并发编程知识精讲

📕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

并发编程是计算机科学中的一个核心领域，它涉及到如何设计程序以实现多任务并行执行，从而提高系统资源的利用率和响应速度。以下是对并发编程知识体系的详细解析，并补充了技术实现细节。

线程基础

线程是并发编程的基本执行单元，它允许操作系统在单个进程中并发执行多个任务。线程的生命周期包括创建、就绪、运行、阻塞、等待和终止等状态。

• 线程生命周期：线程创建后进入就绪状态，等待CPU调度；运行状态时，线程在CPU上执行；阻塞状态可能是因为等待某个资源或执行了sleep()方法；等待状态表示线程在等待某些条件成立；当线程执行完毕或被终止时，进入终止状态。
• 线程优先级：线程优先级决定了线程在CPU调度时的优先级，操作系统根据优先级和线程状态来决定哪个线程应该运行。Java中，线程优先级分为1到10，其中1是最低优先级，10是最高优先级。
• 守护线程：守护线程是服务其他线程的线程，它不会阻止程序的终止。当所有的非守护线程结束时，程序将正常退出。
• 线程池：线程池是一种复用线程的技术，它可以减少线程创建和销毁的开销，提高程序性能。线程池通常包含核心线程数、最大线程数、存活时间和队列策略等配置参数。

核心参数配置

线程池的配置参数如下：

• 核心线程数：线程池在运行过程中始终存在的线程数量，即使没有任务也会保持活动状态。
• 最大线程数：线程池中允许的最大线程数量，当任务数量超过最大线程数时，新任务将按照拒绝策略处理。
• 非核心线程空闲存活时间：非核心线程空闲多长时间后会被回收。

拒绝策略

当线程池达到最大线程数且所有线程都在执行任务时，新的任务将无法被线程池接收，此时可以采取以下拒绝策略：

• AbortPolicy：抛出RejectedExecutionException异常，阻止任务执行。
• CallerRunsPolicy：调用者的线程将执行该任务，避免任务丢失。
• DiscardPolicy：不执行该任务也不抛出异常，适用于对任务执行结果不关心的场景。
• DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最旧的未执行任务，并执行当前任务。

工作队列类型

线程池的工作队列有以下几种类型：

• SynchronousQueue：每个插入操作必须等待另一个线程的删除操作，适用于线程数量较少的场景。
• LinkedBlockingQueue：基于链表的阻塞队列，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue，适用于任务数量较多的场景。
• ArrayBlockingQueue：基于数组的阻塞队列，固定大小的线程池，适用于任务数量有限且需要按顺序执行的场景。

同步机制

同步机制用于控制对共享资源的访问，以下是一些常用的同步机制：

• 悲观锁：假设冲突总会发生，在操作数据前先加锁。例如，Java中的synchronized关键字和ReentrantLock。
• 乐观锁：假设冲突不会发生，在操作数据后进行版本检查。例如，使用CAS（Compare-And-Swap）操作实现乐观锁。
• 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。例如，Java中的ReentrantReadWriteLock。
• 条件变量：允许线程在某些条件满足之前挂起。例如，Java中的Condition接口。

并发集合

Java并发集合提供了一系列线程安全的集合类，以下是一些常用的并发集合：

• ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap实现，采用分段锁技术提高并发性能。
• CopyOnWrite容器：在写操作时复制整个底层数组，适用于读多写少的场景，如ArrayList的变体CopyOnWriteArrayList。

并发工具类

以下是一些常用的并发工具类：

• Phaser：用于协调多个线程的进度，类似于CyclicBarrier和CountDownLatch。Phaser支持动态添加参与者，并提供更灵活的同步机制。
• Exchanger：允许两个线程在交换数据后继续执行，适用于数据交换的场景。
• FutureTask：代表异步计算的结果，可用于获取异步任务的结果。

非阻塞算法

非阻塞算法通过使用无锁编程技术，避免了锁的开销，以下是一些非阻塞算法：

• CAS原理：Compare-And-Swap，比较并交换。CAS操作包括三个操作数：内存位置、预期值和新值。如果内存位置的值与预期值相等，则将内存位置的值修改为新值，否则不做任何操作。
• Atomic类：提供了一系列无锁的原子操作类，如AtomicInteger、AtomicLong等。
• 无锁队列：基于CAS原理实现的线程安全队列，如ConcurrentLinkedQueue。

并发框架

以下是一些常用的并发框架：

• Netty：高性能的NIO客户端服务器框架，基于Reactor模式，适用于构建高性能网络应用。
• Akka：一个基于Actor模型的并发框架，适用于构建分布式、高并发、高可用系统。
• Disruptor：高性能的并发队列实现，基于环形缓冲区，适用于构建高性能的消息队列。

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，并补充了技术实现细节。

SQL映射

MyBatis使用XML或注解来配置SQL映射，以下是一些SQL映射的概念：

• 注解映射：使用注解来配置SQL映射，如@Select、@Insert、@Update、@Delete等。
• 结果集映射：将SQL查询结果映射到Java对象，包括单条记录映射和列表映射。
• 关联查询：关联多个表的数据到Java对象，包括一对一、一对多和多对多关联。
• 动态SQL：根据条件动态构建SQL语句，如 、 、 、 等标签。

OGNL表达式

OGNL（Object-Graph Navigation Language）是一种表达式语言，用于在MyBatis中获取对象的属性值。OGNL表达式可以访问对象的属性、方法、静态字段等，例如，obj.name表示获取obj对象的name属性值。

分支语句

MyBatis允许使用分支语句来处理多个条件，从而动态构建SQL语句。例如，使用 标签根据条件判断是否执行SQL片段。

批量操作

MyBatis支持批量操作，可以同时执行多个SQL语句。批量操作可以减少网络通信次数，提高性能。

缓存机制

MyBatis提供了两种缓存机制：

• 一级缓存：本地缓存，每个SqlSession独立。一级缓存存储在内存中，当SqlSession关闭时，缓存将失效。
• 二级缓存：全局缓存，多个SqlSession共享。二级缓存存储在磁盘或内存中，当SqlSession关闭时，缓存仍然有效。

自定义缓存

MyBatis允许自定义缓存实现，以适应特定的需求。自定义缓存需要实现Cache接口，并重写其中的方法。

代理模式

MyBatis使用代理模式来创建Mapper接口的实现。代理模式可以将接口实现和接口定义分离，提高代码的可维护性和可扩展性。

MapperProxy

MapperProxy是MyBatis用于实现Mapper接口的代理类。MapperProxy内部维护了一个Mapper接口的动态代理对象，并实现了Mapper接口的所有方法。

插件拦截

MyBatis允许使用插件来拦截SQL执行过程。插件需要实现Interceptor接口，并重写intercept方法。

动态代理执行流程

MyBatis使用动态代理技术来实现Mapper接口。动态代理技术可以创建一个代理对象，该对象可以拦截接口方法，并执行特定的逻辑。

SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心对象，用于执行SQL语句。SqlSession的生命周期包括创建、使用和关闭。在创建SqlSession时，会初始化数据库连接、事务管理器等资源；在关闭SqlSession时，会关闭数据库连接、事务管理器等资源。

执行器类型

MyBatis提供了多种执行器类型，用于执行SQL语句。执行器类型包括SimpleExecutor、BatchExecutor、ReuseExecutor和BatchExecutorType。

延迟加载

MyBatis支持延迟加载，以减少初始化时的资源消耗。延迟加载可以在需要时才加载关联数据，提高性能。

扩展机制

MyBatis提供了扩展机制，允许自定义插件和类型处理器。插件可以拦截SQL执行过程，类型处理器可以转换SQL类型和Java类型。

类型处理器

类型处理器用于将SQL类型转换为Java类型。类型处理器需要实现TypeHandler接口，并重写getTypeHandler方法。

拦截器链

MyBatis使用拦截器链来拦截SQL执行过程。拦截器链中的拦截器按照添加顺序执行，每个拦截器可以决定是否继续执行下一个拦截器。

方言支持

MyBatis支持多种数据库方言，以适应不同的数据库。方言支持通过XML或注解配置，如MySQL方言、Oracle方言等。

通过以上对并发编程和MyBatis知识体系的详细解析，我们可以更好地理解和应用这些技术，从而提高应用程序的性能和可维护性。在实际开发中，我们可以根据具体的需求和场景，灵活运用这些知识点，实现高效、可靠的并发编程和持久层开发。

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