并发编程深度解析-优快云博客

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📕我是廖志伟，一名Java开发工程师、《Java项目实战——深入理解大型互联网企业通用技术》（基础篇）、（进阶篇）、（架构篇）清华大学出版社签约作家、Java领域优质创作者、优快云博客专家、阿里云专家博主、51CTO专家博主、产品软文专业写手、技术文章评审老师、技术类问卷调查设计师、幕后大佬社区创始人、开源项目贡献者。

📘拥有多年一线研发和团队管理经验，研究过主流框架的底层源码(Spring、SpringBoot、SpringMVC、SpringCloud、Mybatis、Dubbo、Zookeeper)，消息中间件底层架构原理(RabbitMQ、RocketMQ、Kafka)、Redis缓存、MySQL关系型数据库、 ElasticSearch全文搜索、MongoDB非关系型数据库、Apache ShardingSphere分库分表读写分离、设计模式、领域驱动DDD、Kubernetes容器编排等。不定期分享高并发、高可用、高性能、微服务、分布式、海量数据、性能调优、云原生、项目管理、产品思维、技术选型、架构设计、求职面试、副业思维、个人成长等内容。

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一、并发编程知识体系

并发编程是计算机科学中的一个重要领域，它涉及到如何在多线程环境中高效地管理任务执行，确保系统资源的合理利用和程序的正确性。以下是对并发编程知识体系的详细解析。

线程基础

线程是并发编程的基本执行单元，它是轻量级的进程，共享同一进程的地址空间。

线程生命周期：线程从创建、就绪、运行、阻塞到终止，每个状态都有其特定的含义和触发条件。线程的生命周期管理涉及到线程调度算法，如时间片轮转、优先级调度等，这些算法决定了线程何时运行、何时等待。
线程优先级：线程优先级决定了线程在调度时的优先级，高优先级的线程可以获得更多的CPU时间。优先级调度算法需要考虑线程的动态优先级调整，以适应不同负载和系统状态。
守护线程：守护线程是服务线程，它不会阻止程序终止，通常用于后台任务，如垃圾回收、日志记录等。守护线程的生命周期与主线程相关，当主线程结束时，所有非守护线程都会被强制终止。
线程池：线程池是一组预先创建的线程，用于执行多个任务，可以提高资源利用率和性能。线程池内部通过队列管理任务，并使用工作窃取算法来优化任务分配。

核心参数配置

线程池的核心参数包括：

核心线程数：线程池中最小的工作线程数，决定了线程池在空闲时维持的线程数量。
最大线程数：线程池中最大工作线程数，当任务量增加时，线程池会创建新的线程来处理任务。
非核心线程数：非核心线程数 = 最大线程数 - 核心线程数，非核心线程数在空闲时可以被回收。
队列类型：工作队列用于存放等待执行的任务，常用的队列类型包括：阻塞队列、并发队列、优先级队列等。
拒绝策略：当任务无法被处理时，拒绝策略决定了如何处理这些任务，如：丢弃任务、抛出异常、执行其他操作等。

同步机制

同步机制用于控制对共享资源的访问，确保线程间的协调。

悲观锁/乐观锁：悲观锁假设冲突会发生，总是先加锁；乐观锁假设冲突很少发生，通过版本号等方式检测冲突。悲观锁适用于对数据一致性要求高的场景，乐观锁适用于冲突概率较低的场景。
读写锁：读写锁允许多个线程同时读取数据，但只允许一个线程写入数据。读写锁可以提高并发性能，尤其是在读多写少的应用场景中。
条件变量：条件变量允许线程在满足特定条件时阻塞，直到条件满足后再继续执行。条件变量通常与互斥锁结合使用，以实现线程间的协调。

并发集合

并发集合是为并发环境设计的集合，如：

ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap，适用于高并发场景。ConcurrentHashMap采用分段锁技术，将数据分为多个段，每个段有自己的锁，从而降低锁的竞争。
CopyOnWrite容器：在写操作时创建一个新的容器，适用于读多写少的场景。CopyOnWrite容器在写操作时复制整个容器，从而避免锁的竞争。
BlockingQueue：线程安全的队列，支持生产者和消费者模型。BlockingQueue内部采用锁机制来保证线程安全，并使用条件变量来实现生产者和消费者的协调。

并发工具类

Phaser：Phaser是一个可重入的同步辅助类，用于控制多个线程的执行顺序。Phaser支持线程的注册、等待、到达等操作，适用于需要同步多个线程的场景。
Exchanger：Exchanger允许两个线程交换数据。Exchanger通常用于需要两个线程协作完成任务的场景。
FutureTask：FutureTask实现了Future接口，允许异步执行任务。FutureTask内部使用线程池来执行任务，并提供回调接口来通知任务执行结果。

非阻塞算法

非阻塞算法通过减少锁的竞争和等待时间来提高并发性能。

CAS原理：Compare-And-Swap（比较并交换）是一种无锁算法，用于在多线程环境中更新共享数据。CAS算法需要三个操作数：内存位置、预期值和新值。如果内存位置的值与预期值相等，则将新值写入内存位置，否则不做任何操作。
Atomic类：Atomic类提供了线程安全的原子操作。Atomic类内部使用CAS算法来实现原子操作，适用于对单个数据元素的操作。
无锁队列：无锁队列通过CAS操作实现线程安全，适用于高并发场景。无锁队列内部采用环形缓冲区结构，通过CAS操作来实现元素的添加和删除。

并发框架

Netty线程模型：Netty采用主从多线程模型，主线程负责接收客户端连接，从线程负责处理业务逻辑。Netty通过Selector机制来管理多个客户端连接，从而提高并发性能。
Akka Actor模型：Akka是基于Actor模型的消息传递系统，适用于构建高并发、高可用性的分布式系统。Actor模型将系统划分为多个Actor，每个Actor独立运行，并通过消息传递来协调工作。
Disruptor环形缓冲区：Disruptor是一种高性能的环形缓冲区，用于解决生产者和消费者之间的数据传递问题。Disruptor内部采用CAS算法和环形缓冲区结构，从而实现高并发、低延迟的数据传递。

二、MyBatis知识体系

MyBatis是一个优秀的持久层框架，它消除了几乎所有的JDBC代码和手动设置参数以及获取结果集的工作。

SQL映射

MyBatis通过XML或注解的方式将SQL语句与Java对象进行映射。

注解映射：使用@Select、@Insert、@Update、@Delete等注解来定义SQL映射。注解映射简化了SQL映射的定义，提高了开发效率。
结果集映射：将数据库查询结果映射到Java对象。结果集映射需要定义结果集与Java对象的映射关系，包括字段映射、类型转换等。
关联查询：处理多表之间的关联关系。MyBatis支持多种关联查询方式，如一对一、一对多、多对多等。

动态SQL

MyBatis支持动态SQL，可以根据条件动态地构建SQL语句。

OGNL表达式：使用OGNL表达式来动态构建SQL语句。OGNL表达式支持多种操作，如条件判断、循环等。
分支语句：使用、等标签来实现条件分支。动态SQL通过分支语句来构建复杂的SQL语句。
批量操作：使用标签实现批量插入或更新操作。批量操作可以显著提高数据库操作的效率。

缓存机制

MyBatis提供了缓存机制，用于提高查询性能。

一级缓存：SQLSession级别的缓存，默认开启。一级缓存缓存了当前SQLSession执行过的查询结果，当查询相同的SQL时，可以直接从缓存中获取结果。
二级缓存：Mapper级别的缓存，需要手动开启。二级缓存缓存了每个Mapper的查询结果，当查询相同的SQL时，可以直接从缓存中获取结果。
自定义缓存：支持自定义缓存实现。自定义缓存可以满足特定场景的需求，如缓存策略、过期时间等。
代理模式：MyBatis使用代理模式来管理Mapper接口的实例。代理模式可以隐藏具体的实现细节，提高代码的可维护性。

MapperProxy插件拦截动态代理执行流程

MyBatis使用动态代理技术来拦截Mapper接口的调用，并通过插件机制扩展其功能。

MapperProxy：MyBatis使用MapperProxy来创建Mapper接口的代理实例。MapperProxy内部使用反射机制来调用Mapper接口的方法。
插件拦截：MyBatis插件可以在Mapper接口调用前后进行拦截，实现自定义逻辑。插件拦截可以用于日志记录、性能监控等场景。
动态代理执行流程：MyBatis通过动态代理技术，将Mapper接口的调用转换为实际的数据库操作。动态代理提高了代码的可扩展性和可维护性。

SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心对象，它代表了与数据库的一次会话。

获取SqlSession：通过SqlSessionFactory来获取SqlSession。SqlSessionFactory负责创建SqlSession，并管理SqlSession的生命周期。
执行数据库操作：使用SqlSession执行查询、更新、删除等操作。SqlSession内部使用PreparedStatement来执行SQL语句。
关闭SqlSession：完成数据库操作后，需要关闭SqlSession以释放资源。关闭SqlSession会关闭数据库连接，并清空缓存。

执行器类型

MyBatis提供了多种执行器类型，用于处理数据库操作。

简单执行器：适用于简单的查询和更新操作。简单执行器使用PreparedStatement来执行SQL语句。
批量执行器：适用于批量插入和更新操作。批量执行器通过批量处理SQL语句来提高数据库操作的效率。
缓存执行器：适用于需要使用缓存的场景。缓存执行器在执行数据库操作前，会检查缓存中是否存在相应的数据。

延迟加载扩展机制

MyBatis支持延迟加载，可以将关联查询的结果延迟加载。

类型处理器：MyBatis提供了类型处理器，用于处理类型转换。类型处理器可以将数据库数据转换为Java对象，或将Java对象转换为数据库数据。
拦截器链：MyBatis使用拦截器链来拦截SQL执行过程，实现自定义逻辑。拦截器链可以用于日志记录、性能监控等场景。
方言支持：MyBatis支持多种数据库方言，如MySQL、Oracle等。方言支持可以简化数据库操作的定义。

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