并发编程知识精要

📕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

1. 线程基础

线程是程序执行的最小单位，是操作系统能够进行运算调度的最小单位。在Java中，线程是并发编程的基础，其实现依赖于操作系统的线程调度机制。

（1）线程生命周期：线程从创建（New）、就绪（Runnable）、运行（Running）、阻塞（Blocked）、等待（Waiting）、超时（Timed Waiting）、终止（Terminated）等状态进行转换。线程状态之间的转换是由线程的操作以及线程之间的交互所触发的。

- 创建状态：通过Thread类的构造函数或者继承Thread类创建线程对象后，线程处于创建状态。
- 就绪状态：线程创建后，调用start()方法，线程进入就绪状态，等待CPU的调度。
- 运行状态：线程被CPU调度执行，处于运行状态。
- 阻塞状态：线程由于某些原因（如等待获取资源、等待通知等）无法继续执行，进入阻塞状态。
- 等待状态：线程调用了Object类的wait()方法，进入等待状态，直到其他线程调用notify()或notifyAll()方法。
- 超时状态：线程调用了Object类的wait(long timeout)方法，进入超时状态，等待其他线程调用notify()或notifyAll()方法，或者等待时间超过指定的超时时间。
- 终止状态：线程执行完毕或被其他线程强制终止，进入终止状态。

（2）线程优先级：线程优先级决定了线程在多线程环境中的执行顺序，Java中线程优先级分为1到10共10个等级，数字越大优先级越高。线程优先级只是影响线程调度的一个因素，不能保证一定能够提高线程的执行效率。

（3）守护线程：守护线程是服务于其他线程的线程，当其他线程执行完毕后，守护线程会自动结束。Java虚拟机在退出时，不管守护线程是否执行完毕，都会强制结束所有守护线程。

（4）线程池：线程池是一种管理线程的方式，可以避免频繁创建和销毁线程，提高程序性能。线程池内部维护一个线程队列和一个工作队列，当任务提交到线程池时，首先检查线程队列中是否有空闲的线程，如果有，则将任务分配给该线程执行；如果没有，则将任务放入工作队列中等待。

2. 核心参数配置

（1）拒绝策略：线程池在达到最大线程数时，如何处理新提交的任务。常见的拒绝策略有：AbortPolicy（抛出异常）、CallerRunsPolicy（调用者运行）、DiscardPolicy（丢弃任务）、DiscardOldestPolicy（丢弃最旧的任务）。

（2）工作队列类型：线程池中的工作队列用于存放等待执行的任务。常见的工作队列类型有：LinkedBlockingQueue（链表阻塞队列）、ArrayBlockingQueue（数组阻塞队列）、PriorityBlockingQueue（优先级阻塞队列）、SynchronousQueue（同步队列）。

（3）同步机制：线程同步机制用于保证线程在执行过程中的安全性和一致性。常见的同步机制有：互斥锁（Mutex）、读写锁（ReadWriteLock）、信号量（Semaphore）、条件变量（Condition）。

3. 悲观锁/乐观锁

（1）悲观锁：假设在执行过程中一定会发生冲突，因此在执行前先加锁。悲观锁的实现方式有：synchronized关键字、ReentrantLock等。

（2）乐观锁：假设在执行过程中不会发生冲突，因此在执行过程中进行版本控制。乐观锁的实现方式有：CAS（Compare-And-Swap）操作、版本号等。

4. 读写锁

（1）读锁：允许多个线程同时读取数据，但不允许写入。读锁的实现方式有：ReentrantReadWriteLock。

（2）写锁：只允许一个线程写入数据，其他线程只能等待。写锁的实现方式有：ReentrantReadWriteLock。

5. 条件变量

条件变量用于线程间的同步，可以让线程在满足特定条件时进行等待。条件变量的实现方式有：ReentrantLock类的Condition接口。

6. 并发集合

（1）ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap，适用于高并发场景。ConcurrentHashMap内部采用分段锁（Segment Lock）机制，将数据分成多个段，每个段有自己的锁，从而提高并发性能。

（2）CopyOnWrite容器：在写操作时，先复制底层数据结构，然后再进行修改。CopyOnWrite容器适用于读多写少的场景，如ArrayList、CopyOnWriteArrayList等。

7. BlockingQueue

（1）阻塞队列：线程安全的队列，支持生产者-消费者模型。阻塞队列的实现方式有：ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue等。

（2）并发工具类：如CountDownLatch、Semaphore、CyclicBarrier等。这些工具类可以方便地进行线程同步和线程间的协作。

8. 并发框架

（1）Netty线程模型：Netty采用主从多线程模型，提高并发性能。主线程负责处理连接和注册事件，从线程负责处理读写事件。

（2）Akka Actor模型：基于Actor模型的并发框架，适用于高并发场景。Actor是一种轻量级的线程，具有消息传递和并发处理的能力。

（3）Disruptor环形缓冲区：高性能的并发框架，适用于处理高并发消息队列。Disruptor采用环形缓冲区和环形数组结构，通过CAS操作实现高效的线程间通信。

二、MyBatis知识体系

1. SQL映射

（1）注解映射：使用注解方式定义SQL映射关系。MyBatis提供了多种注解，如@Select、@Insert、@Update、@Delete等，方便地进行SQL映射。

（2）结果集映射：将数据库查询结果映射到Java对象。MyBatis通过类型处理器（TypeHandler）实现Java类型与数据库类型之间的转换。

（3）关联查询：通过关联查询实现多表数据操作。MyBatis支持多种关联查询方式，如一对一、一对多、多对多等。

（4）动态SQL：根据条件动态构建SQL语句。MyBatis支持动态SQL，可以根据条件动态拼接SQL语句，提高SQL语句的灵活性。

2. OGNL表达式

OGNL表达式用于在MyBatis中实现动态SQL，如条件判断、循环等。OGNL表达式可以方便地访问对象的属性、调用方法、执行逻辑运算等。

3. 分支语句

分支语句用于实现多条件判断，根据条件执行不同的SQL语句。MyBatis支持if、choose、when、otherwise等分支语句。

4. 批量操作

批量操作可以将多个SQL语句合并为一个，提高数据库执行效率。MyBatis支持批量插入、批量更新、批量删除等操作。

5. 缓存机制

（1）一级缓存：MyBatis默认的缓存机制，用于缓存单个查询结果。一级缓存是线程本地的，不同线程之间不共享。

（2）二级缓存：用于缓存多个查询结果，提高查询效率。二级缓存是全局的，可以被多个线程共享。

（3）自定义缓存：通过实现Cache接口自定义缓存机制。自定义缓存可以满足特定场景下的缓存需求。

（4）代理模式：使用代理模式实现缓存功能。MyBatis通过代理模式拦截Mapper接口的执行，实现缓存功能。

6. MapperProxy插件拦截

（1）MapperProxy：MyBatis中的代理类，用于拦截Mapper接口的执行。

（2）插件拦截：通过实现Interceptor接口自定义拦截逻辑。插件拦截可以用于实现日志记录、性能监控等功能。

7. 动态代理执行流程

动态代理执行流程包括：代理对象创建、代理方法执行、目标方法执行、代理对象销毁。MyBatis通过Cglib或JDK动态代理技术实现动态代理。

8. SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心对象，用于执行数据库操作。其生命周期包括：创建、使用、关闭。SqlSession内部维护了一个数据库连接和事务管理器。

9. 执行器类型

（1）SimpleExecutor：简单执行器，适用于单线程环境。

（2）ReusingExecutor：重用执行器，适用于多线程环境。

（3）BatchExecutor：批量执行器，适用于批量操作。

10. 延迟加载

延迟加载是一种优化技术，在需要时才加载数据，提高程序性能。MyBatis支持延迟加载，可以通过@Lazy注解实现。

11. 扩展机制

（1）类型处理器：用于处理Java类型与数据库类型之间的转换。

（2）拦截器链：用于拦截MyBatis的执行过程，实现自定义功能。

（3）方言支持：支持不同数据库的方言，如MySQL、Oracle等。MyBatis通过方言实现不同数据库的语法差异。

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