并发编程与MyBatis核心解析

📕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

并发编程是现代计算机科学中的一个重要领域，它涉及到如何在多个任务之间共享资源，同时保持系统的稳定性和效率。以下是对并发编程知识体系的详细解析，旨在以专业且通俗易懂的方式阐述相关概念。

线程基础

线程是并发编程中最基本的执行单元。理解线程的基础知识是深入并发编程的前提。

• 线程生命周期：线程从创建到销毁会经历多个状态，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）。线程状态的转换通常由线程调度器控制，如就绪态到运行态的转换需要CPU的调度，而运行态到阻塞态可能是因为线程执行了I/O操作或者等待某个资源等。
• 线程优先级：线程优先级决定了线程在CPU上的执行顺序，优先级高的线程可以获得更多的CPU时间。优先级通常由操作系统内核进行管理，不同的操作系统有不同的优先级设置方式。在Java中，可以通过设置线程的setPriority()方法来改变其优先级。
• 守护线程：守护线程是一种特殊的线程，它不会阻止程序退出，通常用于执行后台任务。Java虚拟机保证在JVM启动时创建的所有非守护线程都执行完毕后，程序才会退出。这意味着，如果所有线程都是守护线程，则程序可以立即退出。
• 线程池：线程池是管理一组线程的机制，它可以提高程序的性能，减少创建和销毁线程的开销。线程池内部维护了一个线程队列，用于存储等待执行的任务，以及一组工作线程，用于执行这些任务。线程池的核心参数包括核心线程数、最大线程数、活跃时间、拒绝策略和工作队列类型等。

核心参数配置

线程池的核心参数配置对于线程池的性能至关重要。

• 核心线程数：线程池中维护的最小线程数，用于处理长时间运行的任务。核心线程数设置得过多会导致系统资源消耗过大，过少则可能导致系统响应速度变慢。
• 最大线程数：线程池能够维护的最大线程数，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这些任务。最大线程数设置得太高可能会导致系统资源耗尽，设置得太低则可能导致系统响应速度变慢。
• 活跃时间：线程在空闲状态下超过此时间会被回收。活跃时间设置得过长可能导致线程池中的线程数量过多，过短则可能导致线程频繁创建和销毁。
• 拒绝策略：当线程池达到最大线程数时，如何处理新任务。常见的拒绝策略包括：抛出异常、丢弃任务、丢弃最老的任务和调用拒绝处理器的接口。
• 工作队列类型：线程池中的工作队列类型，如LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue等。工作队列用于存储等待执行的任务，其类型的选择会影响线程池的性能。

同步机制

同步机制是确保线程安全的关键。

• 悲观锁/乐观锁：悲观锁假设并发访问会导致冲突，因此锁定资源直到操作完成；乐观锁则假设冲突很少发生，只在检测到冲突时才进行锁定。悲观锁通常使用synchronized关键字或者ReentrantLock等锁来实现，而乐观锁则使用CAS操作来实现。
• 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。读写锁通常使用ReentrantReadWriteLock等锁来实现。
• 条件变量：条件变量允许线程在某个条件不满足时等待，直到条件满足时被唤醒。条件变量通常与ReentrantLock等锁一起使用。

并发集合

并发集合是专为并发环境设计的集合类，如ConcurrentHashMap。

• ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap实现，适用于高并发场景。ConcurrentHashMap内部使用分段锁技术，将数据分为多个段，每个段有自己的锁，从而允许多个线程同时访问不同的段。
• CopyOnWrite容器：在写操作时复制整个容器，适用于读多写少的场景。CopyOnWrite容器通常使用CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet等集合类来实现。
• BlockingQueue：线程安全的队列实现，常用于生产者-消费者模式。BlockingQueue内部使用多种策略来保证线程安全，如使用锁、条件变量等。

并发工具类

一些并发工具类可以简化并发编程。

• Phaser：一个灵活的同步工具，用于协调多个线程的执行。Phaser允许线程在某个阶段等待其他线程，从而实现线程间的协作。
• Exchanger：允许两个线程交换数据。Exchanger通常用于实现线程间的数据交换。
• FutureTask：代表异步计算的结果。FutureTask通常与ExecutorService等线程池一起使用，用于执行异步任务。

非阻塞算法

非阻塞算法可以减少线程间的等待时间。

• CAS原理：比较并交换（Compare-And-Swap），用于实现无锁编程。CAS操作通常使用Atomic类来实现。
• Atomic类：提供原子操作的类，如AtomicInteger、AtomicLong等。Atomic类内部使用CAS操作来实现原子操作。
• 无锁队列：如LinkedBlockingQueue，使用CAS操作实现线程安全。

并发框架

一些并发框架提供了高级的并发编程抽象。

• Netty线程模型：Netty使用主从多线程模型，可以有效处理高并发网络应用。Netty的主线程负责处理连接、读写等操作，而工作线程负责处理业务逻辑。
• Akka Actor模型：基于Actor模型的并发框架，每个Actor是一个消息处理器。Actor模型允许并发程序以消息传递的方式协同工作，从而提高程序的并发性和可扩展性。
• Disruptor环形缓冲区：提供高性能的并发数据结构，适用于消息队列等场景。Disruptor使用环形缓冲区来存储数据，从而减少内存的分配和释放操作，提高程序的并发性能。

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MyBatis知识体系的详细解析。

SQL映射

MyBatis的核心是SQL映射，它定义了SQL语句与Java对象的映射关系。

• 注解映射：使用注解来映射SQL语句和Java对象字段。注解映射可以提高代码的可读性和可维护性，同时也方便开发人员快速实现SQL映射。
• 结果集映射：定义如何将SQL查询结果映射到Java对象。结果集映射包括字段映射、关联映射等。
• 关联查询：处理多表关联查询，如一对一、一对多、多对多。关联查询需要定义关联关系，并使用合适的SQL语句来实现。

动态SQL

动态SQL允许根据不同的条件生成不同的SQL语句。

• OGNL表达式：用于动态生成SQL语句中的条件表达式。OGNL表达式支持丰富的表达式操作，如条件判断、循环等。
• 分支语句：根据条件执行不同的SQL片段。分支语句可以用于实现条件查询、更新等操作。
• 批量操作：执行批量插入、更新、删除等操作。批量操作可以减少数据库访问次数，提高程序的性能。

缓存机制

MyBatis提供了缓存机制，以减少数据库访问次数。

• 一级缓存：SqlSession级别的缓存，缓存当前SqlSession执行过的查询结果。一级缓存的作用域是SqlSession，当SqlSession关闭后，一级缓存也随之失效。
• 二级缓存：全局缓存，缓存整个应用程序执行过的查询结果。二级缓存的作用域是应用程序，当应用程序重启后，二级缓存仍然有效。
• 自定义缓存：允许自定义缓存实现，满足特定需求。自定义缓存可以通过实现Cache接口来实现。
• 代理模式：使用代理模式来实现缓存的透明化。代理模式允许在不修改现有代码的情况下，为对象添加缓存功能。

MapperProxy插件拦截动态代理执行流程

MyBatis使用动态代理来拦截Mapper接口的方法调用。

• MapperProxy：MyBatis内部使用的动态代理类。MapperProxy通过反射机制拦截Mapper接口的方法调用，并执行相应的SQL映射操作。
• 插件拦截：通过插件机制拦截Mapper接口的方法调用。插件机制允许在MyBatis运行过程中插入自定义的逻辑，如日志记录、性能监控等。
• 动态代理执行流程：代理方法调用流程，包括参数处理、结果处理等。

SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心对象，它代表了与数据库的会话。

• SqlSession生命周期：从创建到销毁，包括获取、使用、提交和关闭。SqlSession的生命周期通常由开发人员控制，以确保数据的一致性和完整性。
• 执行器类型：MyBatis提供的执行器类型，如SimpleExecutor、BatchExecutor等。执行器类型决定了SQL语句的执行方式和性能。
• 延迟加载：在需要时才加载关联数据。延迟加载可以减少数据库访问次数，提高程序的性能。

扩展机制

MyBatis提供了多种扩展机制，以增强其功能和灵活性。

• 类型处理器：处理Java类型与数据库类型之间的转换。类型处理器通常使用反射机制来实现。
• 拦截器链：拦截SQL执行过程，用于日志记录、性能监控等。拦截器链允许在SQL执行过程中插入自定义的逻辑。
• 方言支持：支持不同的数据库方言，如MySQL、Oracle等。方言支持允许开发人员根据不同的数据库特点编写不同的SQL语句。

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存在着紧密的联系。并发编程为MyBatis提供了执行SQL语句所需的线程环境，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，结合这两个领域的知识，可以构建高性能、可扩展的数据库应用。

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