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出版者:Cambridge University Press

作者:Christos K.K. Loverdos

出品人:

页数:504

译者:

出版时间:2010-09-30

价格:$ 118.65

装帧:Hardcover

isbn号码:9780521762175

丛书系列:

图书标签:

• Scala
• 函数式编程
• 编程
• 计算机科学
• 软件开发
• 数据科学
• 大数据
• 学习
• 教程
• 技术

好的，以下是为您构思的一份图书简介，该图书聚焦于现代软件开发中一个与“Steps in Scala”主题完全无关的领域，假设我们选择一个主题：“深入解析 Rust 语言的并发模型与零成本抽象”。 --- 《零成本的守护：Rust 并发模型的深度剖析与应用实践》 （深入解析 Rust 语言的并发模型与零成本抽象） 导言：现代系统编程的基石与挑战 在当今的计算环境中，多核处理器的普及已成定局，而对性能、安全性和稳定性的需求从未如此迫切。传统的并发编程范式（如 C++ 或 Java）常常在性能优化与内存安全之间进行痛苦的权衡。数据竞争、死锁、悬垂指针等并发难题，是构建高可靠、高性能系统的主要障碍。 本书并非探讨函数式编程的优雅，也无意深入探索特定领域特定的 DSL（领域特定语言）的实现细节。相反，它将焦点精准地锚定在 Rust 语言如何通过其独特的设计哲学，彻底重塑了系统级并发编程的范式。我们不谈论 Scala 的类型系统在抽象层面的精妙，而是要深入挖掘 Rust 编译器如何充当最严格的“代码审查员”，在编译期消弭绝大多数运行时并发错误。 第一部分：安全并发的基石——所有权、借用与生命周期 在深入并发机制之前，我们必须理解 Rust 内存模型的核心——所有权系统。这部分内容将构建起理解后续所有并发保证的基础。 1.1 所有权与资源的唯一性 我们将详细解析 Rust 如何通过所有权规则确保任何给定时刻只有一个引用（或变量）对特定数据拥有“写权限”。这与传统 GC（垃圾回收）或手动内存管理的机制形成鲜明对比。我们将通过大量的代码示例，展示“移动”语义如何保证数据在线程间传递时的清晰边界。 1.2 借用检查器：编译期的守护神 核心章节之一，我们将剖析借用检查器（Borrow Checker）的内部工作原理。重点在于理解共享引用（`&T`）和可变引用（`&mut T`）之间的互斥关系。我们将探讨“借用树”的概念，以及编译器如何分析跨越函数调用边界的生命周期关系，从而杜绝引用在生命周期结束前被访问的可能。 1.3 生命周期注解：对时间线的精确控制 生命周期（Lifetimes）是 Rust 复杂性的一个体现，但也是其安全性的保证。本章将聚焦于如何使用生命周期注解来明确数据的“生存时间范围”，尤其是在涉及结构体内部引用或复杂函数签名时，如何使编译器满意，确保引用永远不会“悬垂”。 第二部分：Rust 的并发原语——数据竞争的终结者 在理解了内存安全基础后，我们转向 Rust 解决并发问题的核心工具集。本书将避开对其他语言并发库的比较，专注于 Rust 如何提供零成本的抽象。 2.1 线程的创建与管理：`std::thread` 的安全封装 我们将从基础的线程创建、Join Handle 的使用开始。重点在于，Rust 如何将操作系统线程的创建和管理封装在一个类型安全的边界内，确保线程启动和终止过程中的资源清理是确定性的。 2.2 跨线程安全通信：`Send` 与 `Sync` 标记特质 这是理解 Rust 并发安全的关键。我们将深入解析 `Send`（允许安全地将值的所有权转移给另一个线程）和 `Sync`（允许类型在多个线程间安全地共享引用）这两个零成本标记特质。我们将研究编译器如何自动推导或要求程序员手动实现这些特质，以及它们与智能指针的结合运用。 2.3 互斥访问的实践：`Mutex` 与 `RwLock` 虽然我们避免了函数式抽象，但对共享状态的管理仍然是必需的。本章将详细拆解 `std::sync::Mutex` 和 `std::sync::RwLock`（读写锁）。重点是分析它们如何通过 “锁守卫”（Lock Guards） 机制，保证锁的获取与释放是 RAII（Resource Acquisition Is Initialization）原则的完美体现，从而彻底避免了忘记释放锁的运行时错误。 2.4 消息传递并发：无共享内存的哲学 我们将探讨 Rust 中基于消息传递的并发模型，主要关注 MPSC（多生产者、单消费者）通道（`std::sync::mpsc`） 的工作原理。我们着重分析通道如何通过所有权和类型系统，确保数据在发送方和接收方之间进行安全、无竞争的传递，强调“不要通过共享内存通信，而要通过通信共享内存”的理念在 Rust 中的具体实现。 第三部分：高级同步机制与性能优化 本部分将针对需要极致控制和性能调优的场景，探索更深层次的同步工具。 3.1 原子操作与内存排序：细粒度的控制 对于涉及硬件交互或极端性能优化的场景，原子操作是不可或缺的。我们将深入 `std::sync::atomic` 模块，详细解释 `Ordering`（如 `Acquire`, `Release`, `SeqCst`）的含义，以及它们如何影响 CPU 缓存一致性协议和指令重排。本章旨在帮助读者理解，即使在最高性能的追求下，Rust 依然要求程序员明确声明同步的“强度”。 3.2 线程本地存储与静态同步 我们将介绍如何安全地管理线程局部数据 (`thread_local!`)，以及在静态初始化阶段确保同步的机制。 3.3 零成本抽象的代价与收益 最后，本章将总结 Rust 并发模型的设计哲学：所有安全保证都应在编译期完成，运行时开销应降至最低。我们将通过基准测试和案例分析，量化 Rust 在安全性和性能之间所达到的平衡点，展示如何编写出既“不可能出错”又“接近 C 语言速度”的并发代码。 目标读者 本书面向有一定编程基础，对 C/C++ 或 Go 等语言的并发模型有一定了解，并希望掌握下一代系统编程语言——Rust——的并发精髓的工程师、系统架构师和高级开发者。 阅读本书后，您将能够构建出在编译期就杜绝数据竞争的复杂并发应用，并在不牺牲性能的前提下，拥有前所未有的代码信心。

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