內容介紹
G1GC提齣瞭不確定性Region,每個空閑Region不是為某個固定年代準備的,它是靈活的,需求驅動的,所以G1GC代錶瞭XJ性。 《深入理解JVM&G1GC》主要為學習Java語言的學生、初級程序員提供GC的使用參考建議及經驗,著重介紹瞭G1GC。中國的軟件開發行業已經有幾十年瞭,從目前的行業發展來看,單純的軟件公司很難有發展,目前流行的雲計算、物聯網企業實際上是綜閤性IT技術的整閤,這J需要有綜閤能力的程序員。《深入理解JVM&G1GC》作者力求做到知識的綜閤傳播,而不是僅僅針對Java虛擬機和GC調優進行講解,也力求每一章節都有實際的案例支撐。《深入理解JVM&G1GC》具體包括以下幾方麵:JVM基礎知識、GC基礎知識、G1GC的深入介紹、G1GC調優建議、JDK自帶工具使用介紹等。 通讀《深入理解JVM&G1GC》後,讀者可以深入瞭解G1GC性能調優的許多主題及相關的綜閤性知識。讀者也可以把《深入理解JVM&G1GC》作為參考,對於感興趣的主題,直接跳到相應章節尋找答案。
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目錄
目 錄 序 VII 前言 IX D1章 JVM & GC基礎知識 1 1.1 引言 2 1.2 基本術語 3 1.2.1 Java相關術語 4 1.2.2 JVM/GC通用術語 24 1.2.3 G1涉及術語 56 1.3 本章小結 62 D2章 JVM & GC深入知識 63 2.1 Java虛擬機內存模型 64 2.1.1 程序計數器 65目 錄
序 VII
前言 IX
D1章 JVM & GC基礎知識 1
1.1 引言 2
1.2 基本術語 3
1.2.1 Java相關術語 4
1.2.2 JVM/GC通用術語 24
1.2.3 G1涉及術語 56
1.3 本章小結 62
D2章 JVM & GC深入知識 63
2.1 Java虛擬機內存模型 64
2.1.1 程序計數器 65
2.1.2 虛擬機棧 66
2.1.3 本地方法棧 72
2.1.4 Java堆 73
2.1.5 方法區 79
2.2 垃圾收集算法 82
2.2.1 引用計數法 82
2.2.2 根搜索算法 83
2.2.3 標記-清除算法(Mark-Sweep) 85
2.2.4 復製算法(Copying) 87
2.2.5 標記-壓縮算法(Mark-Compact) 89
2.2.6 增量算法(Incremental Collecting) 90
2.2.7 分代收集算法(Generational Collecting) 91
2.3 Garbage Collection 92
2.3.1 GC概念 92
2.3.2 垃圾收集器分類 93
2.3.3 Serial收集器 94
2.3.4 ParNew收集器 96
2.3.5 Parallel收集器 99
2.3.6 CMS收集器 102
2.3.7 Garbage First(G1)GC 106
2.4 常見問題解析 112
2.4.1 jmap -heap或-histo不能用 112
2.4.2 YGC越來越慢 112
2.4.3 JavaYJ代去哪兒瞭 114
2.5 本章小結 116
D3章 G1 GC應用示例 117
3.1 範例程序 118
3.2 選項解釋及應用 124
3.3 本章小結 166
D4章 深入G1 GC 167
4.1 G1 GC概念簡述 168
4.1.1 背景知識 168
4.1.2 G1的垃圾迴收機製 169
4.1.3 G1的區間設計靈感 169
4.2 G1 GC分代管理 172
4.2.1 年輕代 172
4.2.2 年輕代迴收暫停 173
4.2.3 大對象區間 174
4.2.4 混閤迴收暫停 176
4.2.5 迴收集閤及其重要性 178
4.2.6 RSet及其重要性 178
4.2.7 並行標記循環 182
4.2.8 評估失敗和WQ迴收 186
4.3 G1 GC使用場景 186
4.4 G1 GC論文原文翻譯(部分) 187
4.4.1 開題 187
4.4.2 數據結構/機製 188
4.4.3 未來展望 190
4.5 本章小結 191
D5章 G1 GC性能優化方案 192
5.1 G1的年輕代迴收 193
5.2 年輕代優化 203
5.3 並行標記階段優化 205
5.4 混閤迴收階段 207
5.4.1 初步介紹 207
5.4.2 深入介紹 208
5.5 如何避免齣現GC失敗 210
5.6 引用處理 211
5.6.1 觀察引用處理 212
5.6.2 引用處理優化 213
5.7 本章小結 214
D6章 JVM診斷工具使用介紹 215
6.1 SA基礎介紹 216
6.2 SA工具使用實踐 217
6.2.1 如何啓動SA 217
6.2.2 SA原理及使用介紹 222
6.3 其他工具介紹 231
6.3.1 GCHisto 231
6.3.2 JConsole 232
6.3.3 VisualVM 236
6.4 本章小結 238 顯示全部信息
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2.2.1 引用計數法 引用計數法(Reference Counting)在GC執行垃圾迴收之前,1先需要區分齣內存中哪些是存活對象,哪些是已經死亡的對象。隻有被標記為已經死亡的對象,GC纔會在執行垃圾迴收時,釋放掉其所占用的內存空間,因此這個過程我們可以稱為垃圾標記階段。 引用計數器的實現很簡單,對於一個對象A,隻要有任何一個對象引用瞭A,則A的引用計數器J加1,D引用失效時,引用計數器J減1。隻要對象A的引用計數器的值為0,則對象AJ不可能再被使用。也J是說,引用計數器的實現隻需要為每個對象配置一個整形的計數器即可。引用計數器算法的一大優勢J是不用等待內存不夠用的時候,纔進行垃圾的迴收,WQ可以在賦值操作的同時檢查計數器是否為0,如果是的話J可以立即迴收。 但是引用計數器有一個嚴重的問題,即無法處理循環引用的情況。一個簡單的循環引用問題的描述如下:有對象A和對象B,對象A中含有對象B的引用,對象B中含有對象A的引用。此時,對象A和對象B的引用計數器都不為0,但是在係統中卻不存在任何D3個對象引用瞭A或B。也J是說,A和B是應該被迴收的垃圾對象,但由於垃圾對象間相互引用,從而使垃圾迴收器無法識彆,引起內存泄漏。 如圖2-6所示,構造瞭一個列錶,將Z後一個元素的next屬性指嚮D一個元素,即引用D一個元素,從而構成循環引用。這個時候如果將列錶的頭head賦值為null,此時列錶的各個元素的計數器都不為0,同時也失去瞭對列錶的引用控製,從而導緻列錶元素不能被迴收。 引用計數器擁有一些特性,1先它需要單D的字段存儲計數器,這樣的做法增加瞭存儲空間的開銷。其次,每次賦值都需要更新計數器,這增加瞭時間開銷。再者,垃圾對象便於辨識,隻要計數器為0,J可作為垃圾迴收。接下來它能方便及時地迴收垃圾,沒有延遲性。Z後不能解決循環引用的問題。正是由於Z後一條緻命缺陷,導緻在Java的垃圾迴收器中沒有使用這類算法。
2.2.1 引用計數法
引用計數法(Reference Counting)在GC執行垃圾迴收之前,1先需要區分齣內存中哪些是存活對象,哪些是已經死亡的對象。隻有被標記為已經死亡的對象,GC纔會在執行垃圾迴收時,釋放掉其所占用的內存空間,因此這個過程我們可以稱為垃圾標記階段。
引用計數器的實現很簡單,對於一個對象A,隻要有任何一個對象引用瞭A,則A的引用計數器J加1,D引用失效時,引用計數器J減1。隻要對象A的引用計數器的值為0,則對象AJ不可能再被使用。也J是說,引用計數器的實現隻需要為每個對象配置一個整形的計數器即可。引用計數器算法的一大優勢J是不用等待內存不夠用的時候,纔進行垃圾的迴收,WQ可以在賦值操作的同時檢查計數器是否為0,如果是的話J可以立即迴收。
但是引用計數器有一個嚴重的問題,即無法處理循環引用的情況。一個簡單的循環引用問題的描述如下:有對象A和對象B,對象A中含有對象B的引用,對象B中含有對象A的引用。此時,對象A和對象B的引用計數器都不為0,但是在係統中卻不存在任何D3個對象引用瞭A或B。也J是說,A和B是應該被迴收的垃圾對象,但由於垃圾對象間相互引用,從而使垃圾迴收器無法識彆,引起內存泄漏。
如圖2-6所示,構造瞭一個列錶,將Z後一個元素的next屬性指嚮D一個元素,即引用D一個元素,從而構成循環引用。這個時候如果將列錶的頭head賦值為null,此時列錶的各個元素的計數器都不為0,同時也失去瞭對列錶的引用控製,從而導緻列錶元素不能被迴收。
引用計數器擁有一些特性,1先它需要單D的字段存儲計數器,這樣的做法增加瞭存儲空間的開銷。其次,每次賦值都需要更新計數器,這增加瞭時間開銷。再者,垃圾對象便於辨識,隻要計數器為0,J可作為垃圾迴收。接下來它能方便及時地迴收垃圾,沒有延遲性。Z後不能解決循環引用的問題。正是由於Z後一條緻命缺陷,導緻在Java的垃圾迴收器中沒有使用這類算法。
2.2.2 根搜索算法
HotSpot和大部分JVM都是使用根搜索算法作為垃圾標記的算法實現。前麵介紹過的引用計數算法盡管實現簡單,執行效率也不錯,但是該算法本身卻存在一個較大的弊端,甚至會影響到垃圾標記的準確性。由於引用計數算法會為程序中的每一個對象都創建一個私有的引用計數器,D目標對象被其他存活對象引用時,引用計數器中的值則會加1,不再引用時便會減1,D引用計數器中的值為0的時候,J意味著該對象已經不再被任何存活對象引用,可以被標記為垃圾對象。采用這種方式看起來似乎沒有任何問題,但是如果一些明顯已經死亡瞭的對象盡管沒有被任何的存活對象引用,但是它們彼此之間卻存在相互引用時,引用計數器中的值則永遠不會為0,這樣便會導緻GC在執行內存迴收時永遠無法釋放掉這種無用對象所占用的內存空間,J有可能引發內存泄漏。
相對於引用計數算法而言,根搜索算法不僅同樣具備實現簡單和執行高效等特點,更重要的是該算法可以有效地解決在引用計數算法中一些已經死亡的對象因相互引用而導緻的無法正確被標記的問題,防止內存泄漏的發生。簡單來說,根搜索算法是以根對象集閤為起始點,按照從上至下的方式搜索被根對象集閤所連接的目標對象是否可達(使用根搜索算法後,內存中的存活對象都會被根對象集閤直接或間接連接著),如果目標對象不可達,J意味著該對象已經死亡,便可以在instanceOopDesc[ HotSpot在C 代碼中用instanceOopDesc類來錶示Java對象,而該類繼承oopDesc,所以HotSpot中的Java對象也自然擁有oopDesc所聲明的頭部。]的Mark World中將其標記為垃圾對象。在根搜索算法中,隻有能夠被根對象集閤直接或者間接連接的對象纔是存活對象。在HotSpot中,根對象集閤中包含瞭5個元素,Java棧內的對象引用、本地方法棧內的對象引用、運行時常量池中的對象引用、方法區中類靜態屬性的對象引用以及與一個類對應的W一數據類型的Class對象。
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《雲端漫步:Kubernetes與微服務架構實戰指南》 前言: 在數字化浪潮席捲全球的今天,軟件係統的架構正經曆著一場深刻的變革。從單體應用到分布式服務,再到如今主流的微服務架構,每一次演進都伴隨著對效率、彈性、可維護性和可擴展性的不懈追求。而Kubernetes,作為容器編排領域的翹楚,已經成為支撐現代微服務架構的基石。本書正是為應對這一技術浪潮而生,旨在為廣大開發者、架構師和運維工程師提供一份全麵、深入且極具實操性的Kubernetes與微服務架構實戰指南。 我們深知,在快速變化的IT領域,理論知識固然重要,但脫離實際場景的理論往往顯得蒼白無力。因此,本書在內容設計上,始終堅持“理論與實踐並行”的原則,力求將抽象的概念轉化為可落地的技術方案。我們不會止步於Kubernetes的API和YAML文件,而是會深入探討其背後的設計理念、核心組件的運作機製,以及如何在實際項目中有效地應用這些技術來構建、部署、管理和伸縮微服務應用。 本書的目標是幫助讀者建立起對Kubernetes和微服務架構的係統性認知,掌握從零開始搭建健壯、高效的微服務體係的能力。無論您是初次接觸Kubernetes,還是已經有瞭一定的實踐經驗,希望在微服務架構方麵尋求更深層次的理解和更有效的解決方案,本書都能為您提供寶貴的參考和指導。 第一部分:微服務架構的基石——從概念到實踐 在深入Kubernetes之前,理解微服務架構本身的核心思想至關重要。本部分將帶領您係統地梳理微服務架構的演進曆程、核心優勢以及麵臨的挑戰。 第一章:微服務架構的崛起與演進 單體應用的局限性: 詳細分析傳統單體應用在開發效率、技術選型、部署伸縮、故障隔離等方麵的痛點,為理解微服務架構的必要性奠定基礎。 分布式係統的挑戰: 探討構建分布式係統的普遍性難題,如服務間通信、數據一緻性、容錯處理、監控告警等。 微服務架構的定義與原則: 明確微服務架構的核心特徵,如單一職責、獨立部署、鬆耦閤、去中心化治理、麵嚮領域設計(DDD)等,並深入解讀每一項原則在實踐中的意義。 微服務與SOA的比較: 區分微服務架構與麵嚮服務架構(SOA)的異同,理解微服務如何更輕量、更靈活地實現服務化。 微服務架構的優勢: 詳細闡述微服務架構帶來的好處,包括提高開發敏捷性、增強技術異構性、提升係統彈性、簡化部署與升級、促進團隊自治等。 微服務架構的挑戰與權衡: 客觀分析微服務架構在復雜性、運維成本、分布式事務、服務治理等方麵的潛在睏難,引導讀者在實踐中進行理性權衡。 第二章:微服務設計模式與最佳實踐 本章將聚焦於在微服務實踐中常見的關鍵設計模式,幫助讀者規避潛在的陷阱,構建更優雅、更具彈性的微服務係統。 服務拆分策略: 探討如何基於業務領域、數據邊界、團隊組織等因素進行有效的服務拆分,介紹領域驅動設計(DDD)在微服務拆分中的應用。 API網關模式: 闡述API網關的作用,包括請求路由、協議轉換、認證授權、限流熔斷、日誌記錄等,並介紹幾種主流的API網關實現方案。 服務注冊與發現: 講解服務注冊與發現的必要性,介紹Consul、Eureka、ZooKeeper等常見實現機製,以及Kubernetes中的服務發現方式。 配置管理: 討論集中式配置管理的重要性,介紹Spring Cloud Config、Consul等配置中心的使用,以及Kubernetes中的ConfigMap和Secret。 斷路器模式: 講解斷路器模式如何防止故障擴散,提高係統的健壯性,介紹Hystrix、Sentinel等實現。 日誌聚閤: 探討分布式係統中日誌管理的關鍵挑戰,介紹ELK(Elasticsearch、Logstash、Kibana)或EFK(Elasticsearch、Fluentd、Kibana)等日誌收集與分析方案。 分布式追蹤: 講解分布式追蹤係統在定位服務間調用鏈、分析性能瓶頸中的作用,介紹Zipkin、Jaeger等工具。 事件驅動架構: 介紹使用消息隊列(如Kafka、RabbitMQ)實現服務間異步通信的模式,以及事件驅動架構的優勢。 數據一緻性解決方案: 探討分布式事務的復雜性,介紹Saga模式、TCC(Try-Confirm-Cancel)模式等處理跨服務數據一緻性的策略。 第二部分:Kubernetes——微服務現代化的核心引擎 本部分將深入Kubernetes的世界,從其核心概念、架構設計到實際部署和管理,為讀者提供全麵的技術解析和實操指導。 第三章:Kubernetes核心概念解析 Kubernetes的起源與願景: 迴顧Kubernetes的誕生背景,理解其解決容器化部署和管理痛點的目標。 Kubernetes架構概覽: 詳細介紹Master(控製平麵)和Node(工作節點)的角色與組件,包括API Server、etcd、Controller Manager、Scheduler、Kubelet、Kube-proxy等。 核心對象:Pod: 深入理解Pod作為Kubernetes最小的部署單元,其生命周期、資源共享、網絡模型以及與容器的關係。 Pod的生命周期管理: 介紹Pod的各種狀態(Pending, Running, Succeeded, Failed, Unknown)及其轉換過程。 多Pod協同:Deployment: 講解Deployment如何聲明式地管理Pod副本集,實現應用的滾動更新、迴滾和聲明式部署。 無狀態服務暴露:Service: 闡述Service的作用,以及ClusterIP、NodePort、LoadBalancer等不同Service類型的使用場景。 有狀態服務管理:StatefulSet: 介紹StatefulSet如何為有狀態應用(如數據庫、消息隊列)提供穩定的網絡標識、持久化存儲和有序部署。 配置與密鑰管理:ConfigMap與Secret: 講解如何使用ConfigMap管理非敏感配置,以及如何使用Secret安全地存儲敏感信息。 存儲捲與持久化:Volume與PersistentVolume: 深入理解Volume的生命周期與Pod的關係,以及PersistentVolume(PV)和PersistentVolumeClaim(PVC)如何實現存儲的獨立管理和動態供給。 命名空間(Namespace): 解釋Namespace如何實現集群資源的邏輯隔離,方便多租戶或多環境的管理。 標簽(Label)與選擇器(Selector): 闡述Label和Selector在Kubernetes中如何實現對象之間的關聯和篩選。 第四章:Kubernetes集群的部署與配置 本章將引導讀者親手搭建Kubernetes集群,並學習如何進行基本的集群配置和管理。 Kubernetes部署方式概覽: 介紹Kubeadm、Minikube、Kind、K3s等主流的Kubernetes部署工具,分析其優劣和適用場景。 使用Kubeadm搭建高可用Kubernetes集群: 詳細演示如何使用Kubeadm初始化Master節點和Worker節點,配置etcd高可用,以及必要的網絡插件。 集群網絡模型:CNI(Container Network Interface): 深入理解CNI插件的作用,介紹Calico、Flannel、Cilium等主流CNI的選擇和配置。 容器運行時(Container Runtime): 介紹Docker、containerd、CRI-O等容器運行時的選擇與配置。 集群安全加固:RBAC(Role-Based Access Control): 學習如何使用RBAC對Kubernetes集群進行細粒度的權限控製,保障集群安全。 Pod安全策略(Pod Security Policies,廢棄,介紹替代方案): 探討Pod的安全限製,並介紹Pod Security Admission等新機製。 節點管理:汙點(Taints)與容忍(Tolerations): 學習如何使用Taints和Tolerations控製Pod在特定節點上的調度。 節點管理:Node Affinity與Anti-Affinity: 講解如何通過Node Affinity和Anti-Affinity策略來影響Pod的調度位置,實現更靈活的資源分配。 集群監控與日誌: 介紹Prometheus、Grafana、ELK/EFK等在Kubernetes集群中的集成和應用,實現對集群狀態的全麵監控。 第五章:Kubernetes部署與管理微服務應用 本章將重點關注如何將微服務應用部署到Kubernetes集群中,並學習日常的運維管理操作。 容器化微服務:Dockerfile的最佳實踐: 學習如何編寫高效、安全的Dockerfile,構建輕量級的微服務鏡像。 鏡像倉庫(Image Registry)的選擇與使用: 介紹Docker Hub、Harbor、阿裏雲ACR等鏡像倉庫的使用。 使用Deployment部署無狀態微服務: 詳細演示如何創建Deployment YAML文件,實現應用的部署、擴縮容和滾動更新。 使用Service暴露微服務: 配置ClusterIP、NodePort、LoadBalancer Service,讓外部能夠訪問微服務。 使用Ingress管理外部訪問: 介紹Ingress Controller的作用,如何配置Ingress規則,實現HTTP/HTTPS流量的路由和負載均衡。 部署有狀態微服務:StatefulSet實踐: 演示如何使用StatefulSet部署數據庫、消息隊列等有狀態應用,並配置PersistentVolumeClaim。 Helm包管理: 介紹Helm的優勢,如何使用Helm chart進行應用的打包、部署和版本管理。 CI/CD與Kubernetes集成: 講解如何將Jenkins、GitLab CI、GitHub Actions等CI/CD工具與Kubernetes集成,實現自動化部署流程。 應用健康檢查:Liveness Probe與Readiness Probe: 學習如何配置Pod的健康檢查探針,確保應用的可用性。 資源限製與請求:Resource Limits and Requests: 講解如何為Pod設置CPU和內存的資源限製和請求,避免資源爭搶和節點宕機。 Horizontal Pod Autoscaler(HPA): 介紹HPA如何根據CPU利用率或其他自定義指標自動擴縮容Pod副本數,實現應用彈性伸縮。 Cluster Autoscaler: 講解Cluster Autoscaler如何根據Pod的調度需求自動增減集群的Node數量。 服務網格(Service Mesh)簡介: 簡要介紹Istio、Linkerd等服務網格的齣現,及其在微服務治理(如流量管理、安全、可觀測性)方麵的價值,為後續深入學習打下基礎。 第六章:Kubernetes高級特性與實踐 本章將探討Kubernetes中更高級的功能和更深入的實踐技巧,幫助讀者構建更健壯、更智能的微服務平颱。 Operator模式: 深入理解Operator模式,學習如何使用Operator自動化管理復雜有狀態應用。 Custom Resource Definition (CRD): 講解CRD如何擴展Kubernetes API,實現自定義資源的創建和管理。 網絡策略(Network Policies): 學習如何使用Network Policies實現Pod之間的網絡訪問控製,增強集群安全性。 資源配額(Resource Quotas)與限製範圍(Limit Ranges): 講解如何通過Resource Quotas和Limit Ranges來限製Namespace內的資源使用。 Pod Disruption Budgets (PDB): 介紹PDB如何確保在節點維護或升級期間,應用不會齣現過多的Pod不可用。 DaemonSet: 講解DaemonSet如何確保每個(或部分)Node上都運行一個Pod副本,常用於部署日誌收集器、監控代理等。 Job與CronJob: 介紹Job用於執行一次性任務,CronJob用於定時執行任務,如批處理、數據備份等。 Kubernetes事件(Events): 學習如何查看和分析Kubernetes事件,輔助故障排查。 Kubernetes API擴展: 簡要介紹Kubernetes API的擴展機製,為開發自定義控製器提供思路。 多集群管理: 探討Kubernetes多集群管理的挑戰和解決方案,如Kubefed、Octant等。 第三部分:實踐案例與展望 在完成理論和技術棧的學習後,本部分將通過實際案例來鞏固知識,並展望Kubernetes和微服務架構的未來發展。 第七章:真實世界中的微服務與Kubernetes應用案例 案例一:電商平颱的微服務改造: 詳細分析一個電商平颱如何從單體應用逐步遷移到微服務架構,並利用Kubernetes進行部署和管理。 案例二:金融核心業務係統的容器化: 探討在安全性、穩定性要求極高的金融領域,如何成功地將核心業務係統部署在Kubernetes上。 案例三:物聯網(IoT)平颱的架構演進: 展示Kubernetes如何支撐海量設備接入、數據處理和應用部署的物聯網平颱。 案例四:DevOps與Kubernetes的融閤: 結閤CI/CD流程,展示Kubernetes如何賦能DevOps實踐,加速軟件交付。 第八章:微服務架構與Kubernetes的未來展望 雲原生(Cloud Native)的深化: 探討Kubernetes作為雲原生核心的地位,以及Serverless、容器編排與其他雲原生技術的融閤。 AI與Kubernetes的結閤: 展望AI在Kubernetes集群的自動化運維、資源優化、安全威脅檢測等方麵的應用。 邊緣計算與Kubernetes: 探討Kubernetes在邊緣計算場景下的部署和管理,以及K3s、KubeEdge等項目的進展。 WebAssembly(Wasm)與容器化: 探討WebAssembly與Kubernetes結閤的可能性,以及為微服務帶來的新機遇。 可觀測性(Observability)的提升: 關注未來在日誌、指標、追蹤等方麵更深度的集成和創新。 生態係統的持續繁榮: 展望Kubernetes龐大而活躍的生態係統將如何繼續推動技術創新。 結語: 本書的撰寫曆程,亦是我們對Kubernetes與微服務架構深度探索與實踐的縮影。我們期望通過本書,能夠點燃您在微服務領域探索的熱情,為您在雲原生時代的徵程提供堅實的基石和可靠的指引。在這個日新月異的技術浪潮中,持續學習和擁抱變化是成功的關鍵。願本書能成為您遨遊雲端、駕馭微服務技術的得力助手。