并发编程知识体系概览

📕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

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一、并发编程知识体系

  1. 线程基础

线程是程序执行的最小单元,是操作系统能够进行运算调度的最小单位。线程具有自己的堆栈空间,可以独立运行,独立调度和独立拥有资源。在Java中,线程分为系统线程和用户线程。

(1)线程生命周期:线程生命周期包括新建(New)、就绪(Runnable)、运行(Running)、阻塞(Blocked)、等待(Waiting)、超时等待(Timed Waiting)和终止(Terminated)七个状态。线程状态的转换受到线程调度策略和线程本身行为的影响。例如,当一个线程正在执行时,如果系统资源被其他线程抢占,则该线程将进入阻塞状态。线程在等待某个条件满足时,会进入等待状态。

(2)线程优先级:线程优先级是线程调度器分配给线程的一个优先级别,优先级高的线程获取CPU执行的时间更多。线程优先级分为最高、高、中、低、最低五个等级,Java中使用整数表示,数值越大优先级越高。线程优先级并不能保证线程一定会被优先执行,它只是提高线程被调度的机会。

(3)守护线程:守护线程是服务线程,它不会阻止程序运行,当程序运行结束,守护线程也会随之结束。守护线程主要用于执行一些后台任务,如垃圾回收、网络连接等。Java虚拟机启动时会创建一个守护线程池,用于管理守护线程。

(4)线程池:线程池是管理一组线程的容器,它提供了一种管理线程的方法,可以避免频繁创建和销毁线程的开销。线程池中线程的数量可以根据任务需求和系统资源进行动态调整。线程池的主要优势包括:提高系统响应速度、减少线程创建和销毁的开销、减少线程同步的开销等。

  1. 核心参数配置、拒绝策略、工作队列类型

(1)核心参数配置:线程池的核心参数包括核心线程数、最大线程数、存活时间、队列类型、拒绝策略等。核心线程数是指线程池中始终保持活跃的线程数量;最大线程数是指线程池中允许的最大线程数量;存活时间是指线程空闲时等待被回收的时间;队列类型是指用于存放等待执行的任务的队列类型;拒绝策略是指当线程池达到最大容量时,如何处理新提交的任务。

(2)拒绝策略:拒绝策略是指当线程池达到最大容量时,如何处理新提交的任务。常见的拒绝策略包括:AbortPolicy(拒绝并抛出异常)、CallerRunsPolicy(调用者运行策略,将任务回退给调用者)、DiscardPolicy(丢弃任务)、DiscardOldestPolicy(丢弃最旧的任务)等。

(3)工作队列类型:工作队列用于存放等待执行的任务,常见的队列类型有:LinkedBlockingQueue(链式阻塞队列)、ArrayBlockingQueue(数组阻塞队列)、SynchronousQueue(同步队列)等。不同类型的工作队列具有不同的特点,适用于不同的场景。

  1. 同步机制

(1)悲观锁/乐观锁:悲观锁假设数据在并发环境中一定会被修改,因此在操作数据前先加锁;乐观锁假设数据在并发环境中不会发生冲突,因此使用版本号或时间戳来判断数据是否被修改。悲观锁通常使用synchronized关键字或ReentrantLock等锁实现;乐观锁通常使用CAS(Compare-And-Swap)操作实现。

(2)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场景下。Java中,读写锁的实现包括ReentrantReadWriteLock和ReadWriteLock。

(3)条件变量:条件变量用于线程间的通信,一个线程在满足特定条件时才能继续执行。条件变量通常与Object类的wait()、notify()、notifyAll()方法配合使用。

  1. 并发集合

(1)ConcurrentHashMap:ConcurrentHashMap是线程安全的HashMap,它使用分段锁技术,提高了并发性能。ConcurrentHashMap在内部将数据分成多个段,每个段独立加锁,从而减少锁的竞争。

(2)CopyOnWrite容器:CopyOnWrite容器在写入操作时,会创建一个副本,然后修改副本,最后将副本赋值给容器。这种机制适用于读多写少的场景,可以提高并发性能。

(3)BlockingQueue:BlockingQueue是线程安全的队列,它支持生产者-消费者模式。BlockingQueue提供了多种阻塞操作,如put、take、offer、poll等,可以实现线程间的同步和通信。

  1. 并发工具类

(1)Phaser:Phaser是一个线程协调工具,它允许线程在执行过程中进行等待和同步。Phaser可以用来实现线程间的计数器、屏障、阶段等操作。

(2)Exchanger:Exchanger允许两个线程交换数据。Exchanger可以用来实现线程间的数据交换,如生产者-消费者模式。

(3)FutureTask:FutureTask是一个可以用来异步执行任务的线程。FutureTask可以用来获取异步执行任务的结果,实现线程间的通信。

  1. 非阻塞算法

(1)CAS原理:CAS(Compare-And-Swap)是一种非阻塞算法,用于实现无锁编程。CAS操作包括三个操作数:内存位置、预期值和新值。如果内存位置的值与预期值相等,则将内存位置的值修改为新值;否则,不做任何操作。

(2)Atomic类:Atomic类提供了原子操作的方法,如AtomicInteger、AtomicLong等。这些类可以用来实现线程安全的计数器、标志位等。

(3)无锁队列:无锁队列是一种基于CAS原理的线程安全队列。无锁队列在内部使用CAS操作实现线程间的同步和通信。

  1. 并发框架

(1)Netty线程模型:Netty是一种高性能、异步事件驱动的网络应用框架,它采用主从多线程模型。Netty的主线程负责处理连接、注册、分配等操作,从线程负责处理读写、心跳等操作。

(2)Akka Actor模型:Akka是一个基于Actor模型的高性能并发框架,它支持无锁编程。Akka将每个线程封装成一个Actor,Actor之间通过消息传递进行通信。

(3)Disruptor环形缓冲区:Disruptor是一种基于环形缓冲区的并发框架,它提供了高性能的消息传递机制。Disruptor使用环形缓冲区来存储消息,并通过CAS操作实现线程间的同步和通信。

二、MyBatis知识体系

  1. SQL映射

(1)注解映射:MyBatis提供了注解方式来实现SQL映射,如@Select、@Insert、@Update、@Delete等。注解映射可以提高开发效率,降低代码量。

(2)结果集映射:MyBatis将数据库中的数据映射到Java对象中,如@Results、@Result等。结果集映射可以自定义映射关系,实现复杂的数据类型转换。

(3)关联查询:MyBatis支持一对一、一对多、多对多关联查询。关联查询可以通过@One、@Many、@ManyToMany等注解实现。

(4)动态SQL:MyBatis支持动态SQL,如@SelectProvider、@Choose、@Trim等。动态SQL可以根据条件动态生成SQL语句,提高代码的灵活性。

  1. OGNL表达式、分支语句、批量操作

(1)OGNL表达式:OGNL(Object-Graph Navigation Language)是一种表达式语言,用于在MyBatis中访问对象的属性。OGNL表达式可以用来实现复杂的条件判断、数据转换等操作。

(2)分支语句:MyBatis支持if、choose、when、otherwise等分支语句。分支语句可以用来实现动态SQL,根据条件执行不同的SQL语句。

(3)批量操作:MyBatis支持批量插入、批量更新、批量删除等操作。批量操作可以提高数据库操作的性能,减少数据库的访问次数。

  1. 缓存机制

(1)一级缓存:一级缓存是SqlSession级别的缓存,默认开启。一级缓存可以缓存数据库中的数据,减少数据库的访问次数。

(2)二级缓存:二级缓存是Mapper级别的缓存,需要手动配置。二级缓存可以缓存多个SqlSession之间的数据,提高并发性能。

(3)自定义缓存:MyBatis支持自定义缓存,如Redis、Ehcache等。自定义缓存可以扩展MyBatis的缓存功能,满足不同的需求。

(4)代理模式:MyBatis使用代理模式实现动态代理,用于生成代理对象。代理模式可以提高开发效率,降低代码量。

  1. MapperProxy、插件、拦截

(1)MapperProxy:MapperProxy是MyBatis的动态代理实现,用于生成代理对象。MapperProxy可以用来实现动态SQL、延迟加载等功能。

(2)插件:MyBatis支持插件,用于拦截SQL执行过程。插件可以用来实现日志记录、性能监控等功能。

(3)拦截器链:MyBatis使用拦截器链来拦截SQL执行过程。拦截器链可以用来实现多种功能,如日志记录、性能监控等。

  1. 执行流程

(1)SqlSession生命周期:SqlSession是MyBatis的核心对象,负责执行数据库操作。SqlSession的生命周期包括创建、使用、关闭等阶段。

(2)执行器类型:MyBatis支持多种执行器类型,如SimpleExecutor、ReuseExecutor等。不同类型的执行器具有不同的特点,适用于不同的场景。

(3)延迟加载:MyBatis支持延迟加载,用于提高性能。延迟加载可以减少数据库的访问次数,提高系统性能。

  1. 扩展机制

(1)类型处理器:MyBatis支持类型处理器,用于转换Java类型和数据库类型。类型处理器可以提高开发效率,降低代码量。

(2)拦截器链:MyBatis使用拦截器链来拦截SQL执行过程。拦截器链可以用来实现多种功能,如日志记录、性能监控等。

(3)方言支持:MyBatis支持方言,如MySQL、Oracle等。方言可以用来实现数据库特定的功能,提高开发效率。

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【四轴飞行器】非线性三自由度四轴飞行器模拟器研究(Matlab代码实现)内容概要:本文围绕非线性三自由度四轴飞行器模拟器的研究展开,重点介绍了基于Matlab的建模与仿真方法。通过对四轴飞行器的动力学特性进行分析,构建了非线性状态空间模型,并实现了姿态与位置的动态模拟。研究涵盖了飞行器运动方程的建立、控制系统设计及数值仿真验证等环节,突出非线性系统的精确建模与仿真优势,有助于深入理解飞行器在复杂工况下的行为特征。此外,文中还提到了多种配套技术如PID控制、状态估计与路径规划等,展示了Matlab在航空航天仿真中的综合应用能力。; 适合人群:具备一定自动控制理论基础和Matlab编程能力的高校学生、科研人员及从事无人机系统开发的工程技术人员,尤其适合研究生及以上层次的研究者。; 使用场景及目标:①用于四轴飞行器控制系统的设计与验证,支持算法快速原型开发;②作为教学工具帮助理解非线性动力学系统建模与仿真过程;③支撑科研项目中对飞行器姿态控制、轨迹跟踪等问题的深入研究; 阅读建议:建议读者结合文中提供的Matlab代码进行实践操作,重点关注动力学建模与控制模块的实现细节,同时可延伸学习文档中提及的PID控制、状态估计等相关技术内容,以全面提升系统仿真与分析能力。
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