并发编程与MyBatis核心解析

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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

并发编程是现代计算机科学中的一个核心领域，它涉及到多线程的创建、管理以及同步。以下是对并发编程知识体系的详细描述，旨在提供专业且通俗易懂的理解。

线程基础

线程是并发编程中最基本的执行单元。以下是线程基础知识的详细实现：

• 线程生命周期：线程从创建、就绪、运行、阻塞、等待到终止的整个过程。

  • 创建：在Java中，可以通过Thread类或实现Runnable接口来创建线程。Thread类提供了丰富的线程控制方法，如start()、run()、sleep()等。
  • 就绪：线程创建后，需要调用start()方法，此时线程进入就绪状态，等待CPU分配时间片。
  • 运行：线程获得CPU时间片，开始执行。Java中的线程调度策略为抢占式，线程优先级高的可能抢占低优先级线程的时间片。
  • 阻塞：线程由于某些原因（如I/O操作、等待锁等）无法继续执行，进入阻塞状态。在Java中，可以使用Object.wait()、Thread.sleep()等方法使线程进入阻塞状态。
  • 等待：线程进入等待状态，直到被唤醒。可以使用Object.notify()或Object.notifyAll()方法唤醒线程。
  • 终止：线程执行完毕或被其他线程终止。线程终止后，其占用的资源将被释放。

• 线程优先级：线程优先级决定了线程在获得CPU时间片时的优先顺序。Java中，线程优先级分为1到10共10个等级，默认优先级为5。线程优先级是一个相对值，实际运行时，JVM会根据系统状态进行动态调整。

• 守护线程：守护线程是服务线程，它不会阻止程序终止。Java虚拟机保证在主线程结束时，所有守护线程都将被终止。守护线程通常用于执行后台任务，如垃圾回收。

• 线程池：线程池是一组预先创建的线程，用于执行多个任务。它有以下核心参数配置：

  • 核心线程数：线程池中的基本线程数，即使没有任务提交，这些线程也会一直存在。
  • 最大线程数：线程池允许的最大线程数，当任务数量超过核心线程数时，会创建新的线程来执行任务。
  • 队列类型：工作队列用于存放等待执行的任务，常见的队列类型包括LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue、SynchronousQueue等。
  • 拒绝策略：当任务无法被处理时，拒绝策略决定了如何处理这些任务，常见的拒绝策略包括抛出异常、丢弃任务、丢弃旧任务等。

核心参数配置与拒绝策略

线程池的核心参数配置和拒绝策略对于线程池的性能至关重要。以下是这些参数的详细实现：

• 核心参数配置：合理配置核心线程数和最大线程数，以及工作队列类型，可以优化线程池的性能。例如，如果任务是CPU密集型，可以将核心线程数设置为CPU核心数；如果任务是I/O密集型，可以将核心线程数设置为CPU核心数的两倍。
• 拒绝策略：常见的拒绝策略包括：
  • 抛出异常：直接抛出RejectedExecutionException异常。
  • 拒绝并丢弃：直接丢弃任务，不进行任何处理。
  • 丢弃旧任务：丢弃队列头部的任务，执行新的任务。

工作队列类型

工作队列是线程池中用于存放等待执行的任务的数据结构。以下是常见队列类型的详细实现：

• LinkedBlockingQueue：基于链表的阻塞队列，适用于任务数量较多的情况。
• ArrayBlockingQueue：基于数组的阻塞队列，适用于任务数量较少且固定的情况。
• SynchronousQueue：不存储元素的阻塞队列，适用于任务数量较少且对线程同步要求较高的情况。

同步机制

同步机制是确保线程安全的关键。以下是常见同步机制的详细实现：

• 悲观锁：假设冲突将会发生，在操作开始前先加锁。Java中，可以使用synchronized关键字或ReentrantLock类实现悲观锁。
• 乐观锁：假设冲突不会发生，通过版本号或时间戳来检测冲突。Java中，可以使用AtomicInteger、AtomicLong等原子类实现乐观锁。
• 读写锁：允许多个读线程同时访问，但写线程访问时需要独占锁。Java中，可以使用ReentrantReadWriteLock类实现读写锁。
• 条件变量：允许线程在某些条件下等待，直到其他线程通知它们。Java中，可以使用Object.wait()、Object.notify()、Object.notifyAll()方法实现条件变量。

并发集合

并发集合是为并发环境设计的集合类，以下是常见并发集合的详细实现：

• ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap实现，基于分段锁技术，提高了并发性能。
• CopyOnWriteArrayList：线程安全的List实现，适用于读多写少的场景，每次修改操作都会创建一个新的数组。

并发工具类

以下是一些常用的并发工具类的详细实现：

• Phaser：用于协调多个线程的同步，可以用于实现并行算法。
• Exchanger：允许两个线程交换数据，可以用于实现生产者-消费者模式。
• FutureTask：代表异步计算的结果，可以用于实现异步编程。

非阻塞算法

非阻塞算法是避免使用锁来保证线程安全的方法，以下是常见非阻塞算法的详细实现：

• CAS原理：Compare-And-Swap，比较并交换。Java中，可以使用AtomicInteger、AtomicLong等原子类实现CAS操作。
• Atomic类：提供原子操作的类，如AtomicInteger、AtomicLong等。这些类内部使用CAS操作保证操作的原子性。
• 无锁队列：基于CAS原理实现的无锁队列，可以用于实现高性能的并发队列。

并发框架

以下是一些常用的并发框架的详细实现：

• Netty：高性能的NIO框架，基于事件驱动模型，可以用于构建高性能的网络应用。
• Akka：基于Actor模型的并发框架，可以用于构建高并发、高可用、分布式系统。
• Disruptor：高性能的环形缓冲区，可以用于实现高吞吐量的并发应用。

二、MyBatis知识体系

MyBatis是一个流行的持久层框架，它简化了数据库操作。以下是对MyBatis知识体系的详细描述。

SQL映射

MyBatis通过XML或注解的方式定义SQL映射，以下是SQL映射的详细实现：

• 注解映射：使用@Select、@Insert、@Update、@Delete等注解来定义SQL映射。这些注解可以应用于接口方法或类字段上。
• 结果集映射：定义SQL查询结果与Java对象的映射关系。MyBatis提供了丰富的映射配置，如一对一、一对多、多对多、嵌套查询等。
• 关联查询：处理多表关联查询，如一对一、一对多、多对多。MyBatis提供了多种关联查询方式，如<resultMap>、<association>、<collection>等。

动态SQL

MyBatis支持动态SQL，以下是动态SQL的详细实现：

• OGNL表达式：用于动态构建SQL语句。OGNL表达式可以访问Java对象的属性和方法，可以用于动态构建SQL片段。
• 分支语句：根据条件动态执行不同的SQL片段。MyBatis提供了<if>、<choose>、<when>、<otherwise>等标签实现条件分支。
• 批量操作：支持批量插入、更新、删除操作。MyBatis提供了<foreach>标签实现批量操作。

缓存机制

MyBatis提供了两级缓存机制，以下是缓存机制的详细实现：

• 一级缓存：本地缓存，存储在SQLSession中。一级缓存是会话级别的缓存，当会话结束时，缓存数据将失效。
• 二级缓存：全局缓存，存储在SqlSessionFactory中。二级缓存是应用级别的缓存，可以在多个会话之间共享缓存数据。
• 自定义缓存：允许自定义缓存实现。MyBatis提供了缓存接口，用户可以实现自己的缓存机制。

代理模式

MyBatis使用代理模式来实现Mapper接口，以下是代理模式的详细实现：

• MapperProxy：MyBatis内部的代理类，用于代理Mapper接口。MapperProxy使用Java的动态代理技术实现接口的代理。
• 插件：允许自定义插件来拦截MyBatis的执行过程。插件可以用于实现日志记录、性能监控等功能。

执行流程

MyBatis的执行流程包括以下几个步骤，以下是执行流程的详细实现：

• 构建SqlSource：根据SQL映射构建SQL源。MyBatis使用XML或注解的方式定义SQL映射，根据映射信息构建SqlSource对象。
• 构建BoundSql：根据参数构建BoundSql对象。BoundSql对象包含了SQL语句和参数信息。
• 构建MappedStatement：根据BoundSql构建MappedStatement对象。MappedStatement对象包含了SQL语句、参数类型、返回类型等信息。
• 构建SQL执行器：根据MappedStatement构建SQL执行器。MyBatis提供了多种执行器类型，如SimpleExecutor、ReusingExecutor、BatchExecutor等。
• 执行SQL：执行SQL并获取结果。MyBatis使用JDBC或MyBatis自带的Executor来执行SQL语句，并获取结果。

SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心接口，以下是SqlSession生命周期的详细实现：

• 创建SqlSession：通过SqlSessionFactory创建SqlSession。SqlSessionFactory是MyBatis的入口，用于创建SqlSession。
• 执行SQL：通过SqlSession执行SQL。SqlSession提供了多种方法，如selectOne()、selectList()、insert()、update()、delete()等。
• 关闭SqlSession：释放资源，关闭SqlSession。在执行完SQL操作后，需要关闭SqlSession，释放数据库连接等资源。

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详细实现：

• SimpleExecutor：简单执行器，适用于单条SQL执行。SimpleExecutor直接使用JDBC连接执行SQL语句。
• ReusingExecutor：重用预处理语句的执行器。ReusingExecutor在执行SQL语句时，会重用预处理语句和数据库连接，从而提高性能。
• BatchExecutor：支持批量操作的执行器。BatchExecutor可以将多个SQL语句合并成一个批量操作，从而提高性能。

延迟加载

MyBatis支持延迟加载，以下是延迟加载的详细实现：

• @Lazy：用于延迟加载关联对象。当查询主对象时，不会立即加载关联对象，而是在需要时才加载。
• select：指定延迟加载的SQL。在<resultMap>中，可以使用<association>或<collection>标签的select属性指定延迟加载的SQL。

扩展机制

MyBatis提供了多种扩展机制，以下是扩展机制的详细实现：

• 类型处理器：用于处理类型转换。MyBatis提供了类型处理器接口，用户可以实现自己的类型处理器来处理自定义类型。
• 拦截器：用于拦截MyBatis的执行过程。MyBatis提供了拦截器接口，用户可以实现自己的拦截器来拦截MyBatis的执行过程。
• 拦截器链：拦截器可以串联起来形成拦截器链。MyBatis提供了拦截器链的配置，用户可以配置拦截器链的顺序。
• 方言支持：支持不同的数据库方言。MyBatis提供了方言接口，用户可以实现自己的方言来支持不同的数据库。

通过以上对并发编程和MyBatis知识体系的详细描述，我们可以看到这两个领域之间存在着紧密的联系。并发编程为MyBatis提供了线程安全的执行环境，而MyBatis则利用并发编程的机制来提高数据库操作的效率。在实际应用中，理解和运用这些知识点可以帮助我们构建高性能、高可用的系统。

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