并发编程核心知识解析-优快云博客

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📘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

在深入理解并发编程之前，我们先来探讨一下其核心概念和实现机制。

线程基础

线程是并发编程的核心，它是程序执行的最小单元。线程的实现依赖于操作系统的调度机制，不同的操作系统对线程的管理和调度策略各有差异。

线程生命周期

线程的生命周期包括创建、就绪、运行、阻塞、等待、超时等待和终止等状态。每个状态之间的转换都有其特定的触发条件。

新建（New）：线程对象被创建，但尚未启动。此时线程尚未分配到CPU资源，也无法执行。
就绪（Runnable）：线程已经被创建，并且已经获取到CPU时间片，等待CPU调度。就绪状态的线程可能因为多种原因（如优先级、线程调度算法等）而无法立即执行。
运行（Running）：线程正在执行中。此时线程正在占用CPU资源，执行其任务。
阻塞（Blocked）：线程因等待某个资源（如锁、条件变量等）而无法执行。阻塞状态的线程需要等待资源被释放后才能继续执行。
等待（Waiting）：线程处于等待状态，直到其他线程调用notify或notifyAll方法。等待状态的线程会主动放弃CPU资源，直到其他线程唤醒它。
超时等待（Timed Waiting）：线程处于等待状态，直到等待时间超时。超时等待状态的线程会主动放弃CPU资源，并在超时后重新进入就绪状态。
终止（Terminated）：线程执行完毕。终止状态的线程不再占用CPU资源，其生命周期结束。

线程优先级

线程优先级决定了线程在运行时的优先级，操作系统会根据优先级来调度线程。线程优先级通常分为以下等级：

最低优先级：线程优先级最低，系统会尽可能晚地调度该线程。
正常优先级：线程优先级为默认值，通常为5。
最高优先级：线程优先级最高，系统会尽可能早地调度该线程。

守护线程

守护线程是一种特殊的线程，它不会阻塞程序终止。当所有的非守护线程结束时，程序会退出。守护线程通常用于执行一些不需要用户交互的辅助任务。

线程池

线程池是一种管理线程的机制，它可以提高程序的性能。线程池的核心参数配置包括：

核心线程数：线程池维护的核心线程数量。核心线程在应用程序启动时创建，并且在线程池空闲时保持活动状态。
最大线程数：线程池可以维护的最大线程数量。当任务数量超过核心线程数时，线程池会创建新的线程来处理任务。
存活时间：线程池中空闲线程的存活时间。当线程池中的线程空闲时间超过存活时间时，线程会被回收。
工作队列：线程池的工作队列，用于存放等待执行的任务。工作队列的类型和容量会影响线程池的性能。

线程池的拒绝策略包括：

AbortPolicy：抛出RejectedExecutionException异常。
CallerRunsPolicy：调用者运行任务。
DiscardPolicy：丢弃任务。
DiscardOldestPolicy：丢弃最旧的任务。

工作队列类型包括：

LinkedBlockingQueue：基于链表的阻塞队列。
ArrayBlockingQueue：基于数组的阻塞队列。
PriorityBlockingQueue：具有优先级的阻塞队列。

同步机制

同步机制用于解决多线程并发执行时可能出现的数据竞争和死锁问题。常见的同步机制包括：

悲观锁：假设每次访问共享资源都会发生冲突，因此对共享资源进行加锁。悲观锁通常使用synchronized关键字或Lock接口实现。
乐观锁：假设每次访问共享资源都不会发生冲突，因此使用版本号或时间戳来检测冲突。乐观锁通常使用CAS（Compare-And-Swap）操作实现。
读写锁：允许多个线程同时读取资源，但只有一个线程可以写入资源。读写锁通常使用ReentrantReadWriteLock实现。
条件变量：线程在等待某个条件成立时，会进入等待状态，直到其他线程通知条件成立。条件变量通常使用Object的wait、notify和notifyAll方法实现。

并发集合

并发集合是专门为并发环境设计的集合类，包括：

ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap实现。ConcurrentHashMap使用分段锁（Segment Locking）机制，将数据分为多个段，每个段有自己的锁，从而提高并发性能。
CopyOnWrite容器：在写操作时复制整个容器，读操作时直接返回复制的容器。CopyOnWrite容器适用于读多写少的场景，如ArrayList和HashMap。

BlockingQueue

BlockingQueue是一种线程安全的队列，支持阻塞操作，包括：

LinkedBlockingQueue：基于链表的阻塞队列。LinkedBlockingQueue使用链表实现，可以灵活地扩展队列容量。
ArrayBlockingQueue：基于数组的阻塞队列。ArrayBlockingQueue使用数组实现，队列容量在创建时确定，无法动态扩展。

并发工具类

并发工具类包括：

Phaser：用于协调多个线程的执行。Phaser类似于CyclicBarrier，但提供了更灵活的等待机制。
Exchanger：用于在线程之间交换数据。Exchanger允许两个线程在某个点交换数据，然后继续执行。
FutureTask：用于异步执行任务。FutureTask可以获取异步执行的结果，并处理异常。

非阻塞算法

非阻塞算法包括：

CAS原理：Compare-And-Swap，比较并交换。CAS操作用于实现乐观锁，可以提高并发性能。
Atomic类：提供原子操作的类，如AtomicInteger、AtomicLong等。Atomic类可以保证操作在单个原子步骤中完成，避免数据竞争。
无锁队列：使用CAS原理实现的线程安全队列。无锁队列可以提供高并发性能，但实现复杂度较高。

并发框架

并发框架包括：

Netty线程模型：基于NIO的异步事件驱动的网络应用框架。Netty使用主从多线程模型，可以有效地处理高并发网络请求。
Akka Actor模型：基于Actor模型的并发框架。Akka使用无状态、不可变的消息传递机制，可以有效地处理高并发应用。
Disruptor环形缓冲区：高性能的并发队列实现。Disruptor使用环形缓冲区和环形数组，可以提供低延迟和高吞吐量的并发性能。

二、MyBatis知识体系

MyBatis是一个优秀的持久层框架，它支持定制化SQL、存储过程以及高级映射。以下是对MyBatis知识体系的详细解析。

SQL映射

SQL映射是MyBatis的核心功能，它将XML配置文件中的SQL语句与Java对象进行映射。

注解映射

MyBatis支持使用注解来映射SQL语句，包括：

@Select：用于映射查询操作。@Select注解可以指定SQL语句的ID、返回类型和参数类型等。
@Insert：用于映射插入操作。@Insert注解可以指定SQL语句的ID、返回类型和参数类型等。
@Update：用于映射更新操作。@Update注解可以指定SQL语句的ID、返回类型和参数类型等。
@Delete：用于映射删除操作。@Delete注解可以指定SQL语句的ID、返回类型和参数类型等。

结果集映射

MyBatis支持将查询结果映射到Java对象，包括：

@Results：用于映射查询结果。@Results注解可以指定多个映射关系，包括字段名、属性名、类型处理器等。
@Result：用于映射单个字段。@Result注解可以指定字段名、属性名、类型处理器等。

关联查询

MyBatis支持关联查询，包括：

@One：用于映射一对一关系。@One注解可以指定关联查询的SQL语句、返回类型和映射关系等。
@Many：用于映射一对多关系。@Many注解可以指定关联查询的SQL语句、返回类型和映射关系等。

动态SQL

MyBatis支持动态SQL，包括：

：根据条件执行SQL片段。标签可以指定多个条件，只有当所有条件都满足时才会执行SQL片段。
：根据多个条件执行不同的SQL片段。标签类似于if-else语句，但可以提供更灵活的条件判断。
：遍历集合，生成SQL片段。标签可以指定集合类型、集合变量、分隔符等，用于生成循环遍历的SQL片段。

OGNL表达式

OGNL表达式用于在MyBatis中动态生成SQL语句，包括：

#{}：用于插入参数。#{}标签可以指定参数的名称和类型，MyBatis会自动将参数值填充到SQL语句中。
${}：用于插入变量。${}标签可以指定变量的名称和类型，MyBatis会自动将变量的值填充到SQL语句中。

分支语句

MyBatis支持分支语句，包括：

：根据条件执行不同的SQL片段。标签可以指定多个条件，只有当条件满足时才会执行对应的SQL片段。
：当所有条件都不满足时执行。标签可以提供默认的SQL片段。

批量操作

MyBatis支持批量操作，包括：

：遍历集合，生成批量插入或更新操作。标签可以指定集合类型、集合变量、分隔符等，用于生成循环遍历的SQL片段。

缓存机制

MyBatis支持缓存机制，包括：

一级缓存：SqlSession级别的缓存。一级缓存存储在SqlSession对象中，只对当前SqlSession有效，不同SqlSession之间无法共享缓存。
二级缓存：Mapper级别的缓存。二级缓存存储在SqlSessionFactory对象中，可以跨SqlSession共享缓存。
自定义缓存：自定义缓存实现。自定义缓存可以扩展MyBatis的缓存机制，实现更复杂的缓存策略。

代理模式

MyBatis使用代理模式来实现动态代理，包括：

MapperProxy：MyBatis的动态代理实现。MapperProxy会拦截对Mapper接口的调用，并将调用转换为对XML配置文件中SQL语句的执行。

插件拦截

MyBatis支持插件拦截，包括：

Interceptor：MyBatis的插件接口。Interceptor可以拦截MyBatis的执行过程，例如执行SQL语句、处理结果集等。

执行流程

MyBatis的执行流程包括：

构建SqlSession：获取SqlSession实例。SqlSession是MyBatis的核心接口，用于执行SQL语句、获取映射器和数据库连接等。
构建Mapper：获取Mapper接口的实现。Mapper接口定义了MyBatis的SQL映射，Mapper实现类负责执行SQL语句。
构建Executor：获取Executor实例。Executor负责执行SQL语句，并处理结果集。
执行SQL：执行SQL语句。MyBatis根据SQL映射将SQL语句转换为Java对象，并将结果集转换为Java对象。

SqlSession生命周期

SqlSession生命周期包括：

创建SqlSession：通过SqlSessionFactory创建SqlSession实例。SqlSessionFactory负责创建SqlSession实例，并管理数据库连接。
执行操作：执行SQL语句。SqlSession提供了执行SQL语句、获取映射器、获取数据库连接等方法。
关闭SqlSession：关闭SqlSession实例。关闭SqlSession会释放数据库连接、关闭资源等。

执行器类型

MyBatis支持以下执行器类型：

SimpleExecutor：简单执行器。SimpleExecutor直接执行SQL语句，不进行缓存和事务管理。
ReuseExecutor：重用执行器。ReuseExecutor复用数据库连接，并管理事务。
BatchExecutor：批量执行器。BatchExecutor支持批量执行SQL语句，提高执行效率。

延迟加载

MyBatis支持延迟加载，包括：

@Lazy：用于延迟加载关联对象。@Lazy注解可以指定延迟加载的策略，例如按需加载、懒加载等。

扩展机制

MyBatis支持扩展机制，包括：

TypeHandler：用于处理Java类型和数据库类型之间的转换。TypeHandler可以自定义数据类型转换逻辑，例如将Java对象转换为数据库字段值。
Interceptor：用于拦截MyBatis的执行过程。Interceptor可以拦截MyBatis的执行过程，例如执行SQL语句、处理结果集等。
Plugin：用于实现自定义插件。Plugin可以扩展MyBatis的功能，例如实现自定义拦截器、自定义数据类型转换等。

类型处理器

MyBatis支持类型处理器，包括：

IntegerTypeHandler：用于处理整数类型。IntegerTypeHandler可以将Java整数转换为数据库整数类型。
StringTypeHandler：用于处理字符串类型。StringTypeHandler可以将Java字符串转换为数据库字符串类型。

拦截器链

MyBatis支持拦截器链，包括：

Interceptor：MyBatis的拦截器接口。拦截器链可以拦截MyBatis的执行过程，例如执行SQL语句、处理结果集等。

方言支持

MyBatis支持方言支持，包括：

MySQL：MySQL方言。MyBatis提供了针对MySQL数据库的方言支持，包括MySQL特有的函数、语法等。
Oracle：Oracle方言。MyBatis提供了针对Oracle数据库的方言支持，包括Oracle特有的函数、语法等。

通过以上对并发编程和MyBatis知识体系的详细解析，读者可以深入理解并发编程和MyBatis的核心概念和实现原理。在实际开发过程中，结合并发编程和MyBatis的知识，可以有效地提高程序的性能和可维护性。

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