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出版者:Morgan & Claypool Publishers

作者:Joy Arulraj (Author), Andrew Pavlo (Author), H. V. Jagadish (Editor)

出品人:

页数:192

译者:

出版时间:2019-2-12

价格:USD 89.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9781681734866

丛书系列:

图书标签:

• 数据库
• Database
• 数据库
• 非易失性存储器
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• 计算机科学
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《分布式系统架构与实践：从理论到落地》 图书简介 在当今数据爆炸的时代，构建高可用、高性能、可扩展的分布式系统已成为所有技术组织的基石。本书《分布式系统架构与实践：从理论到落地》旨在提供一个全面而深入的指南，覆盖从分布式系统的基础理论到实际架构设计、关键技术选型、以及大规模部署和运维的完整生命周期。本书面向有一定编程基础和系统知识的工程师、架构师以及对现代基础设施感兴趣的研发人员。 第一部分：分布式系统的基石 本部分将系统地梳理构建可靠分布式系统的核心概念和理论基础。 第一章：分布式系统的本质与挑战 本章首先界定什么是分布式系统，并探讨其带来的核心优势——扩展性、可用性和资源共享。然而，分布式系统的复杂性也伴随着独特的挑战。我们将深入剖析“分区容错性、一致性和可用性”之间的权衡，即著名的 CAP 定理。书中将用大量实例阐述在不同业务场景下如何做出恰当的权衡。 接着，我们将详细讨论分布式系统面临的主要难题： 1. 时钟与顺序性问题： 探讨物理时钟的局限性（如时钟漂移），并引出逻辑时钟的概念。 2. 网络延迟与不可靠性： 分析消息传递的异步特性、丢包、乱序和网络分区（Partition）的实际影响。 3. 故障检测与恢复： 讨论如何判断一个远程节点是“慢”还是“死”，以及心跳机制（Heartbeat）和超时设置的艺术。 第二章：一致性模型与数据复制 数据在分布式环境中的一致性是构建可信赖系统的核心。本章将超越教科书式的线性一致性，深入探讨业界主流的各种一致性模型及其应用场景： 1. 强一致性（Strong Consistency）： 讲解基于 Paxos 和 Raft 协议的实现原理。我们将详细拆解 Raft 协议 的领导者选举、日志复制和安全性保障机制，并提供伪代码级别的理解，帮助读者掌握其核心逻辑，而不是仅仅停留在调用 API 层面。 2. 弱一致性与最终一致性（Eventual Consistency）： 分析最终一致性的适用场景，特别是对于那些对实时性要求不那么苛刻，但对写入吞吐量要求极高的系统。 3. 因果一致性与会话一致性： 探讨更精细的同步机制，以及它们如何平衡性能和用户体验。 第三章：分布式事务与数据分区 在分布式环境中实现跨多节点的事务操作是一项艰巨的任务。 1. 两阶段提交（2PC）与三阶段提交（3PC）： 分析 2PC 协议的阻塞问题，以及 3PC 试图解决的局限性。重点讨论在真实生产环境中，如何规避 2PC 协调者单点故障带来的风险。 2. Saga 模式与补偿机制： 针对微服务架构，深入介绍 Saga 模式如何通过一系列本地事务和补偿操作来保证业务流程的最终一致性，并提供实际流程编排的案例。 3. 数据分片（Sharding）策略： 探讨如何根据业务特点选择合适的分片键（Sharding Key）。内容涵盖哈希分片、范围分片、一致性哈希（Consistent Hashing）在负载均衡和动态扩容中的关键作用，并深入剖析一致性哈希如何最小化数据迁移成本。 第二部分：关键组件与架构实践 本部分聚焦于分布式系统中常用的基础设施组件，并探讨如何将理论知识应用于实际的系统设计中。 第四章：分布式协调服务（ZooKeeper/etcd/Consul） 分布式协调服务是现代架构的“神经中枢”。本章将对比 ZooKeeper、etcd 和 Consul 的设计哲学、数据模型和应用场景。 1. 核心功能实现： 深入解析它们如何利用 ZAB 协议或 Raft 协议实现配置管理、服务发现、分布式锁和领导者选举。 2. 分布式锁的实现与陷阱： 详细阐述如何利用这些工具实现安全、无死锁的分布式锁，并指出在网络抖动情况下，使用 Redlock 算法可能带来的争议和局限性。 第五章：高性能消息队列的设计与应用 消息队列是解耦系统、削峰填谷的利器。本章将侧重于探讨 Kafka 这一主流系统的内部机制。 1. Kafka 的核心架构： 分析 Broker、Topic、Partition、Leader/Follower 副本机制的工作原理。 2. 高吞吐量保障： 深入探讨 Kafka 如何利用顺序 I/O、零拷贝（Zero-Copy）技术和批处理机制实现惊人的写入性能。 3. 消息投递语义： 讲解 At-Least-Once、At-Most-Once 和 Exactly-Once 的实现难度和应用选择，特别关注实现 Exactly-Once 语义所依赖的事务性保障。 第六章：服务间通信与发现 服务网格（Service Mesh）和 API 网关是现代微服务架构的必备组件。 1. RPC 框架的选择与优化： 对比 RESTful、gRPC 和 Thrift 等不同通信协议的性能特点。我们将重点分析 gRPC 如何利用 Protocol Buffers 实现高效的序列化和跨语言通信。 2. 服务发现机制： 详细介绍客户端发现（Client-Side Discovery）与服务端发现（Server-Side Discovery）的优劣。解析如 Ribbon 和 LoadBalancer 在客户端如何集成服务注册中心进行动态路由。 3. 容错设计模式： 讨论断路器（Circuit Breaker）、重试（Retry）、超时（Timeout）和限流（Rate Limiting）等 Hystrix/Sentinel 模式的实践，确保系统在依赖服务出现故障时仍能保持优雅降级。 第三部分：运维、可观测性与混沌工程 分布式系统的运维和稳定性保障比单体应用复杂得多。本部分将重点关注如何监控、排查和主动测试系统的健壮性。 第七章：分布式日志、追踪与度量（可观测性） “看不见”是分布式系统最大的敌人。本章将构建一个完整的可观测性体系。 1. 集中式日志管理： 介绍 ELK/Loki 栈的架构，并强调结构化日志的重要性，以便于后续的聚合分析。 2. 分布式追踪（Tracing）： 深入解析 Zipkin/Jaeger 的原理，重点讲解 Span、Trace 的概念以及如何在代码中正确地注入和传递 Trace Context，以实现跨服务的调用链追踪。 3. 系统度量与告警： 讨论 Prometheus 的时间序列数据库模型，以及如何定义黄金指标（Latency, Traffic, Errors, Saturation）并设置有效的告警策略。 第八章：混沌工程（Chaos Engineering）与系统韧性 本书的收官之章将介绍前沿的系统稳定性实践——混沌工程。 1. 混沌工程的哲学与实践： 解释为什么我们需要主动注入故障，而不是被动等待故障发生。 2. 设计稳健的实验： 介绍如何定义实验的“假设”（Hypothesis），选择合适的攻击面（如网络延迟、CPU 饱和、进程终止），以及如何安全地执行实验。 3. 工具链与落地： 结合 Gremlin 或 Chaos Mesh 等工具，提供在 Staging 或生产环境中设计和运行小型故障注入实验的路线图。 总结 《分布式系统架构与实践：从理论到落地》不仅仅是一本理论参考书，更是一本面向工程实践的实战手册。通过对理论的深入挖掘和对主流技术的全面覆盖，本书旨在帮助读者掌握设计、构建和运维下一代高可靠、高性能分布式系统的必备技能。每一章都力求提供清晰的架构图示和可操作的实践建议，确保读者能够学以致用，构建出真正健壮的业务系统。

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这本书的标题，"Non-Volatile Memory Database Management Systems"，立刻吸引了我，因为它触及了当前数据管理领域一个极其重要的前沿话题。在我的职业生涯中，我亲眼见证了存储技术的飞速发展，特别是非易失性内存（NVM）的崛起，它带来了前所未有的数据访问速度和持久性。然而，如何充分发挥NVM的潜力，设计出能够真正受益于这种新技术的数据库管理系统，一直是一个复杂且充满挑战的问题。我非常期待书中能够深入探讨NVM的各种特性，例如其高吞吐量、低延迟以及断电时数据依然存在的特点。更重要的是，我希望作者能详细阐述如何从根本上重新思考传统的数据库架构，以适应NVM的独特优势。这不仅仅是简单地将现有技术移植到新硬件上，而是需要对数据结构、存储引擎、事务处理、并发控制甚至查询优化等各个层面进行创新性的设计。例如，对于索引结构，传统的B+树在NVM上是否依然是最佳选择？是否需要全新的、为NVM量身定制的索引模型？对于日志记录，是否可以简化或完全改变以减少写入开销？此外，NVM带来的持久性保证，是否能简化事务的ACID属性的实现，或者带来全新的并发控制范式？书中对于这些核心问题的深度剖析，将是我最关注的重点。我希望作者能够提供清晰的理论框架，并且辅以实际的案例分析或模拟实验，来证明这些新设计理念的可行性和优越性。毕竟，理论再优美，最终还是要落到实际应用的性能提升和成本效益上来。我希望这本书能成为一本兼具理论深度和实践指导价值的著作，为我们这些致力于构建下一代高性能数据管理系统的开发者和研究者提供宝贵的启示。

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当我看到“Non-Volatile Memory Database Management Systems”这个书名时，我的脑海中立刻浮现出无数关于数据存储未来的场景。NVM，尤其是其快速发展的势头，正在彻底颠覆我们对内存和存储的传统认知。它不仅提供了闪电般的速度，还兼具了数据的持久性，这使得将NVM作为数据库的主存储介质成为可能，并带来了前所未有的设计机遇。我热切地期待这本书能够深入探讨，如何在NVM的基础上，构建出真正高性能、低延迟的数据库管理系统。这不仅仅是对现有技术的简单改进，而是需要从根本上重新审视数据库的架构。例如，数据结构的设计：传统的B+树在NVM上是否依然是最佳选择？或者，是否存在更适合NVM特性的全新数据结构，能够最大限度地利用其随机访问的低成本？我特别关注书中对于事务处理和持久化机制的讨论。NVM的持久性是否能简化ACID属性的实现？是否可以设计出更轻量级的日志，以减少写放大并提升性能？此外，对于并发控制，NVM的低延迟是否能催生更高效的并发控制算法，减少锁的粒度，从而提高系统的整体吞吐量？我希望这本书能提供一些深入的理论分析，并辅以实际的工程实践，帮助我理解如何将这些理论转化为可行的数据库设计。它应该能为我指明方向，让我更好地应对NVM时代数据库管理的新挑战。

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“Non-Volatile Memory Database Management Systems”这个书名，让我对这本书的期望值非常高。作为一名在数据库领域摸爬滚打多年的工程师，我深知存储技术的进步是推动数据库系统演进的最重要驱动力之一。NVM的出现，无疑是近几十年来最令人兴奋的存储技术变革之一。我希望这本书能够深刻地剖析NVM的独特性质，例如其接近DRAM的访问速度、极低的延迟以及断电后数据依然存在的特性。更重要的是，我期望它能提供一套系统性的方法论，指导我们如何设计和构建能够充分发挥NVM优势的数据库管理系统。这并非易事，它意味着要对传统数据库的底层架构进行深刻的思考和重构。我希望书中能够详细探讨，如何在NVM上设计高效的数据结构，如何实现低开销的事务处理和持久化机制，以及如何开发能够充分利用NVM低延迟特性的并发控制策略。例如，我非常好奇，是否可以完全抛弃WAL（Write-Ahead Logging）模型，而采用一种全新的、更直接的持久化方式？或者，如何在NVM上实现更精细粒度的锁，以提升并发性能？本书如果能提供一些具体的算法、数据结构实现，或者是一些成功应用的案例分析，那将对我非常有价值。我期待它能够成为一本兼具理论深度和实践指导意义的著作，帮助我应对NVM时代带来的挑战。

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当我看到“Non-Volatile Memory Database Management Systems”这本书名时，我立刻意识到它触及了我长久以来思考的一个核心问题：如何彻底革新数据库管理系统，以适应非易失性内存（NVM）带来的全新存储范式。NVM已经不再是简单的高速存储介质，它在速度和持久性上的双重优势，要求我们重新审视数据库的底层设计。我期望这本书能够提供一个清晰的路线图，指导我们如何从零开始，或者如何改造现有系统，来充分利用NVM的潜力。这不仅仅是对性能的简单提升，更是对整个数据库架构的重新构思。例如，我迫切想知道，在NVM上，数据布局策略应该如何改变？是否可以放弃对顺序读写的过度优化，而拥抱更灵活、更适合并行访问的数据结构？对于事务处理，NVM的持久性是否意味着我们可以设计出更简洁、更高效的日志机制，甚至完全抛弃WAL？我也非常关注书中对于并发控制的探讨。NVM的极低延迟，是否能让我们开发出更轻量级的锁，或者探索无锁数据结构，从而极大地提高系统的吞吐量？我希望这本书能深入到技术细节，提供一些具体的算法和实现上的指导，而不仅仅是泛泛而谈。毕竟，只有将理论转化为实际应用，才能真正体现出NVM数据库的价值。

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标题“Non-Volatile Memory Database Management Systems”直接点出了我近期工作中的一个关键痛点。随着非易失性内存（NVM）技术的成熟和普及，我们正处于一个数据库设计范式的转型期。传统的数据库，尤其是那些为机械硬盘（HDD）或固态硬盘（SSD）设计的系统，在充分利用NVM的高速读写能力和固有的持久性方面，面临着巨大的挑战。我迫切希望这本书能够为我提供清晰的指导，阐述NVM的特性是如何从根本上改变数据库架构的。这不仅仅是关于速度的提升，更意味着数据访问模型、存储布局、数据结构以及事务处理方式的全面革新。例如，NVM极低的随机访问延迟，是否意味着我们可以放弃许多为顺序读写而设计的优化，转而拥抱更灵活、更适合并行访问的数据结构？书中关于如何设计一种能够充分利用NVM低延迟和高吞吐量特性的存储引擎，以及如何优化数据布局以减少缓存失效和提高访问效率的讨论，将是我特别关注的部分。此外，NVM的持久性保证，如何影响事务的ACID属性的实现？是否存在新的、更高效的事务模型，能够减少写放大，提高并发性能？我希望书中能够提供一些具体的技术解决方案，甚至是一些前沿的研究成果，能够启发我重新思考现有数据库系统的设计。毕竟，理解和掌握NVM数据库的精髓，对于我们在日益激烈的技术竞争中保持领先至关重要。

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拿到这本书，我的第一反应是它是否能够为我解开关于非易失性内存数据库管理系统（NVMe DBMS）的重重迷雾。我一直在思考，NVM究竟是如何从根本上改变我们对数据库的认知和设计的。它不再是简单的高速缓存，而是成为了主存储介质。这意味着，我们过去为解决磁盘I/O瓶颈而设计的所有权衡和优化，可能需要被彻底颠覆。例如，数据布局和访问模式对于传统HDD/SSD有着截然不同的考量。在NVM上，随机访问的代价极低，这是否意味着我们可以放弃很多为了顺序读写而进行的优化，转而拥抱更灵活、更适合并行访问的数据结构？这本书能否在这方面提供一些颠覆性的见解？我尤其关注它在“持久化”和“内存化”这两个看似矛盾却又被NVM完美结合的特性上的处理。如何在保证ACID特性的前提下，最大限度地利用NVM的低延迟和高吞吐量，避免不必要的写放大，同时又要保证数据的安全性？书中对于这些挑战的解决方案，无疑将是我评估其价值的关键。我希望它能超越表面上的技术堆砌，深入到数据库引擎的底层设计逻辑。比如，它会讨论如何在NVM上实现高效的内存数据结构，以及如何设计一种全新的日志机制，既能保证持久性，又能大幅度减少延迟。我还会仔细考察书中对于并发控制的探讨。NVM带来的极低延迟，是否能让我们设计出更轻量级的锁机制，或者甚至探索无锁数据结构？这本书是否能提供一些具体的算法和数据结构实现，以便我们能够将其应用到自己的项目中？我希望它能给我带来一些“啊哈！”的时刻，让我能够清晰地看到NVM数据库未来的发展方向。

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这本书的名字，"Non-Volatile Memory Database Management Systems"，立刻勾起了我浓厚的兴趣。我一直对存储技术的发展及其对数据库系统设计的深远影响充满好奇。NVM，尤其是基于DRAM的持久化存储（如Intel Optane DC Persistent Memory），它模糊了内存和存储的界限，这为数据库管理系统带来了前所未有的机遇，同时也带来了巨大的挑战。我希望这本书能够深入剖析NVM的独特优势，例如其接近DRAM的访问速度和固有的数据持久性。更重要的是，我期望作者能够详细阐述如何设计出能够真正发挥NVM潜力的数据库引擎。这不仅仅是简单地将现有技术移植到新硬件上，而是需要从根本上重新思考数据结构、存储模型、日志策略、事务处理以及并发控制机制。例如，对于索引结构，传统的B+树在NVM上是否依然是最佳选择？或者，是否需要全新的、为NVM量身定制的索引模型，能够更好地利用其随机访问的低成本特性？对于数据持久化，我们是否可以摆脱传统的WAL模型，采用更直接、更高效的持久化方式？书中关于这些核心问题的解决方案，将是我评估其价值的关键。我希望作者能提供清晰的理论框架，并且辅以实际的案例分析或性能对比，来证明这些新设计理念的可行性和优越性。毕竟，理论再优美，最终还是要落到实际应用的性能提升和成本效益上来。我期待这本书能为我提供一些关于如何构建新一代高性能、低延迟数据库的深刻见解。

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“Non-Volatile Memory Database Management Systems”这本书的标题，直接勾起了我对当前数据库技术前沿的强烈兴趣。非易失性内存（NVM）的崛起，无疑是存储领域的一场革命，它模糊了内存和存储的界限，为数据库管理系统带来了前所未有的机遇和挑战。我希望这本书能够深入剖析NVM的独特属性，例如其接近DRAM的访问速度、极低的延迟以及断电后数据依然存在的持久性。更重要的是，我期望作者能够提供一套系统性的方法论，指导我们如何设计和构建能够充分发挥NVM优势的数据库管理系统。这并非易事，它意味着要对传统数据库的底层架构进行深刻的思考和重构。我希望书中能够详细探讨，如何在NVM上设计高效的数据结构，如何实现低开销的事务处理和持久化机制，以及如何开发能够充分利用NVM低延迟特性的并发控制策略。例如，我非常好奇，是否可以完全抛弃WAL（Write-Ahead Logging）模型，而采用一种全新的、更直接的持久化方式？或者，如何在NVM上实现更精细粒度的锁，以提升并发性能？本书如果能提供一些具体的算法、数据结构实现，或者是一些成功应用的案例分析，那将对我非常有价值。我期待它能够成为一本兼具理论深度和实践指导意义的著作，帮助我应对NVM时代带来的挑战。

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《Non-Volatile Memory Database Management Systems》这本书的标题，一下子就抓住了我的注意力。我一直密切关注着非易失性内存（NVM）技术的发展，并深知它对数据管理领域带来的颠覆性影响。NVM的出现，不再仅仅是提升存储速度，它更是将“持久性”和“内存化”的特性融合在了一起，这为数据库管理系统的设计开启了全新的可能性。我希望这本书能够深入探讨，如何从根本上改变我们设计数据库的方式，以充分利用NVM的独特优势。例如，我非常好奇，在NVM上，传统数据库的索引结构（如B+树）是否仍然是最优选择？或者，我们需要开发全新的、为NVM量身定制的数据结构，以达到更高的性能？此外，对于事务处理，NVM的持久性是否能让我们简化ACID的实现，或者采用更高效的日志记录机制，以减少写放大？我也期待书中能够提供关于并发控制的深入讨论。NVM的极低延迟，是否能让我们设计出更精细、更轻量级的锁，从而大幅度提升系统的并发处理能力？我希望这本书能提供清晰的理论框架，并且最好能辅以一些实际的案例或性能对比，来验证这些新设计理念的有效性。毕竟，将理论转化为实际的生产力，是每一个数据库工程师所追求的。

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当我翻开《Non-Volatile Memory Database Management Systems》这本书时，我首先被其标题所吸引，它直接点明了我近期一直在思考的一个核心问题：如何充分利用非易失性内存（NVM）的革命性潜力来构建下一代数据库管理系统。我深知，NVM不仅仅是提供了更快的存储速度，它更是一种全新的存储介质，其特性与传统的HDD和SSD有着本质的区别。这是否意味着，我们必须抛弃许多沿用多年的数据库设计范式？我期待书中能够深入探讨NVM的低延迟、高吞吐量以及断电持久性这些关键属性，是如何促使我们重新审视数据库的内部运作机制的。例如，传统的WAL（Write-Ahead Logging）机制，在NVM上是否仍然是最优解？或者，是否存在一种更简洁、更高效的持久化策略，能够直接利用NVM的特性，减少不必要的写操作，从而进一步提升性能？我希望书中不仅停留在理论层面，更能提供一些具体的实现思路和工程实践。比如，在数据布局方面，NVM的高随机访问能力是否允许我们采用更激进的、更适合并行访问的数据结构？对于内存管理，如何在有限的NVM空间内高效地组织和访问数据，以达到最佳的性能表现？此外，我特别关注书中对事务处理和并发控制的讨论。NVM的持久性是否能够简化事务的ACID属性的实现？是否存在新的并发控制算法，能够更好地利用NVM的低延迟特性，减少锁的粒度，提高系统的吞吐量？这本书如果能为这些问题提供清晰的解答，并辅以实际案例或性能对比，那将是对我工作极大的助力。我希望它能成为一本能够激发我创新思维，并为我指明方向的宝贵参考。

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