并发编程核心知识

📕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。

Java程序员廖志伟

🌾阅读前,快速浏览目录和章节概览可帮助了解文章结构、内容和作者的重点。了解自己希望从中获得什么样的知识或经验是非常重要的。建议在阅读时做笔记、思考问题、自我提问,以加深理解和吸收知识。阅读结束后,反思和总结所学内容,并尝试应用到现实中,有助于深化理解和应用知识。与朋友或同事分享所读内容,讨论细节并获得反馈,也有助于加深对知识的理解和吸收。💡在这个美好的时刻,笔者不再啰嗦废话,现在毫不拖延地进入文章所要讨论的主题。接下来,我将为大家呈现正文内容。

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一、并发编程知识体系

  1. 线程基础

并发编程是现代计算机系统中提高性能和响应速度的关键技术。线程是并发编程的基本单位,以下是线程的基础知识:

(1)线程生命周期:线程从创建(新建)、就绪、运行、阻塞、终止等状态进行转换。在创建阶段,线程被创建但未分配CPU资源;就绪阶段,线程等待CPU时间;运行阶段,线程正在执行;阻塞阶段,线程因某些原因(如等待资源)暂停执行;终止阶段,线程完成或被强制终止。

(2)线程优先级:线程优先级决定了线程在执行时的优先级,系统会根据优先级分配CPU时间。线程优先级通常分为高、中、低三个等级,不同系统可能有不同的优先级设置。

(3)守护线程:守护线程是一种特殊的线程,它不会阻塞程序的终止。当所有非守护线程结束时,程序也会随之结束。守护线程通常用于执行一些不需要持续运行的任务,如垃圾回收器。

(4)线程池:线程池可以复用一组线程来执行任务,提高程序性能。线程池通过管理一组预先创建的线程来执行任务,避免了频繁创建和销毁线程的开销。

  1. 核心参数配置

(1)拒绝策略:线程池在达到最大线程数时,如何处理新提交的任务。常见的拒绝策略有:CallerRunsPolicy(调用者运行策略)、AbortPolicy(抛出异常)、DiscardPolicy(丢弃任务)、DiscardOldestPolicy(丢弃最旧任务)。

(2)工作队列类型:工作队列用于存放等待执行的线程任务。常见的工作队列类型有:LinkedBlockingQueue(链表阻塞队列)、ArrayBlockingQueue(数组阻塞队列)、SynchronousQueue(同步队列)。

(3)同步机制:同步机制用于保证线程之间的协作,如互斥锁、信号量、条件变量等。互斥锁可以保证同一时间只有一个线程访问共享资源;信号量可以控制多个线程对共享资源的访问;条件变量可以使得线程在满足特定条件时才继续执行。

  1. 悲观锁/乐观锁

(1)悲观锁:在操作数据前,先加锁,确保数据在操作过程中不会被其他线程修改。悲观锁适用于数据冲突概率较低的场景。

(2)乐观锁:在操作数据前,不进行加锁,但在操作完成后,通过版本号、时间戳等方式判断数据是否被修改。乐观锁适用于数据冲突概率较高的场景。

  1. 读写锁

读写锁允许多个线程同时读取数据,但在写入数据时需要独占锁。读写锁可以提高并发性能,特别是在读多写少的场景下。

  1. 条件变量

条件变量用于线程间的通信,使得线程在满足特定条件时才继续执行。条件变量通常与互斥锁结合使用,以确保线程在满足条件时才能继续执行。

  1. 并发集合

(1)ConcurrentHashMap:线程安全的HashMap实现,通过分段锁技术保证线程安全。

(2)CopyOnWrite容器:在操作数据时,先复制原数据,然后对新数据操作。适用于读多写少的数据结构。

(3)BlockingQueue:线程安全的队列实现,支持线程间的生产者-消费者模式。

  1. 并发工具类

(1)Phaser:用于协调多个线程的并发操作。Phaser类似于CyclicBarrier,但提供了更灵活的线程等待机制。

(2)Exchanger:用于交换两个线程中的数据。适用于两个线程需要交换数据的场景。

(3)FutureTask:用于异步执行任务。FutureTask可以获取任务执行结果,并提供了取消任务、等待执行等操作。

  1. 非阻塞算法

非阻塞算法通过原子操作和锁来保证线程间的安全。原子操作是指不可分割的操作,如CAS(Compare-And-Swap)。

  1. CAS原理

CAS(Compare-And-Swap)是一种无锁算法,通过比较和交换操作来保证线程安全。CAS算法包括三个操作数:内存位置V、预期原值A和新值B。当内存位置V的值与预期原值A相同时,将该位置V的值更新为新值B。

  1. Atomic类

Atomic类提供了一系列的原子操作,如AtomicInteger、AtomicLong等。这些类通过内部的自旋锁机制保证线程安全。

  1. 无锁队列

无锁队列通过原子操作实现线程安全。无锁队列适用于高并发场景,可以显著提高性能。

  1. 并发框架

(1)Netty线程模型:Netty采用主从多线程模型,提高网络通信性能。主线程负责接收和处理客户端连接,从线程负责读写操作。

(2)Akka Actor模型:Akka采用Actor模型,实现高并发、高可用、高扩展的分布式系统。Actor模型通过消息传递实现线程间的通信,降低了线程间的耦合度。

(3)Disruptor环形缓冲区:Disruptor采用环形缓冲区,提高数据传输效率。环形缓冲区具有无锁、内存局部性、顺序访问等特点。

二、MyBatis知识体系

  1. SQL映射

(1)注解映射:使用注解指定SQL映射关系。例如,使用@Select、@Insert、@Update、@Delete等注解指定SQL语句。

(2)结果集映射:将数据库结果集映射到Java对象。例如,使用@Result、@Results等注解指定字段映射关系。

(3)关联查询:通过@OneToOne、@OneToMany等注解实现多表关联查询。例如,使用@OneToOne指定一对多关系。

  1. 动态SQL

(1)OGNL表达式:使用OGNL表达式进行动态SQL拼接。OGNL表达式类似于EL表达式,可以方便地访问Java对象的属性和执行简单逻辑。

(2)分支语句:通过if、choose等语句实现动态SQL条件分支。例如,使用 、 等标签实现条件判断。

(3)批量操作:通过@Batch注解实现批量操作。例如,使用@Batch标签指定批量操作。

  1. 缓存机制

(1)一级缓存:MyBatis一级缓存是SqlSession级别的缓存,用于存储最近执行的SQL查询结果。一级缓存仅在SqlSession有效期内有效。

(2)二级缓存:MyBatis二级缓存是Mapper级别的缓存,用于存储全局的SQL查询结果。二级缓存可以跨SqlSession共享。

(3)自定义缓存:通过实现Cache接口自定义缓存。自定义缓存可以实现更复杂的缓存策略,如LRU缓存、TTL缓存等。

(4)代理模式:MyBatis使用代理模式实现数据库操作。代理模式可以减少数据库操作的开销,提高性能。

  1. MapperProxy插件拦截

(1)MapperProxy:MyBatis使用MapperProxy代理Mapper接口,实现数据库操作。MapperProxy可以拦截数据库操作,实现日志记录、性能监控等功能。

(2)拦截器:通过实现Interceptor接口自定义拦截器,拦截数据库操作。拦截器可以自定义数据库操作的处理逻辑,如参数校验、数据转换等。

(3)动态代理:MyBatis使用动态代理实现Mapper接口。动态代理可以动态生成Mapper接口的代理实现,提高性能。

  1. SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心对象,用于执行数据库操作。SqlSession生命周期包括创建、使用、关闭等阶段。

  1. 执行器类型

(1)简单执行器:直接执行SQL语句。

(2)缓存执行器:先查询缓存,如果缓存中有数据则直接返回,否则执行SQL语句。

(3)延迟加载执行器:在查询结果集时,延迟加载关联数据。

  1. 扩展机制

(1)类型处理器:MyBatis使用类型处理器将数据库类型转换为Java类型。类型处理器可以自定义数据库类型与Java类型的映射关系。

(2)拦截器链:MyBatis使用拦截器链对数据库操作进行拦截。拦截器链可以串联多个拦截器,实现多种功能。

(3)方言支持:MyBatis支持多种数据库方言,如MySQL、Oracle等。方言支持可以方便地实现不同数据库的适配。

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