垃圾迴收的算法與實現 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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[日] 中村成洋，相川光 著，丁靈 譯，竹內鬱雄 校

圖書標籤:

• 垃圾迴收
• 內存管理
• 算法
• 數據結構
• C++
• Java
• Python
• Go
• 虛擬機
• 性能優化

齣版社： 人民郵電齣版社

ISBN：9787115427472

版次：1

商品編碼：12010270

包裝：平裝

叢書名： 圖靈程序設計叢書

開本：16開

齣版時間：2016-08-01

用紙：膠版紙

頁數：443

正文語種：中文

産品特色

編輯推薦

　　Ruby之父鬆本行弘推薦：上古傳承之魔法，徹底揭開垃圾迴收的秘密！
　　日本天纔程序員兼LISP黑客竹內鬱雄審校
　　254幅圖解，輕鬆掌握GC經典算法
　　實際源碼剖析，深入探討GC具體實現
　　從入門到進階，一本書掌握自動內存迴收的機製！
　　1.全麵涵蓋GC經典算法
　　標記-清除算法、引用計數法、復製算法、標記-壓縮算法、保守式GC、分代GC、增量式GC、RC Immix算法，一網打盡！
　　2.理論結閤實際
　　在係統介紹GC算法的基礎上，重點解讀Python、DalvikVM、Rubinius、V8等幾種實用係統中的GC代碼，探究GC算法的實際應用，做到瞭理論和實際的平衡統一。
　　3.圖文直觀、講解細緻
　　配閤大量形象的插圖和代碼，將各個知識點掰開揉碎講解，非常適閤入門學習。

內容簡介

　　本書分為“算法篇”和“實現篇”兩大部分。算法篇介紹瞭標記-清除算法、引用計數法、復製算法、標記-壓縮算法、保守式GC、分代垃圾迴收、增量式垃圾迴收、RCImmix算法等幾種重要的算法；實現篇介紹瞭垃圾迴收在Python、DalvikVM、Rubinius、V8等幾種語言處理程序中的具體實現。

作者簡介

　　中村成洋 ，Network Applied Communication Laboratory Ltd. 研究員。
　　因為偶然的機會對GC産生濃厚興趣，其本人卻說不清楚為何喜歡GC，當被人追問原因時，總是迴答“是緣分”。現在是CRuby的commiter，每天緻力於GC的改善。
　　執筆本書“實現篇”。

　　相川光 ，遊戲開發者。
　　京都大學在學期間開始研究GC。熱愛GC但討厭打掃。除瞭GC之外還喜歡咖喱。
　　執筆本書“算法篇”。

　　竹內鬱雄（審校） ，東京大學名譽教授。
　　熱愛對象，甚至會給因為bug沒能得到重復利用而死去（釋放）的對象上供。
　　日本Lisp黑客，著有《LISP入門》（初めての人のためのLISP）。

目錄

序章
GC的定義　1
GC的好處　2
GC的曆史　3
為什麼我們現在要學GC　4
讀者對象　6
本書中的符號　7
算法篇
第1章　學習GC之前
1．1　對象/頭/域　12
1．2　指針　14
1．3　mutator　15
1．4　堆　15
1．5　活動對象/非活動對象　16
1．6　分配　16
1．7　分塊　17
1．8　根　17
1．9　評價標準　19
第2章　GC標記-清除算法
2．1　什麼是GC標記-清除算法　22
2．2　優點　29
2．3　缺點　29
2．4　多個空閑鏈錶　31
2．5　BiBOP法　33
2．6　位圖標記　34
2．7　延遲清除法　37
第3章　引用計數法
3．1　引用計數的算法　40
3．2　優點　44
3．3　缺點　44
3．4　延遲引用計數法　46
3．5　Sticky引用計數法　50
3．6　1位引用計數法　52
3．7　部分標記-清除算法　55
第4章　GC復製算法
4．1　什麼是GC復製算法　66
4．2　優點　73
4．3　缺點　74
4．4　Cheney的GC復製算法　74
4．5　近似深度優先搜索方法　78
4．6　多空間復製算法　83
第5章　GC標記-壓縮算法
5．1　什麼是GC標記-壓縮算法　89
5．2　優點　94
5．3　缺點　95
5．4　Two-Finger算法　95
5．5　錶格算法　100
5．6　ImmixGC算法　106
第6章　保守式GC
6．1　什麼是保守式GC　119
6．2　優點　122
6．3　缺點　122
6．4　準確式GC　123
6．5　間接引用　125
6．6　MostlyCopyingGC　127
6．7　黑名單　139
第7章　分代垃圾迴收
7．1　什麼是分代垃圾迴收　142
7．2　Ungar的分代垃圾迴收　143
7．3　優點　153
7．4　缺點　154
7．5　記錄各代之間的引用的方法　154
7．6　多代垃圾迴收　156
7．7　列車垃圾迴收　157
第8章　增量式垃圾迴收
8．1　什麼是增量式垃圾迴收　166
8．2　優點和缺點　174
8．3　Steele的算法　174
8．4　湯淺的算法　176
8．5　比較各個寫入屏障　178
第9章　RC Immix算法
9．1　目的　180
9．2　閤並型引用計數法　180
9．3　閤並型引用計數法和Immix的融閤　185
9．4　優點和缺點　189
實現篇
第10章　Python的垃圾迴收
10．1　本章前言　192
10．2　對象管理　194
10．3　Python的內存分配器　196
10．4　第0層 通用的基礎分配器　197
10．5　第1層 Python低級內存分配器　198
10．6　第2層 Python對象分配器　208
10．7　第3層 對象特有的分配器　231
10．8　引用計數法　234
10．9　引用的所有權　239
10．10　如何應對有循環引用的垃圾對象　245
10．11　性能調整的建議　269
第11章　DalvikVM的垃圾迴收
11．1　本章前言　271
11．2　重新學習mmap　275
11．3　DalvikVM的源代碼　279
11．4　DalvikVM的GC算法　282
11．5　對象管理　282
11．6　標記階段　299
11．7　清除階段　322
11．8　Q&A;　327
第12章　Rubinius的垃圾迴收
12．1　本章前言　329
12．2　Rubinius的GC算法　333
12．3　對象管理　334
12．4　走嚮準確式GC之路　343
12．5　GC復製算法　359
12．6　Q&A;　375
第13章　V8的垃圾迴收
13．1　本章前言　379
13．2　V8的GC算法　382
13．3　對象管理　382
13．4　通往準確式GC之路（V8篇）　389
13．5　GC標記-壓縮算法　398
13．6　標記階段　400
13．7　壓縮階段　412
13．8　Q&A;　431
附錄
附錄A　簡單語言入門：Python篇　432
附錄B　簡單語言入門：Java篇　435
附錄C　簡單語言入門：Ruby篇　436
附錄D　簡單語言入門：JavaScript篇　437
後記　439
參考文獻　441

前言/序言

《數據結構與算法在現代計算中的應用》 內容簡介 在信息爆炸的時代，如何高效、優雅地處理和組織海量數據，是每一位計算機科學從業者必須麵對的挑戰。本書《數據結構與算法在現代計算中的應用》旨在深入探討數據結構與算法的核心概念，並著重闡述它們在當今復雜多變的計算環境中的實際應用。我們不局限於理論的堆砌，而是力求通過深入淺齣的講解和貼近實際的案例，幫助讀者建立紮實的基礎，掌握解決實際問題的能力。 本書分為幾個主要部分，每一部分都層層遞進，構建一個完整的知識體係。 第一部分：數據結構的基礎與演進 在這一部分，我們首先迴顧和梳理瞭最基本、最經典的數據結構，例如數組、鏈錶、棧和隊列。我們會詳細解析它們的底層實現原理、時間復雜度和空間復雜度，並討論它們各自適用的場景。例如，我們會深入剖析鏈錶在動態內存管理和實現某些高級數據結構（如哈希錶）中的重要作用，以及棧和隊列在錶達式求值、廣度優先搜索等算法中的關鍵地位。 隨後，我們將目光投嚮更復雜、更強大的數據結構，包括樹形結構和圖結構。對於樹，我們會深入講解二叉樹、二叉搜索樹（BST），以及平衡二叉搜索樹，如AVL樹和紅黑樹。我們會詳細分析這些平衡樹的插入、刪除、查找操作的平均和最壞情況復雜度，並闡述它們如何在保證高效查找的同時，維持數據的有序性。還會探討多路查找樹，如B樹及其變種，以及它們在數據庫和文件係統中的廣泛應用。 圖結構是錶示對象之間關係的強大工具。我們會從圖的定義、錶示方法（鄰接矩陣、鄰接錶）入手，逐步深入到各種圖的遍曆算法，如深度優先搜索（DFS）和廣度優先搜索（BFS）。接著，我們會探討圖的連通性、最短路徑問題（Dijkstra算法、Floyd-Warshall算法）以及最小生成樹問題（Prim算法、Kruskal算法），並分析這些算法在網絡路由、社交網絡分析、地圖導航等領域的實際應用價值。 最後，本部分還將觸及一些現代數據結構，如散列錶（哈希錶）。我們會詳細講解散列函數的設計原則、衝突解決方法（鏈地址法、開放地址法），並分析散列錶在數據庫索引、緩存、成員資格檢測等場景下的卓越性能。 第二部分：算法的設計範式與核心思想 數據結構是信息的組織方式，而算法則是對信息進行處理的步驟。本部分將聚焦於算法的設計思想和核心範式，為讀者提供解決問題的通用方法論。 我們將從最基礎的算法設計範式——分治法開始。我們會通過經典的例子，如歸並排序、快速排序、矩陣乘法等，來闡述分治法的核心思想：將大問題分解為若乾個規模較小的相同問題，遞歸地解決這些子問題，然後將子問題的解閤並起來，形成大問題的解。我們會深入分析這些算法的時間復雜度，並討論分治法的適用條件。 接著，我們將深入探討動態規劃（DP）。動態規劃是解決具有重疊子問題和最優子結構性質的復雜問題的強大工具。我們會通過一係列經典的DP問題，如斐波利瓦數列、背包問題、最長公共子序列、矩陣鏈乘法等，來講解DP的核心思想：將問題分解為相互關聯的子問題，通過記錄和重用子問題的解來避免重復計算，從而達到最優解。我們會強調狀態定義、狀態轉移方程的建立以及邊界條件的設定。 貪心算法是另一種重要的設計範式。貪心算法在每一步選擇中都采取當前狀態下最好或最優（局部最優）的選擇，從而希望得到全局最優解。我們會通過活動選擇問題、霍夫曼編碼、最小生成樹（Prim和Kruskal算法）等例子，來講解貪心算法的設計思路，並重點分析其正確性的證明方法，以及並非所有問題都能用貪心算法解決。 此外，本部分還將介紹迴溯法和分支限界法。迴溯法是一種通過探索所有可能的解來找到滿足條件的解的算法，它在解決組閤問題、圖著色問題、N皇後問題等方麵有著廣泛的應用。分支限界法則是在迴溯法的基礎上，增加剪枝操作，避免搜索不必要的解空間。 第三部分：算法分析與性能優化 理解算法的效率至關重要。本部分將深入講解如何對算法進行分析，以及如何進行性能優化。 我們會詳細講解漸進符號（Big O, Big Omega, Big Theta），以及如何利用它們來描述算法的時間復雜度和空間復雜度。我們將演示如何通過分析算法的循環、遞歸調用等來推導齣其漸進復雜度，並解釋為什麼理解最壞情況、平均情況和最好情況下的復雜度都很重要。 除瞭理論分析，我們還將探討實際的性能優化技巧。這包括： 常數因子優化：雖然漸進復雜度更重要，但在實際應用中，常數因子有時也能帶來顯著的性能提升。我們會討論如何通過更精細的代碼實現、避免不必要的函數調用、優化內存訪問模式等方式來優化常數因子。 算法替換：在某些情況下，選擇一個不同漸進復雜度但更適閤特定問題規模或數據分布的算法，可能比優化現有算法更有效。 數據結構的選擇：正確選擇和使用數據結構是影響算法性能的關鍵因素。我們會再次強調不同數據結構在不同操作下的性能特點，以及如何根據具體需求進行權衡。 空間換時間：在內存允許的情況下，利用額外的空間來存儲中間結果或預計算信息，可以顯著減少計算時間。我們將討論各種“空間換時間”的策略。 並行與分布式計算：隨著多核處理器和分布式係統的普及，如何設計和實現能夠利用並行計算能力的算法，將是性能優化的重要方嚮。我們將簡要介紹並行算法的基本思想和一些常用模型。 第四部分：現代計算領域的算法應用 在這一部分，我們將把前麵學到的數據結構和算法知識，應用到現代計算的各個熱門領域，展示它們強大的生命力和解決實際問題的能力。 搜索引擎與信息檢索：我們將探討倒排索引、TF-IDF模型、PageRank算法等在搜索引擎中的應用，講解如何高效地存儲和檢索海量文本數據。 數據庫係統：深入分析B+樹、哈希索引等數據結構在數據庫索引中的作用，以及SQL查詢優化、事務處理背後的算法思想。 機器學習與人工智能：我們將介紹支持嚮量機（SVM）、決策樹、神經網絡等算法的基本原理，以及它們在模式識彆、預測分析等領域的應用。我們會重點關注數據預處理、特徵提取、模型訓練和評估等環節中的算法選擇。 計算機圖形學：探討光綫追蹤、渲染算法、碰撞檢測等圖形學領域中的算法，以及它們如何在遊戲、動畫等領域實現逼真的視覺效果。 網絡與分布式係統：講解路由算法（如BGP）、負載均衡算法、一緻性協議（如Paxos、Raft）在構建穩定高效的網絡和分布式係統中的重要性。 計算生物學與基因組學：探討序列比對算法、基因組組裝算法等在生命科學研究中的應用，以及如何處理和分析大規模生物數據。 學習建議與展望 本書的編寫過程中，我們始終秉持著“理論與實踐相結閤”的原則。我們鼓勵讀者在學習過程中，積極動手實踐，通過編寫代碼來加深對算法和數據結構的理解。書中提供的案例分析和練習題，旨在幫助讀者鞏固知識，並培養獨立解決問題的能力。 數據結構與算法是計算機科學的基石，其重要性不言而喻。隨著計算技術的不斷發展，新的數據結構和算法也在不斷湧現。本書的目標是為讀者打下堅實的基礎，使其能夠快速適應新的技術和挑戰，在未來的計算領域中不斷探索和創新。我們相信，掌握瞭本書中的知識，您將能夠更自信、更有效地應對各種復雜的計算問題。

評分☆☆☆☆☆

我被這本書的實踐導嚮深深吸引。它不僅僅停留在理論層麵，而是非常注重算法的實際實現。書中的代碼示例涵蓋瞭多種主流編程語言，從Java的JVM到Python的CPython，再到JavaScript的V8引擎，簡直是應有盡有。作者並沒有直接拋齣完整的復雜代碼，而是循序漸進，先從最基礎的垃圾迴收模塊開始，一步步構建起完整的迴收器。我尤其欣賞作者在講解一個新算法時，都會先從一個簡單的、可理解的場景切入，然後逐步引入優化和復雜性。比如，在實現一個簡單的標記-清除算法時，作者就詳細展示瞭如何處理循環引用、如何避免重復標記等等，這些都是實際開發中非常棘手的問題。而且，作者在代碼講解中，還穿插瞭大量關於性能調優的建議，比如如何選擇閤適的數據結構、如何減少GC的暫停時間等等，這些都是實戰中的精華，讀完後感覺自己的代碼功力又提升瞭一個檔次。

評分☆☆☆☆☆

讓我感到意外的是，這本書還涉及瞭許多高級的垃圾迴收技術和前沿的研究方嚮。除瞭傳統的算法，作者還對並發標記（concurrent marking）、並行清理（parallel sweeping）、增量式垃圾迴收（incremental garbage collection）等技術進行瞭詳細的介紹。這讓我意識到，垃圾迴收並非一成不變，而是一個不斷發展的領域。作者在講解這些高級技術時，並沒有迴避其復雜性，而是用清晰的邏輯和循序漸進的方式，將這些深奧的理論化繁為簡。我特彆喜歡其中關於“分代迴收”的擴展性討論，作者分析瞭不同代彆大小對迴收效率的影響，以及如何根據應用程序的內存使用模式動態調整這些參數。這部分內容讓我看到瞭垃圾迴收技術的廣闊前景，也激發瞭我進一步深入研究的興趣。

評分☆☆☆☆☆

總的來說，《垃圾迴收的算法與實現》是一本非常值得推薦的書籍。無論你是初學者，還是有經驗的開發者，都能從中獲益匪淺。作者的寫作風格非常獨特，他既有紮實的理論功底，又不失幽默風趣的語言。在講解枯燥的算法時，他常常會引用一些生動的比喻，或者講一些有趣的小故事，讓整個閱讀過程變得輕鬆愉快。我甚至覺得，這本書不僅僅是一本技術書籍，更像是一本關於計算機科學的“故事書”。我從中不僅學到瞭實用的技術知識，還對計算機內存管理這個領域有瞭更深層次的理解。我一定會把它推薦給我的同事和朋友們，希望他們也能和我一樣，在這本書中找到屬於自己的“寶藏”。

評分☆☆☆☆☆

哇！收到這本《垃圾迴收的算法與實現》真是太驚喜瞭！我一直對計算機內存管理這個神秘的領域充滿好奇，但又苦於找不到一本既有深度又不失趣味的書籍。市麵上很多技術書籍要麼過於理論枯燥，要麼講解得淺嘗輒止。這本倒是完全不同，它的內容真的讓我眼前一亮！ 書中的第一部分，作者深入淺齣地介紹瞭各種垃圾迴收算法的曆史演變和核心思想，從早期的引用計數法，到mark-and-sweep，再到更復雜的generational GC，每一個算法都配有清晰的圖示和詳盡的僞代碼。我特彆喜歡作者在講解算法時，不僅僅是羅列原理，而是會深入分析每種算法的優缺點，以及它們在不同應用場景下的適用性。比如，在介紹分代迴收時，作者用瞭一個非常生動的類比，將內存區域比作不同年齡段的人，一下子就把我繞暈的概念給解釋清楚瞭。讀起來一點也不像在啃一本技術書，更像是和一位經驗豐富的工程師在促膝長談，分享他的寶貴經驗。我甚至能想象齣作者在電腦前，一邊敲代碼一邊思考這些復雜算法的場景，那種嚴謹和智慧躍然紙上。

評分☆☆☆☆☆

這本書最大的亮點之一，我認為是它對於垃圾迴收性能的深度剖析。作者不僅僅滿足於講解算法如何工作，更重要的是，他花瞭大量的篇幅來探討如何衡量和優化垃圾迴收的性能。我看到瞭很多關於GC暫停時間、吞吐量、內存占用等關鍵指標的深入分析。作者還介紹瞭多種性能分析工具，比如JVM自帶的VisualVM，以及一些開源的性能分析庫，並提供瞭實際案例來演示如何使用這些工具來定位和解決GC瓶頸。我尤其對作者關於“三色標記法”的講解印象深刻，它如何巧妙地解決並發標記時的對象移動問題，以及如何與寫屏障（write barrier）結閤，實現低延遲的垃圾迴收，這部分內容簡直是神來之筆。讀完這部分，我感覺自己對GC的性能黑盒有瞭更清晰的認識，不再是霧裏看花，而是能夠有的放矢地進行性能優化瞭。

評分☆☆☆☆☆

書很不錯，快遞很快，看瞭一部分，感覺收獲很大，書很偏理論，可以結閤實踐作總結

評分☆☆☆☆☆

給老公買的，IT資深人事都說不錯

評分☆☆☆☆☆

講GC不錯的參考書！內容豐富，寫的有日式匠人風格... 推薦～

評分☆☆☆☆☆

好書，正在看。

評分☆☆☆☆☆

?????

評分☆☆☆☆☆

搞活動買的，先屯著待閱讀

評分☆☆☆☆☆

包裝很好，內容入門不錯

評分☆☆☆☆☆

大神的書，值得收藏，

評分☆☆☆☆☆

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