分布式系统开发实战

柳伟卫，网名老卫、waylau，在IT公司担任过项目经理、架构师、高级技术顾问等职位，拥有数十年开发经验，具有丰富的软件开发管理及系统架构经验。主导过多个省、国家级大型分布式系统的设计与研发，参与过面向全球的供应链系统服务化改造。在实际工作中，积累了大量的分布式系统、微 服务架构以及性能调优经验。业余时间创建了 waylau.com 网站，用于分享个人技术心得。喜欢开源，长期跃于各大开源社区，编著了《Netty 4.x 用户指南》《Netty 实战(精髓)》等近30余本开源技术教程（见 https://waylau.com/books/），广受网友好评，是 CSDN、 开源中国、阿里云开发者、华为开发者等技术社区专家。已出版包括《分布式系统常用技术及案例分析》《Spring Boot 企业级应用开发实战》《Spring Cloud 微服务架构开发实战...

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柳伟卫，网名老卫、waylau，在IT公司担任过项目经理、架构师、高级技术顾问等职位，拥有数十年开发经验，具有丰富的软件开发管理及系统架构经验。主导过多个省、国家级大型分布式系统的设计与研发，参与过面向全球的供应链系统服务化改造。在实际工作中，积累了大量的分布式系统、微 服务架构以及性能调优经验。业余时间创建了 waylau.com 网站，用于分享个人技术心得。喜欢开源，长期跃于各大开源社区，编著了《Netty 4.x 用户指南》《Netty 实战(精髓)》等近30余本开源技术教程（见 https://waylau.com/books/），广受网友好评，是 CSDN、 开源中国、阿里云开发者、华为开发者等技术社区专家。已出版包括《分布式系统常用技术及案例分析》《Spring Boot 企业级应用开发实战》《Spring Cloud 微服务架构开发实战》《Spring 5 开发大全》等在内的数十本专著。

第 1章　分布式系统概述　1
1.1　什么是分布式系统　1
1.2　分布式系统常用术语　2
1.3　集中式系统与分布式系统　3
1.4　分布式系统特征　4
1.5　设计分布式系统所面临的挑战　5
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第 1章　分布式系统概述　1
1.1　什么是分布式系统　1
1.2　分布式系统常用术语　2
1.3　集中式系统与分布式系统　3
1.4　分布式系统特征　4
1.5　设计分布式系统所面临的挑战　5
1.6　本章小结　6
1.7　习题　6
第　2章 节点　7
2.1　什么是线程　7
2.2　进程和线程　8
2.3　线程和纤程　8
2.4　编程语言中的线程对象　9
2.4.1　定义和启动一个线程　9
2.4.2　暂停线程执行　9
2.4.3　中断线程　10
2.4.4　等待另一个线程完成　11
2.5　节点之间的通信　11
2.5.1　消息丢失　11
2.5.2　消息乱序　12
2.5.3　数据错误　12
2.5.4　不可靠的TCP　12
2.6　本章小结　12
2.7　习题　13
第3章　通信　14
3.1　本地过程调用　14
3.1.1　本地过程调用的概念　14
3.1.2　本地过程调用的实现　14
3.2　远程过程调用　16
3.2.1　远程过程调用原理　16
3.2.2　如何实现远程过程调用　18
3.2.3　远程过程调用API　20
3.2.4　远程过程调用发展历程　20
3.3　常用网络I/O模型　21
3.3.1　阻塞I/O模型　21
3.3.2　非阻塞I/O模型　22
3.3.3　I/O复用模型　22
3.3.4　信号驱动I/O模型　23
3.3.5　异步I/O模型　23
3.3.6　几种I/O模型的比较　24
3.4　I/O操作中的常用术语　25
3.4.1　阻塞和非阻塞　25
3.4.2　同步与异步　25
3.4.3　总结　25
3.5　实战：在Java中实现常用网络I/O模型　26
3.5.1　Java OIO　26
3.5.2　Java NIO　29
3.5.3　Java AIO　33
3.6　事件驱动　37
3.6.1　事件驱动编程　37
3.6.2　事件循环的实现　38
3.6.3　Reactor模型　38
3.6.4　Proactor模型　40
3.7　本章小结　41
3.8　习题　41
第4章　并发与并行　42
4.1　并发与并行的区别　42
4.2　线程与并发　43
4.3　并发带来的风险　43
4.3.1　死锁　44
4.3.2　饥饿　45
4.3.3　活锁　45
4.4　解决并发风险　45
4.4.1　同步　45
4.4.2　原子访问　49
4.5　提升系统并发能力　49
4.5.1　无锁化设计提升并发能力　49
4.5.2　缓存提升并发能力　49
4.5.3　更细颗粒度的并发单元　50
4.6　本章小结　50
4.7　习题　50
第5章　面向对象的分布式架构　51
5.1　基于对象的分布式架构　51
5.2　常用的分布式对象系统　52
5.2.1　微软DCOM　52
5.2.2　CORBA　53
5.2.3　Java RMI　54
5.3　分布式对象系统优缺点　57
5.4　实战：基于Java RMI实现分布式对象通信　57
5.4.1　示例概述　57
5.4.2　编写RMI服务器　58
5.4.3　编写RMI客户端　60
5.4.4　运行　61
5.5　本章小结　61
5.6　习题　62
第6章　面向服务的分布式架构　63
6.1　什么是面向服务的架构　63
6.2　SOA的基本概念　64
6.3　基于Web服务的SOA　65
6.3.1　XML-RPC　66
6.3.2　SOAP　66
6.3.3　Microsoft .NET Remoting　69
6.3.4　Java中的XML Web服务　75
6.3.5　超越SOAP　75
6.3.6　SOA的演变　76
6.4　Web服务的分类　76
6.4.1　“大”Web服务　76
6.4.2　RESTful Web服务　77
6.4.3　Web服务技术选型　77
6.5　实战：基于JAX-WS实现Web服务　78
6.5.1　JAX-WS概述　78
6.5.2　创建Web服务器和客户端的基本步骤　78
6.5.3　JAX-WS终端要求　79
6.5.4　创建基于JAX-WS的服务器　79
6.5.5　创建基于JAX-WS的客户端　80
6.5.6　运行　80
6.6　本章小结　82
6.7　习题　82
第7章　面向消息的分布式架构　83
7.1　什么是面向消息的分布式架构　83
7.1.1　常用术语　83
7.1.2　使用场景　83
7.1.3　常用技术　84
7.2　常见消息中间件产品介绍　84
7.2.1　Apache ActiveMQ　84
7.2.2　RabbitMQ　85
7.2.3　Apache RocketMQ　86
7.3　消息通信常用模式　88
7.3.1　工作队列　88
7.3.2　发布/订阅　89
7.3.3　路由　90
7.3.4　主题　91
7.3.5　RPC　92
7.4　了解JMS规范　94
7.4.1　JMS消息风格　94
7.4.2　JMS接口　95
7.5　实战：基于JMS的消息发送和接收　96
7.5.1　项目概述　96
7.5.2　项目配置　97
7.5.3　编码实现　99
7.5.4　运行　104
7.6　本章小结　107
7.7　习题　108
第8章　REST风格的架构　109
8.1　什么是REST　109
8.2　REST设计原则　110
8.3　成熟度模型　111
8.3.1　第0级：使用HTTP作为传输方式　111
8.3.2　第 1级：引入了资源的概念　113
8.3.3　第 2级：根据语义使用HTTP动词　113
8.3.4　第3级：使用HATEOAS　114
8.4　REST API管理　116
8.5　常用技术　118
8.5.1　JAX-RS规范　118
8.5.2　Jersey　123
8.5.3　Apache CXF　123
8.5.4　Spring Web MVC　124
8.6　实战：基于Java实现REST API　124
8.6.1　基于Jersey来构建REST服务　124
8.6.2　基于Apache CXF来构建REST服务　131
8.6.3　基于Spring Web MVC来构建REST服务　140
8.7　本章小结　145
8.8　习题　145
第9章　微服务架构　146
9.1　什么是微服务架构　146
9.2　微服务架构与SOA架构的区别　147
9.2.1　单体架构的例子　147
9.2.2　微服务架构的例子　148
9.3　何时采用微服务架构　150
9.4　常用技术　150
9.4.1　Jetty HTTP Server　151
9.4.2　构建REST程序　151
9.4.3　运行　153
9.5　实战：基于Spring Boot实现微服务　153
9.5.1　配置环境　153
9.5.2　REST API设计　154
9.5.3　编写程序代码　155
9.5.4　安装REST客户端　159
9.5.5　运行、测试程序　160
9.6　微服务与通信　160
9.6.1　HTTP通信　161
9.6.2　消息通信　161
9.6.3　事件驱动的通信　161
9.7　了解CQRS　162
9.7.1　CQRS概述　162
9.7.2　CQRS与Event Sourcing的关系　163
9.7.3　CQRS好处　164
9.8　实战：基于CQRS微服务通信　164
9.8.1　配置　165
9.8.2　Aggregate　165
9.8.3　Command　168
9.8.4　Event　169
9.8.5　测试　170
9.9　本章小结　171
9.10　习题　171
第　10章 Serverless架构　172
10.1　什么是Serverless架构　172
10.2　Serverless架构的典型应用　173
10.2.1　UI驱动的应用　173
10.2.2　消息驱动的应用　174
10.3　常见的Serverless架构　175
10.3.1　AWS Lambda　175
10.3.2　Google Cloud Functions　175
10.3.3　Iron.io　175
10.3.4　IBM OpenWhisk　175
10.3.5　Serverless Framework　176
10.3.6　Azure WebJobs　176
10.4　Serverless架构原则　176
10.4.1　根据需要使用计算服务执行代码　177
10.4.2　编写单一用途的无状态函数　177
10.4.3　设计基于推送的、事件驱动的管道　177
10.4.4　创建更粗实、更强大的前端　177
10.4.5　拥抱第三方服务　178
10.5　实战：使用AWS平台实现Serverless架构　178
10.6　本章小结　182
10.7　习题　182
第　11章 Cloud Native架构　183
11.1　Cloud Native概述　183
11.1.1　软件需求的发展　183
11.1.2　开发方式的巨变　184
11.1.3　云是大势所趋　185
11.2　Cloud Native特性　185
11.2.1　以云为基础架构　186
11.2.2　云服务　186
11.2.3　无服务　186
11.2.4　可扩展　187
11.2.5　高可用　189
11.2.6　敏捷　190
11.2.7　云优先　190
11.3　12-Factor　191
11.3.1　基准代码　192
11.3.2　依赖　192
11.3.3　配置　193
11.3.4　后端服务　193
11.3.5　构建、发布、运行　193
11.3.6　进程　194
11.3.7　端口绑定　194
11.3.8　并发　195
11.3.9　易处理　196
11.3.10　开发环境与线上环境等价　196
11.3.11　日志　196
11.3.12　管理进程　197
11.4　Cloud Native成功案例分析　197
11.4.1　Amazon　197
11.4.2　Netflix　198
11.4.3　淘宝网　199
11.5　Cloud Native与微服务架构的关系　201
11.6　Cloud Native与Serverless架构的关系　201
11.7　Cloud Native的优点及面临的挑战　201
11.7.1　Cloud Native优点　201
11.7.2　Cloud Native不是“银弹”　202
11.7.3　面临的挑战　203
11.8　本章小结　203
11.9　习题　203
第　12章 虚拟化与容器技术　204
12.1　虚拟化技术　204
12.2　容器与虚拟机　204
12.2.1　成熟度方面的比较　205
12.2.2　启动速度的比较　205
12.2.3　安全方面的比较　205
12.2.4　性能方面的比较　206
12.3　基于容器的持续部署　206
12.3.1　持续部署管道　207
12.3.2　测试　207
12.3.3　构建　208
12.3.4　部署　209
12.3.5　蓝－绿部署　209
12.3.6　运行预集成以及集成后测试　210
12.3.7　回滚与清理　211
12.3.8　决定每个步骤的执行环境　212
12.3.9　完成整个持续部署流　212
12.4　容器技术与微服务架构　212
12.4.1　基于Google Kubernetes架构　213
12.4.2　基于DaoCloud DCE架构　213
12.5　容器技术与Cloud Native架构　213
12.6　实战：基于Docker发布微服务　214
12.6.1　创建微服务　214
12.6.2　微服务容器化　214
12.6.3　使用Gradle来构建Docker image　215
12.6.4　运行image　216
12.6.5　访问应用　217
12.6.6　关闭容器　217
12.6.7　Docker发布微服务　217
12.7　本章小结　217
12.8　习题　217
第　13章 分布式计算　218
13.1　分布式计算概述　218
13.2　分布式计算应用场景　218
13.3　分布式计算常用技术　219
13.3.1　MapReduce　219
13.3.2　Apache Hadoop　221
13.3.3　Apache Spark　222
13.4　实战：基于Spark词频统计　223
13.4.1　项目概述　224
13.4.2　项目配置　224
13.4.3　编码实现　224
13.4.4　运行　225
13.5　本章小结　227
13.6　习题　227
第　14章 分布式存储　228
14.1　分布式存储概述　228
14.2　分布式存储应用场景　228
14.3　分布式存储常用技术　229
14.3.1　Bigtable　229
14.3.2　Apache HBase　231
14.3.3　Apache Cassandra　233
14.3.4　Memcached　235
14.3.5　Redis　237
14.3.6　MongoDB　237
14.4　实战：基于MongoDB文件服务器　239
14.4.1　文件服务器的需求　239
14.4.2　所需技术　239
14.4.3　文件服务器的实现　241
14.4.4　运行　247
14.4.5　其他配置项　247
14.5　本章小结　248
14.6　习题　248
第　15章 分布式监控　249
15.1　分布式监控概述　249
15.2　分布式监控应用场景　249
15.3　分布式监控常用技术　249
15.3.1　Nagios　250
15.3.2　Zabbix　250
15.3.3　Consul　253
15.3.4　ZooKeeper　255
15.4　实战：基于ZooKeeper的服务注册和发现　258
15.4.1　项目概述　258
15.4.2　项目配置　258
15.4.3　编码实现　259
15.4.4　运行　262
15.5　本章小结　264
15.6　习题　264
第　16章 分布式版本控制　265
16.1　版本控制系统简史　265
16.2　集中式与分布式版本控制系统　265
16.3　常用技术　266
16.3.1　Bazaar　266
16.3.2　Mercurial　266
16.3.3　Git　267
16.4　了解Git Flow　269
16.4.1　分支定义　269
16.4.2　新功能开发工作流　269
16.4.3　Bug修复工作流　270
16.4.4　版本发布工作流　270
16.5　本章小结　271
16.6　习题　271
第　17章 数据一致性　272
17.1　什么是CAP理论　272
17.2　为什么CAP只能三选二　273
17.3　CAP常见模型　274
17.3.1　牺牲分区容错性（CA模型）　274
17.3.2　牺牲可用性（CP模型）　274
17.3.3　牺牲一致性（AP模型）　274
17.4　CAP的意义及发展　275
17.4.1　CAP最新发展　275
17.4.2　BASE　275
17.5　以数据为中心的一致性模型　276
17.5.1　严格一致性　276
17.5.2　持续一致性　276
17.5.3　顺序一致性　276
17.5.4　因果一致性　276
17.5.5　入口一致性　276
17.6　以客户为中心的一致性模型　277
17.6.1　单调读一致性　277
17.6.2　单调写一致性　277
17.6.3　读写一致性　277
17.6.4　写读一致性　277
17.7　本章小结　278
17.8　习题　278
第　18章 分布式事务　279
18.1　本地事务　279
18.1.1　一个银行转账的例子　279
18.1.2　事务隔离级别　280
18.2　分布式事务面临的挑战　282
18.3　节点复制　283
18.3.1　Master-Slave复制　283
18.3.2　Master-Master多主复制　283
18.4　两阶段提交　283
18.4.1　准备阶段　284
18.4.2　提交阶段　284
18.4.3　两阶段提交状态机　284
18.4.4　两阶段提交的缺陷　285
18.5　三阶段提交　285
18.5.1　CanCommit　285
18.5.2　PreCommit　286
18.5.3　DoCommit　286
18.5.4　三阶段提交状态机　286
18.5.5　三阶段提交的缺陷　287
18.6　Paxos算法　287
18.6.1　问题描述　287
18.6.2　提案的选定　288
18.6.3　获取被选定的提案值　289
18.6.4　进展性　290
18.6.5　实现　290
18.6.6　总结　291
18.6.7　缺陷　292
18.7　Raft算法　292
18.7.1　Raft概述　293
18.7.2　复制状态机　293
18.7.3　Raft算法基础　294
18.7.4　Raft算法Leader选举　296
18.7.5　Raft算法日志同步　297
18.7.6　Raft算法安全性　299
18.7.7　处理Follower和Candidate异常　302
18.7.8　时间要求及可用性　302
18.7.9　集群成员关系变更　303
18.7.10　日志压缩　305
18.7.11　客户端交互　306
18.7.12　总结　307
18.8　消息　307
18.8.1　本地消息表　308
18.8.2　事务消息　308
18.8.3　如何保障幂等性　309
18.8.4　总结　310
18.9　本章小结　310
18.10　习题　310
第　19章 安全性　311
19.1　基本概念　311
19.1.1　安全威胁、策略和机制　311
19.1.2　密码与数字签名　312
19.2　加密算法　313
19.2.1　对称加密　313
19.2.2　使用对称密钥加密的数字签名　313
19.2.3　非对称加密　314
19.2.4　使用公钥加密的数字签名　315
19.3　安全通道　315
19.3.1　SSL/TLS　315
19.3.2　SSL握手过程　316
19.3.3　HTTPS　318
19.4　访问控制　318
19.4.1　防火墙　319
19.4.2　堡垒机　319
19.4.3　拒绝服务　319
19.4.4　访问控制的模型　320
19.5　实战：基于Spring Security实现安全认证　320
19.5.1　添加依赖　321
19.5.2　添加业务代码　322
19.5.3　配置消息转换器　322
19.5.4　配置Spring Security　323
19.5.5　创建应用配置类　324
19.5.6　创建内嵌Jetty的服务器　324
19.5.7　应用启动器　325
19.5.8　运行应用　326
19.6　本章小结　327
19.7　习题　327
第　20章 可用性　328
20.1　故障不可避免　328
20.2　使用冗余提升系统可用性　328
20.3　常用副本控制协议　329
20.3.1　中心化副本控制协议　329
20.3.2　primary-secondary协议　329
20.3.3　去中心化副本控制协议　331
20.4　负载均衡技术　332
20.4.1　客户端发现模式　332
20.4.2　服务端发现模式　333
20.5　实战：基于NGINX实现服务高可用　334
20.5.1　配置负载均衡　334
20.5.2　负载均衡常用算法　335
20.5.3　实现Web服务的高可用　336
20.5.4　运行　336
20.6　本章小结　337
20.7　习题　337
第　21章 综合实战：基于Spring Cloud的微服务架构设计与实现　338
21.1　Spring Cloud概述　338
21.1.1　什么是Spring Cloud　338
21.1.2　Spring Cloud与Spring Boot的关系　339
21.2　Spring Cloud入门配置　339
21.2.1　Maven配置　339
21.2.2　Gradle配置　340
21.2.3　声明式方法　340
21.3　Spring Cloud的子项目介绍　341
21.3.1　Spring Cloud子项目的组成　341
21.3.2　Spring Cloud组件的版本　342
21.4　实现微服务的注册与发现　343
21.4.1　服务发现的意义　343
21.4.2　如何集成Eureka Server　343
21.4.3　如何集成Eureka Client　347
21.4.4　实现服务的注册与发现　347
21.5　本章小结　348
21.6　习题　348
附录　本书所涉及的软件及相关版本　349
参考文献　350
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