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。

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一、并发编程知识体系

并发编程是现代计算机科学中一个至关重要的领域，它涉及多个线程和进程的并行执行，以及如何协调它们之间的资源共享和同步。以下是对并发编程知识体系的详细解析，旨在深入浅出地阐述相关知识点。

线程基础

线程生命周期：线程从创建到销毁经历多个状态转换。在Java中，线程的生命周期可以通过Thread类的方法来管理，包括start()、run()、sleep()、yield()、join()等。线程状态转换的细节包括：

• 新建（New）：线程被创建但尚未启动。
• 就绪（Runnable）：线程已经准备好执行，但可能正在等待CPU资源。
• 运行（Running）：线程正在CPU上执行。
• 阻塞（Blocked）：线程因为某些原因（如等待I/O操作）无法继续执行。
• 等待（Waiting）：线程因为某些条件不满足而主动等待。
• 终止（Terminated）：线程执行完毕或被强制终止。

线程优先级：线程优先级反映了线程在多线程环境中的相对重要程度。在Java中，线程优先级是一个整数，范围从1（最低）到10（最高）。线程的调度依赖于操作系统的线程调度策略。

守护线程：守护线程是服务其他线程的线程，当没有非守护线程在运行时，JVM会退出。在Java中，可以使用setDaemon(true)方法将一个线程设置为守护线程。

线程池：线程池是管理一组线程的集合，可以有效地复用线程资源，提高应用程序的响应速度。线程池的实现通常包含以下核心参数：

• 核心线程数：线程池在运行过程中始终存在的线程数量。
• 最大线程数：线程池允许的最大线程数量。
• 线程存活时间：空闲线程在终止前可以保持存活的时间。
• 拒绝策略：当线程池达到最大容量时，如何处理新提交的任务。

拒绝策略：常见的拒绝策略包括：

• 抛出异常：直接抛出RejectedExecutionException异常。
• 拒绝任务：拒绝提交任务，不执行任何操作。
• 返回Future：返回一个Future对象，表示任务已经被提交，但未执行。

工作队列类型：工作队列用于存储等待执行的任务，常见的队列类型包括：

• FIFO（先进先出）：新任务总是添加到队列的末尾，最早提交的任务首先执行。
• LIFO（后进先出）：新任务总是添加到队列的头部，最后提交的任务首先执行。

同步机制

悲观锁/乐观锁：悲观锁和乐观锁是两种常见的并发控制策略。

• 悲观锁：假设并发冲突一定会发生，因此在操作数据前先加锁，确保操作的原子性。
• 乐观锁：假设并发冲突不会发生，只在操作过程中检查数据版本或时间戳，如果发生冲突则回滚操作。

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，特别是在读操作远多于写操作的场景。

条件变量：条件变量是一种线程间的通信机制，允许线程在某些条件不满足时等待，直到其他线程发出通知。在Java中，可以使用Object类的wait()、notify()、notifyAll()方法来实现条件变量。

并发集合

ConcurrentHashMap：ConcurrentHashMap是一种线程安全的哈希表，它通过分段锁来提高并发性能。ConcurrentHashMap内部将数据分成多个段，每个段有自己的锁，从而允许多个线程并发访问。

CopyOnWrite容器：CopyOnWrite容器在写入操作时复制整个容器，以避免对读操作的阻塞。这种策略适用于读操作远多于写操作的场景。

BlockingQueue：BlockingQueue是一种线程安全的队列，它支持生产者和消费者模型。BlockingQueue内部实现通常基于数组或链表，并使用锁或其他同步机制来保证线程安全。

并发工具类

Phaser：Phaser是一种用于协调线程组的工具，它可以实现复杂的线程同步场景。Phaser类似于CyclicBarrier和CountDownLatch，但它提供了更灵活的同步机制。

Exchanger：Exchanger允许两个线程交换数据。当两个线程都到达Exchanger时，它们交换数据并继续执行。

FutureTask：FutureTask是一个可以用来执行异步任务的类。它代表了一个尚未完成的任务，并提供了方法来检查任务是否完成以及获取任务结果。

非阻塞算法

CAS原理：CAS（Compare-And-Swap）是一种非阻塞算法，它通过原子操作来更新变量。CAS操作包含三个操作数：内存位置（V）、预期原值（A）和新值（B）。如果内存位置的值与预期原值相等，则更新为新值。

Atomic类：Atomic类提供了原子操作的支持，例如AtomicInteger、AtomicLong等。这些类使用volatile关键字保证变量的可见性和原子性。

无锁队列：无锁队列是一种不使用锁的并发队列，它通过CAS操作来保证线程安全。无锁队列在多线程环境下具有较高的性能。

并发框架

Netty线程模型：Netty是一种高性能的NIO框架，它采用了主从多线程模型。主线程负责接收和处理客户端连接，从线程负责处理网络IO操作。

Akka Actor模型：Akka是一个基于Actor模型的并发框架，它提供了强大的并发处理能力。Actor是一个轻量级的线程，它可以独立地运行并发任务，并使用消息传递进行通信。

Disruptor环形缓冲区：Disruptor是一个高性能的并发队列实现，它使用环形缓冲区来提高并发性能。Disruptor通过预分配缓冲区和使用无锁算法来减少线程争用。

二、MyBatis知识体系

MyBatis是一个流行的持久层框架，它通过映射SQL语句到Java对象来简化数据库操作。以下是对MyBatis知识体系的详细解析。

SQL映射

注解映射：MyBatis提供了注解来映射SQL语句和Java对象之间的关系。例如，@Select、@Insert、@Update、@Delete注解可以用于映射SQL语句。

结果集映射：MyBatis可以将数据库查询结果映射到Java对象中。这包括字段名到Java对象属性的映射，以及类型转换等。

关联查询：MyBatis支持关联查询，可以映射多表之间的关系。这可以通过@One、@Many注解来实现。

动态SQL：MyBatis支持动态SQL，可以根据条件动态生成SQL语句。这可以通过Ognl表达式或SQL片段来实现。

OGNL表达式

OGNL（Object-Graph Navigation Language）是一种表达式语言，MyBatis使用OGNL来解析和执行表达式。OGNL表达式可以用于动态生成SQL语句，以及进行数据绑定等操作。

分支语句

MyBatis支持分支语句，可以根据条件执行不同的SQL片段。这可以通过 、 、 、 等标签来实现。

批量操作

MyBatis支持批量操作，可以提高数据库操作的效率。这可以通过 标签来实现，它可以遍历集合，并为每个元素生成相应的SQL语句。

缓存机制

一级缓存：MyBatis默认使用一级缓存，它存储在SqlSession中。一级缓存的作用域是SqlSession，当SqlSession关闭时，一级缓存会失效。

二级缓存：MyBatis支持二级缓存，它可以在多个SqlSession之间共享。二级缓存的作用域是SqlSessionFactory，它可以提高应用程序的缓存命中率。

自定义缓存：MyBatis允许自定义缓存，以适应特定的需求。自定义缓存需要实现Cache接口，并配置到SqlSessionFactory中。

代理模式：MyBatis使用代理模式来创建Mapper接口的代理实现。代理实现负责处理方法的调用和SQL执行。

MapperProxy插件拦截

MapperProxy：MapperProxy是MyBatis内部使用的代理类，它负责拦截Mapper接口的方法调用。当调用Mapper接口的方法时，MapperProxy会拦截这个调用，并执行相应的SQL语句。

插件拦截：MyBatis允许通过插件来拦截SQL执行过程。插件可以实现Interceptor接口，并配置到SqlSessionFactory中。

动态代理执行流程

MyBatis通过动态代理技术来实现Mapper接口的代理，代理类负责处理方法的调用和SQL执行。动态代理的执行流程如下：

1. 创建Mapper接口的代理对象。
2. 当调用Mapper接口的方法时，代理对象拦截这个调用。
3. 代理对象根据方法名称和参数信息，生成相应的SQL语句。
4. 执行SQL语句，并将结果映射到Java对象中。
5. 返回结果。

SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心对象，它负责管理数据库连接和事务。SqlSession的生命周期通常如下：

1. 创建SqlSession：通过SqlSessionFactory创建SqlSession。
2. 使用SqlSession：执行数据库操作，如查询、更新等。
3. 关闭SqlSession：提交或回滚事务，并关闭数据库连接。

执行器类型

MyBatis提供了多种执行器类型，包括简单执行器、批处理执行器、缓存执行器等。不同的执行器类型适用于不同的场景。

延迟加载

MyBatis支持延迟加载，可以减少初始加载的数据量。延迟加载是指将关联对象的加载推迟到真正需要使用时。

扩展机制

MyBatis提供了多种扩展机制，包括类型处理器、拦截器链、方言支持等。这些扩展机制可以增强MyBatis的功能，并满足特定的需求。

通过以上对并发编程和MyBatis知识体系的详细解析，我们可以看到这两个领域之间的紧密联系。并发编程为MyBatis提供了运行环境，而MyBatis则利用并发编程的特性来提高数据库操作的效率。这种知识点的串联不仅有助于我们深入理解并发编程和MyBatis，还可以激发我们举一反三，将所学知识应用到实际项目中。

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