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序言

1. 資料系統架構中的權衡

• 分析型與事務型系統
  • 事務處理與分析的特徵
  • 資料倉庫
  • 權威資料來源與派生資料
• 雲服務與自託管
  • 雲服務的利弊
  • 雲原生系統架構
  • 雲時代的運維
• 分散式與單節點系統
  • 分散式系統的問題
  • 微服務與 Serverless
  • 雲計算與超級計算
• 資料系統、法律與社會
• 總結

2. 定義非功能性需求

• 案例研究：社交網路首頁時間線
  • 表示使用者、帖子與關注關係
  • 時間線的物化與更新
• 描述效能
  • 延遲與響應時間
  • 平均值、中位數與百分位數
  • 響應時間指標的應用
• 可靠性與容錯
  • 容錯
  • 硬體與軟體故障
  • 人類與可靠性
• 可伸縮性
  • 描述負載
  • 共享記憶體、共享磁碟與無共享架構
  • 可伸縮性原則
• 可維護性
  • 可操作性：讓運維更輕鬆
  • 簡單性：管理複雜度
  • 可演化性：讓變化更容易
• 總結

3. 資料模型與查詢語言

• 關係模型與文件模型
  • 物件關係不匹配
  • 規範化、反規範化與連線
  • 多對一與多對多關係
  • 星型與雪花型：分析模式
  • 何時使用哪種模型
• 圖資料模型
  • 屬性圖
  • Cypher 查詢語言
  • SQL 中的圖查詢
  • 三元組儲存與 SPARQL
  • Datalog：遞迴關係查詢
  • GraphQL
• 事件溯源與 CQRS
• 資料框、矩陣與陣列
• 總結

4. 儲存與檢索

• OLTP 系統的儲存與索引
  • 日誌結構儲存
  • B 樹
  • 比較 B 樹與 LSM 樹
  • 多列索引與二級索引
  • 全記憶體儲存
• 分析型資料儲存
  • 雲資料倉庫
  • 列式儲存
  • 查詢執行：編譯與向量化
  • 物化檢視與多維資料集
• 多維索引與全文索引
  • 全文檢索
  • 向量嵌入
• 總結

5. 編碼與演化

• 編碼資料的格式
  • 特定語言的格式
  • JSON、XML 及其二進位制變體
  • Protocol Buffers
  • Avro
  • 模式的優點
• 資料流的模式
  • 流經資料庫的資料流
  • 流經服務的資料流：REST 與 RPC
  • 持久化執行與工作流
  • 事件驅動的架構
• 總結

6. 複製

• 單主複製
  • 同步複製與非同步複製
  • 設定新的副本
  • 處理節點故障
  • 複製日誌的實現
• 複製延遲的問題
  • 讀己之寫
  • 單調讀
  • 一致字首讀
  • 複製延遲的解決方案
• 多主複製
  • 跨地域執行
  • 同步引擎與本地優先軟體
  • 處理寫入衝突
  • CRDT 與操作變換
• 無主複製
  • 當節點故障時寫入資料庫
  • 仲裁一致性的侷限
  • 單主與無主複製的效能
  • 檢測併發寫入
• 總結

7. 分片

• 分片的利與弊
  • 面向多租戶的分片
• 鍵值資料的分片
  • 按鍵的範圍分片
  • 按鍵的雜湊分片
  • 傾斜的工作負載與緩解熱點
  • 運維：自動/手動再均衡
• 請求路由
• 分片與二級索引
  • 本地二級索引
  • 全域性二級索引
• 總結

8. 事務

• 事務到底是什麼？
  • ACID 的含義
  • 單物件與多物件操作
• 弱隔離級別
  • 讀已提交
  • 快照隔離與可重複讀
  • 防止丟失更新
  • 寫偏斜與幻讀
• 可序列化
  • 實際序列執行
  • 兩階段鎖定（2PL）
  • 可序列化快照隔離（SSI）
• 分散式事務
  • 兩階段提交（2PC）
  • 跨不同系統的分散式事務
  • 資料庫內部的分散式事務
• 總結

9. 分散式系統的麻煩

• 故障與部分失效
• 不可靠的網路
  • TCP 的侷限性
  • 實踐中的網路故障
  • 故障檢測
  • 超時與無界延遲
  • 同步網路與非同步網路
• 不可靠的時鐘
  • 單調時鐘與日曆時鐘
  • 時鐘同步與準確性
  • 對同步時鐘的依賴
  • 程序暫停
• 知識、真相與謊言
  • 多數派原則
  • 分散式鎖與租約
  • 拜占庭故障
  • 系統模型與現實
  • 形式化方法與隨機測試
• 總結

10. 一致性與共識

• 線性一致性
  • 什麼使系統具有線性一致性？
  • 依賴線性一致性
  • 實現線性一致性系統
  • 線性一致性的代價
• ID 生成器與邏輯時鐘
  • 邏輯時鐘
  • 線性一致的 ID 生成器
• 共識
  • 共識的多面性
  • 共識的實踐
  • 協調服務
• 總結

11. 批處理（未釋出）

12. 流處理（未釋出）

13. 做正確的事（未釋出）

術語表

後記