并发编程与MyBatis深度解析

📕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

并发编程是现代软件工程中的一个重要领域，它涉及如何设计系统以有效地同时执行多个任务。以下是对并发编程知识体系的深入探讨。

1. 线程基础

线程是操作系统分配处理器时间的基本单位。以下是线程实现的一些关键技术细节：

• 线程生命周期：线程从创建（通过创建函数如pthread_create）、就绪（等待调度）、运行（处理器正在执行线程的代码）、阻塞（执行过程中因某些条件未满足而暂停）、等待（主动放弃CPU时间片）、超时（等待条件未满足超过一定时间）、终止（线程完成或被终止）等状态进行转换。
• 线程优先级：线程优先级通常由操作系统的调度算法决定，它决定了线程在获得CPU时间片时的优先顺序，高级线程更有可能获得CPU时间。
• 守护线程：守护线程（也称为后台线程）是服务于其他线程的线程。当所有的非守护线程结束时，守护线程也会自动结束，这是因为在Java中，一个线程不能在守护线程仍在运行时终止。
• 线程池：线程池通过重用已有的线程来执行任务，这样可以减少线程创建和销毁的开销。线程池的实现通常涉及核心线程数、最大线程数、线程存活时间、队列类型（如LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue等）和拒绝策略（如CallerRunsPolicy、AbortPolicy等）。

2. 核心参数配置

线程池的参数配置对于线程池的性能至关重要：

• 核心线程数：线程池启动时创建的线程数，即使没有任务执行，这些线程也会保持活动状态。
• 最大线程数：线程池能够创建的最大线程数，当任务数量超过核心线程数时，额外的线程将被创建。
• 线程存活时间：空闲线程在终止前可以保持的最大时间，超过这个时间线程将被终止。
• 队列类型：线程池中的任务队列决定了如何存储等待执行的任务，不同的队列类型具有不同的性能特点。
• 拒绝策略：当线程池无法处理新任务时，拒绝策略决定了如何处理这些任务，常见的策略包括丢弃任务、抛出异常、执行任务等。

3. 同步机制

同步机制是确保多线程正确访问共享资源的关键：

• 悲观锁/乐观锁：悲观锁假设冲突将会发生，因此总是先锁定资源。乐观锁假设冲突不会发生，只在更新数据时检查冲突。
• 读写锁：读写锁允许多个线程同时读取资源，但只允许一个线程写入资源。读锁是共享的，写锁是互斥的。
• 条件变量：条件变量允许线程在满足特定条件时阻塞等待，直到其他线程触发条件变量，从而唤醒等待的线程。

4. 并发集合

并发集合是专门为并发环境设计的集合类：

• ConcurrentHashMap：ConcurrentHashMap使用了分段锁（Segment Locking）技术，将数据分为多个段，每个段有自己的锁，从而允许多个线程并发访问。
• CopyOnWrite容器：CopyOnWrite容器在写操作时创建一个新的容器副本，以避免读操作时的锁竞争。
• BlockingQueue：BlockingQueue是线程安全的队列实现，支持生产者和消费者模式，常用作线程间通信的桥梁。

5. 并发工具类

并发工具类提供了许多方便的并发编程功能：

• Phaser：Phaser是一个协调多个线程进度的工具，它可以跟踪线程的进度，并在需要时阻塞或唤醒线程。
• Exchanger：Exchanger允许两个线程交换数据，这对于需要同步交换数据的场景非常有用。
• FutureTask：FutureTask代表了一个异步计算的结果，它可以用来查询异步任务的状态，并获取计算结果。

6. 非阻塞算法

非阻塞算法通过减少线程阻塞来提高并发性能：

• CAS原理：CAS（Compare-And-Swap）是一种原子操作，它允许在不锁定资源的情况下更新数据。
• Atomic类：Java中的Atomic类提供了原子操作的方法，如AtomicInteger、AtomicLong等，这些类用于实现无锁的线程安全编程。
• 无锁队列：无锁队列通过原子操作实现线程安全，它不依赖于任何形式的锁，从而减少了线程之间的竞争。

7. 并发框架

并发框架提供了高级的并发编程抽象：

• Netty线程模型：Netty采用主从多线程模型，主线程负责接收和处理连接，从线程负责处理IO操作，这种模型适用于高并发场景。
• Akka Actor模型：Akka使用actor模型，每个actor独立运行，通过消息传递进行通信，这种模型适用于分布式系统。
• Disruptor环形缓冲区：Disruptor使用环形缓冲区来存储数据，并通过序列号来管理线程间的协调，这种模型适用于高并发场景。

二、MyBatis知识体系

MyBatis是一个优秀的持久层框架，它通过XML或注解的方式将Java对象与SQL语句进行映射。

1. SQL映射

SQL映射是MyBatis的核心概念，以下是SQL映射的实现细节：

• 注解映射：MyBatis提供了多种注解来定义SQL映射，如@Select、@Insert、@Update、@Delete等。
• 结果集映射：MyBatis使用<resultMap>元素来定义如何将SQL查询结果映射到Java对象，包括字段映射、类型转换等。
• 关联查询：MyBatis支持多表关联查询，通过嵌套的<resultMap>来处理复杂的关联关系。
• 动态SQL：MyBatis使用<choose>、<when>、<otherwise>等元素来构建动态SQL，支持条件判断和批量操作。

2. 动态SQL

动态SQL是MyBatis的高级特性，以下是动态SQL的实现细节：

• OGNL表达式：OGNL（Object-Graph Navigation Language）表达式用于在动态SQL中访问Java对象的属性。
• 分支语句：MyBatis支持在动态SQL中使用<if>、<choose>等元素来根据条件执行不同的SQL语句。
• 批量操作：MyBatis支持批量操作，通过<foreach>元素可以同时执行多个SQL语句。

3. 缓存机制

MyBatis提供了缓存机制，以下是缓存机制的实现细节：

• 一级缓存：一级缓存是SqlSession级别的缓存，它缓存了从数据库查询到的数据，以提高查询效率。
• 二级缓存：二级缓存是SqlSessionFactory级别的缓存，它可以在不同的SqlSession之间共享缓存，适用于跨SqlSession的缓存需求。
• 自定义缓存：MyBatis允许自定义缓存实现，通过实现Cache接口来定义自己的缓存策略。

4. 代理模式

MyBatis使用代理模式来实现Mapper接口，以下是代理模式的相关细节：

• MapperProxy：MyBatis使用MapperProxy类来实现对Mapper接口的代理，它负责拦截Mapper接口的方法调用。
• 插件拦截：MyBatis允许通过插件来拦截Mapper接口的方法调用，从而实现扩展功能。
• 动态代理执行流程：MyBatis使用动态代理技术来创建Mapper接口的代理实例，代理实例负责处理方法调用。

5. SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的会话对象，以下是SqlSession生命周期的相关细节：

• 创建SqlSession：通过MyBatis的SqlSessionFactory创建SqlSession对象。
• 执行操作：通过SqlSession执行SQL语句，如查询、更新、删除等。
• 关闭SqlSession：释放资源，关闭数据库连接。

6. 执行器类型

MyBatis提供了多种执行器类型，以下是执行器类型的实现细节：

• 简单执行器：适用于小型应用，它使用最简单的机制来执行SQL语句。
• 批量执行器：适用于执行批量操作，它通过批量提交来减少数据库访问次数。
• 缓存执行器：结合缓存机制提高查询效率，它首先检查缓存中是否存在数据，如果存在则直接返回缓存数据。

7. 扩展机制

MyBatis提供了多种扩展机制，以下是扩展机制的相关细节：

• 类型处理器：类型处理器用于处理Java类型与数据库类型之间的转换。
• 拦截器链：拦截器链用于拦截和修改数据库操作，如查询、更新、删除等。
• 方言支持：MyBatis支持多种数据库方言，如MySQL、Oracle等，通过方言可以定制数据库特定的行为。

通过以上对并发编程和MyBatis知识体系的深入探讨，我们可以了解到这两个领域的核心概念、技术原理和应用场景。在实际开发中，合理运用并发编程和MyBatis框架，可以显著提高程序的执行效率和稳定性。

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