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出版者:Springer

作者:Baker, Theodore P. (EDT)/ Bui, Alain (EDT)/ Tixeuil, Sebastien (EDT)

出品人:

页数:596

译者:

出版时间:2008-12-12

价格:USD 105.00

装帧:Paperback

isbn号码:9783540922209

丛书系列:

图书标签:

• 分布式系统
• 并发
• 容错
• 一致性
• CAP理论
• 云计算
• 微服务
• 消息队列
• 数据库
• 操作系统

深入探索下一代计算范式的基石：《分布式系统原理与实践》 一、本书定位与核心价值 在信息技术飞速发展的今天，单机系统的局限性日益凸显，计算能力的需求呈指数级增长。无论是支撑万亿级请求的超大规模互联网服务，还是驱动人工智能模型训练的庞大计算集群，抑或是确保关键业务连续性的高可用基础设施，分布式系统已成为现代计算架构不可或缺的基石。 《分布式系统原理与实践》 旨在为读者提供一套全面、深入且兼具前瞻性的知识体系，帮助他们理解、设计、构建和运维当前及未来形态的复杂分布式系统。本书并非停留在对特定技术框架的浅尝辄止，而是致力于剖析支撑这些框架的底层理论、核心算法和工程权衡。 我们深知，分布式系统的复杂性来源于其固有的挑战：并发性、部分失效、网络延迟、以及缺乏全局时钟。本书将这些挑战系统化，并从工程实践的角度探讨如何有效地应对它们。 二、内容架构与深度解析 本书的结构设计遵循了从基础理论到高级应用的递进逻辑，确保读者能够构建坚实的理论基础，并将其无缝迁移到实际的工程场景中。全书划分为五大部分，共计十六章： 第一部分：分布式系统的基石 (Foundations) 本部分聚焦于分布式系统的核心定义、基本特性以及理论建模。 第一章：分布式系统的概念与挑战： 界定分布式系统的边界，详细阐述一致性、可用性、分区容错性（CAP 理论的精确解读）、安全性、可扩展性等关键指标。我们将引入“部分失效”这一核心概念，解释为何分布式系统设计本质上是“管理失效”的过程。 第二章：进程间通信与网络模型： 深入探讨远程过程调用（RPC）的演进，从同步到异步通信的转变。重点分析消息传递模型（如点对点、发布/订阅），以及如何处理网络可靠性、消息的顺序性保证和幂等性设计。 第三章：时间、同步与时钟管理： 探讨分布式系统中“时间”的难题。详细介绍逻辑时钟模型（如 Lamport 时间戳），以及向量时钟在检测因果关系中的应用。同时，对比物理时钟同步协议（如 NTP）的精度与局限性。 第二部分：数据管理与一致性保障 (Data Management and Consistency) 数据是分布式系统的核心资产。本部分将详细解析如何保证数据在多副本间的正确性和一致性。 第四章：复制技术与数据一致性模型： 深入剖析数据复制的策略（主动/被动复制、主从、多主）。清晰区分强一致性、顺序一致性、因果一致性、最终一致性等不同层次的一致性模型，并分析它们在性能和复杂度上的取舍。 第五章：分布式事务与两阶段提交（2PC/3PC）： 全面解析经典的分布式事务协议——两阶段提交（2PC）的原理、性能瓶颈及其在协调者故障下的原子性保证。同时，探讨三阶段提交（3PC）试图解决的问题和其固有的局限性。 第六章：基于日志的复制与状态机复制： 引入 Paxos 算法和 Raft 算法作为实现强一致性日志复制的核心机制。本书将用大量图示和具体案例，细致拆解 Raft 的 Leader 选举、日志同步流程、以及如何保证日志的安全性与一致性。 第七章：事务的替代方案：BASE 与补偿机制： 针对高可用场景，深入探讨 BASE（基本可用、软状态、最终一致性）理论。重点讲解 Saga 模式、TCC（Try-Confirm-Cancel）等补偿机制的设计与实现，确保在放弃强一致性后业务的正确性。 第三部分：分布式系统的关键挑战与算法 (Core Challenges and Algorithms) 本部分关注系统稳定运行所依赖的关键底层算法。 第八章：分布式协调服务： 探讨 Zookeeper、etcd 等核心协调工具的设计哲学。深入剖析基于 ZAB 协议（Zookeeper Atomic Broadcast）的顺序一致性保证，以及它们在服务发现、配置管理和分布式锁中的应用。 第九章：分布式锁与资源管理： 剖析实现分布式锁的常见陷阱（如死锁、锁丢失）。对比 Redlock 算法的争议性及其改进方案，并介绍基于租约机制（Lease）的锁管理策略。 第十章：负载均衡与流量调度： 从网络层（L4）到应用层（L7）的负载均衡技术演变。详细讨论不同调度算法（加权轮询、最少连接、一致性哈希）的适用场景，以及如何利用健康检查实现故障转移。 第十一章：一致性哈希算法： 专门深入分析一致性哈希（Consistent Hashing）在缓存系统、数据库分片中的重要性，解释其如何最小化节点增减对数据分布的影响。 第四部分：分布式存储与计算范式 (Storage and Computation Paradigms) 本部分将理论应用于实际的存储和计算系统设计。 第十二章：NoSQL 数据库的演进与选型： 分类介绍键值存储（Key-Value Stores）、文档数据库、列式存储（Columnar Stores）和图数据库的底层数据模型和查询优化策略。重点分析 Cassandra、MongoDB 等系统的分区和复制机制。 第十三章：分布式文件系统与块存储： 剖析 Google File System (GFS) 和 Hadoop Distributed File System (HDFS) 的设计哲学。探讨大文件切块、数据冗余和 NameNode/DataNode 间如何协同工作。 第十四章：流处理与批处理计算框架： 对比 MapReduce、Spark 等批处理模型，以及 Kafka Streams、Flink 等流处理框架。强调它们在处理时间窗口、状态管理和容错恢复方面的技术差异。 第五部分：系统运维、可观测性与未来趋势 (Operations and Future Trends) 本部分着眼于系统在生产环境中的长期健康运行，以及新兴技术的展望。 第十五章：可观测性、监控与告警： 探讨分布式系统“黑盒”问题的解决之道。详细阐述“三支柱”——日志（Logging）、度量（Metrics）和追踪（Tracing）在故障排查和性能分析中的作用。介绍分布式追踪系统（如 OpenTracing/OpenTelemetry）的原理。 第十六章：容错性、弹性伸缩与混沌工程： 深入探讨故障注入（Fault Injection）和混沌工程（Chaos Engineering）的概念。如何设计具备自愈能力的系统，实现资源的自动伸缩以应对动态的工作负载。 三、本书的独特卖点 1. 理论深度与工程实践的完美融合： 本书的每一个核心算法（如 Raft、Paxos）都配有详细的协议剖析和伪代码说明，确保读者能够理解其数学基础，同时提供大量的实际工程案例（如 Consul、CockroachDB 的设计选择）进行印证。 2. 权衡艺术的强调： 分布式系统设计是一门关于权衡的艺术。本书不提供“万能药”，而是系统地展示在一致性、可用性、性能、复杂度和成本这五个维度之间进行选择的决策过程。 3. 跨越代际的知识： 内容覆盖了经典分布式理论（如FLP 不可能性），也涵盖了现代云原生架构（如服务网格、Serverless 基础上的分布式挑战）所需的前沿知识，确保知识的生命力。 四、面向读者 本书适用于计算机科学专业的本科生、研究生，以及所有致力于在大型互联网公司、金融科技、云计算平台等领域从事后端开发、架构设计和系统运维的高级工程师。阅读本书，您将掌握构建下一代高可靠、高性能计算系统的核心能力。

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