的高级工具类的挖掘也非常深入，比如`CompletableFuture`的链式调用技巧，以及 NIO 中缓冲区操作的细节，这些都是在日常编码中能够立即提升效率的“内功心法”。总而言之，这本书像是一位既懂语言精髓，又深谙工程哲学的导师，它教我的远超代码本身。

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这本书的排版和阅读体验，是我个人非常看重的一个方面。坦白讲，很多技术书籍为了追求信息的密度，常常把页面弄得像密文一样，密密麻麻的文字和代码块挤在一起，读上一个小时眼睛就开始抗议。**《Java Programming》**在这方面做得极其出色，它采用了大开本设计，行距和字间距恰到好处，代码块都有清晰的语法高亮，并且关键的代码行会用粗体或者斜体特别标注出来，引导读者的注意力。更重要的是，它在讲解复杂算法或数据结构（比如HashMap的内部实现）时，会刻意留出大片的空白区域用于读者自行笔记和草图绘制，这体现了作者对读者学习过程的深切理解。我通常在阅读技术书籍时会准备大量的便利贴，但这本**《Java Programming》**却让我用掉了比平时少一半的便利贴，因为它在关键概念旁就留出了足够的“呼吸空间”。此外，每章末尾的“陷阱警示”环节也极其实用，它总结了新手最容易犯的错误，那些错误我自己在实践中也亲身“踩”过，看到书上竟然有针对性的提醒，感觉就像是有一位经验丰富的老前辈在身边随时指点，这种被照顾到的感觉，让学习过程变得轻松而高效。

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这本书的书名听起来非常直接，**《Java Programming》**，但实际阅读下来，我发现它远不止是关于“如何编程”的教科书。首先，它的结构组织简直是教科书级别的典范，逻辑链条清晰到让人惊叹。从最基础的变量、数据类型开始，作者就展现出一种对新手极度友好的耐心，每一个概念的引入都伴随着详尽的、且与现实世界应用紧密相关的比喻。我记得初学对象继承时，我总是被“父类”和“子类”的概念绕晕，但这本书用“建筑蓝图与实际建造”的比喻，瞬间就打通了我的认知壁ட்ட。更让我印象深刻的是，它在讲解高级特性，比如并发控制和JVM内存模型时，并没有堆砌晦涩的术语，而是采用了大量的图示和逐步深入的剖析方法。尤其是关于线程同步的那几章，它不仅讲了`synchronized`关键字的用法，还深入探讨了底层操作系统是如何实现锁的，这对于想成为专业Java开发者的我来说，是极其宝贵的知识。它不仅仅是教你写出能跑的代码，更是在培养你理解代码“为什么能跑”以及“如何跑得更好”的底层思维。对于任何想从“会写Java”提升到“精通Java”的人来说，这本书的深度和广度都无可挑剔，绝对值得放在案头细细研读。

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