并发编程核心知识-优快云博客

📕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

线程基础 线程是操作系统进行任务调度的基本单位，是执行程序代码的实体。线程模型相较于进程模型更加轻量级，因为线程共享进程的资源，如内存空间、文件句柄等。线程的创建和管理是并发编程的核心内容。线程的堆栈和局部变量为其提供了独立的运行环境，使得线程之间可以并行执行。
线程生命周期 线程从创建到销毁，经历以下状态转换：
- 新建状态（New）：线程对象创建完成，但尚未启动。
- 可运行状态（Runnable）：线程已准备好执行，等待被调度。
- 运行状态（Running）：线程正在执行CPU时间片。
- 阻塞状态（Blocked）：线程因等待某个条件（如I/O操作、锁）而无法执行。
- 等待状态（Waiting）：线程在等待某个特定条件成立。
- 超时等待状态（Timed Waiting）：线程在等待特定条件成立，并设置超时时间。
- 终止状态（Terminated）：线程执行完毕或被其他线程中断。
线程优先级 线程优先级影响线程的执行顺序，优先级高的线程获得CPU时间片的机会更多。Java中线程优先级分为五个等级，从低到高分别为：最低优先级（MIN_PRIORITY）、较低优先级（LOWER_PRIORITY）、正常优先级（NORM_PRIORITY）、较高优先级（HIGHER_PRIORITY）和最高优先级（MAX_PRIORITY）。
守护线程 守护线程（Daemon Thread）是随应用程序一起结束的线程。当所有非守护线程结束时，程序也会随之结束。守护线程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并等待处理的线程，可以提高程序执行效率。线程池通过以下参数进行配置：
- 核心线程数（corePoolSize）：线程池维护的基本线程数量。
- 最大线程数（maximumPoolSize）：线程池能容纳的最大线程数。
- 线程空闲存活时间（keepAliveTime）：当线程数超过核心线程数时，多余的线程等待的时间。
- 工作队列（workQueue）：用于存放等待执行的任务队列。
- 拒绝策略（RejectedExecutionHandler）：当任务队列已满，线程池无法处理更多任务时的处理策略。
拒绝策略 线程池拒绝策略包括以下几种：
- AbortPolicy：抛出RejectedExecutionException异常。
- CallerRunsPolicy：调用者线程执行任务。
- DiscardPolicy：直接丢弃任务。
- DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最早的未处理任务。
- ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：与CallerRunsPolicy相同。
工作队列类型 工作队列类型包括以下几种：
- LinkedBlockingQueue：基于链表的阻塞队列，具有无界特性。
- ArrayBlockingQueue：基于数组的阻塞队列，具有有界特性。
- PriorityBlockingQueue：具有优先级的阻塞队列。
- SynchronousQueue：无容量队列，主要用于构建生产者-消费者模型。
同步机制 同步机制包括以下几种：
- 互斥锁（Mutex）：保证在同一时刻只有一个线程能够访问共享资源。
- 信号量（Semaphore）：允许多个线程访问有限资源，用于实现多线程之间的同步。
- 条件变量（Condition）：线程在满足特定条件时等待，等待条件成立后继续执行。
- 读写锁（ReadWriteLock）：允许多个线程同时读取数据，但只有一个线程能够修改数据。
悲观锁/乐观锁 悲观锁和乐观锁是两种解决并发数据一致性的方法。
- 悲观锁：假设并发过程中一定会发生冲突，采用加锁机制确保数据一致性。
- 乐观锁：假设并发过程中很少发生冲突，通过版本号或时间戳检测数据冲突，无需加锁。
读写锁 读写锁是一种高级并发控制机制，允许多个线程同时读取数据，但只有一个线程能够修改数据。
- 读锁（ReadLock）：允许多个线程同时获取读锁，但不会释放读锁。
- 写锁（WriteLock）：只有一个线程可以获取写锁，其他线程必须等待写锁释放。
条件变量 条件变量是一种高级并发控制机制，允许线程在满足特定条件时等待，等待条件成立后继续执行。
- wait()：线程等待特定条件成立，释放当前线程持有的锁。
- notify()：唤醒一个在特定条件上等待的线程。
- notifyAll()：唤醒所有在特定条件上等待的线程。
并发集合 并发集合是一组支持并发操作的集合类，包括以下几种：
- CopyOnWriteArrayList：写操作时复制原数组，读操作直接操作新数组。
- ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap，支持并发操作。
- ConcurrentLinkedQueue：线程安全的无界队列。
- ConcurrentSkipListMap：线程安全的有序映射。
- CopyOnWriteArraySet：线程安全的无界集合。
ConcurrentHashMap ConcurrentHashMap是Java提供的一个线程安全的HashMap实现，具有以下特点：
- 内部采用分段锁技术：将数据分成多个段，每个段有自己的锁，降低锁竞争。
- 读写操作采用分段锁：读写操作分别对应不同的锁，降低锁竞争。
- 迭代器在遍历过程中不会抛出ConcurrentModificationException异常。
CopyOnWrite容器 CopyOnWrite容器是一种线程安全的集合类，具有以下特点：
- 读操作时直接返回数据的副本：避免读写冲突。
- 写操作时复制原数据：提高并发性能。
- 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，具有以下特点：
- 线程安全的入队和出队操作。
- 支持阻塞和非阻塞的入队和出队操作。
- 可用于生产者-消费者模型。
并发工具类 并发工具类包括以下几种：
- CountDownLatch：计数器，当计数器减到0时，阻塞的线程可以继续执行。
- CyclicBarrier：循环屏障，多个线程等待某个条件成立后继续执行。
- Phaser：分区栅栏，支持动态增加线程的并发控制。
- Exchanger：线程间交换数据的同步点。
FutureTask FutureTask是实现Future接口的类，用于异步执行任务，具有以下特点：
- 可以获取异步执行任务的结果。
- 可以取消任务执行。
- 可以检查任务是否完成。
非阻塞算法 非阻塞算法是一种在多线程环境中避免锁竞争的算法，如CAS算法（Compare-And-Swap）。
CAS原理 CAS算法是一种非阻塞算法，包括以下三个操作：
- V：内存中当前值。
- A：预期值。
- B：新值。当且仅当V等于A时，将V设置为B，否则不改变V的值。
Atomic类 Atomic类是一组原子操作类，提供无锁并发编程支持，包括以下几种：
- AtomicInteger：原子操作整数。
- AtomicLong：原子操作长整型。
- AtomicReference：原子操作引用。
无锁队列 无锁队列是一种不使用锁的队列实现，具有以下特点：
- 适用于低并发场景。
- 提高线程性能。
并发框架 并发框架是一组用于处理并发问题的工具和库，包括以下几种：
- Netty：高性能的NIO框架，适用于网络编程。
- Akka：Actor模型实现的高性能并发框架。
- Disruptor：环形缓冲区实现的高性能并发框架。

二、MyBatis知识体系

SQL映射 SQL映射是将Java对象属性与数据库表字段进行映射的过程。MyBatis通过以下方式实现SQL映射：
- XML配置：通过XML文件定义SQL映射关系。
- 注解映射：通过Java注解实现SQL映射。
注解映射 MyBatis提供的注解映射包括以下几种：
- @Select：用于定义查询SQL。
- @Insert：用于定义插入SQL。
- @Update：用于定义更新SQL。
- @Delete：用于定义删除SQL。
结果集映射 结果集映射将查询结果映射到Java对象中，包括以下几种方式：
- 自动映射：MyBatis会根据Java对象属性名和数据库表字段名进行映射。
- 自定义映射：通过@Result或元素定义自定义映射关系。
关联查询 关联查询用于查询数据库中多个表之间的关系，包括以下几种方式：
- 一对一关联查询：使用或@One注解定义关联关系。
- 一对多关联查询：使用或@Many注解定义关联关系。
动态SQL 动态SQL允许在运行时根据条件动态构建SQL语句，MyBatis提供以下几种动态SQL技术：
- ：根据条件判断是否执行SQL片段。
- 、、 ：类似于Java中的switch语句。
- ：用于循环遍历集合，构建SQL片段。
OGNL表达式 OGNL（Object-Graph Navigation Language）是一种表达式语言，用于访问对象属性和集合元素。MyBatis支持OGNL表达式，用于动态SQL和结果集映射。
分支语句 分支语句用于在动态SQL中根据条件选择执行不同的SQL片段，包括以下几种：
- 、、 ：类似于Java中的switch语句。
- ：根据条件判断是否执行SQL片段。
批量操作 批量操作允许一次性执行多条SQL语句，包括以下几种方式：
- ：用于循环遍历集合，构建批量操作SQL。
- 使用PreparedStatement的addBatch()和executeBatch()方法。
缓存机制 MyBatis提供两种缓存机制：
- 一级缓存：会话级缓存，只对同一个SqlSession有效。
- 二级缓存：全局缓存，对多个SqlSession有效。
自定义缓存 MyBatis支持自定义缓存，包括以下步骤：
- 实现Cache接口。
- 在MyBatis配置文件中注册自定义缓存。
代理模式 代理模式是一种设计模式，用于在运行时动态创建对象实例。MyBatis使用代理模式实现动态代理，包括以下步骤：
- 实现InvocationHandler接口。
- 在MyBatis配置文件中配置代理。
MapperProxy MapperProxy是MyBatis的代理实现，用于拦截Mapper接口的方法，执行对应的SQL映射。
插件拦截 MyBatis插件拦截允许在执行SQL前或执行SQL后进行拦截操作，包括以下几种拦截器：
- Executor：拦截执行器的方法。
- ParameterHandler：拦截参数处理器的方法。
- ResultSetHandler：拦截结果处理器的方法。
- StatementHandler：拦截SQL语句的构建过程。
动态代理执行流程 动态代理执行流程如下：
- 创建InvocationHandler实例。
- 使用Proxy.newProxyInstance()方法创建代理对象。
- 调用代理对象的方法，实际调用InvocationHandler的invoke()方法。
SqlSession生命周期 SqlSession是MyBatis的会话对象，用于操作数据库。SqlSession的生命周期包括以下阶段：
- 创建SqlSession：通过SqlSessionFactory.openSession()或SqlSessionFactory.openSession(true)方法创建SqlSession。
- 使用SqlSession：执行数据库操作。
- 关闭SqlSession：关闭SqlSession，释放资源。
执行器类型 MyBatis提供以下几种执行器类型：
- SimpleExecutor：简单执行器，直接执行SQL。
- ReusingExecutor：重用预处理语句执行器，复用预处理语句。
- BatchExecutor：批量执行器，批量执行SQL。
延迟加载 延迟加载是一种懒加载技术，在需要使用对象属性时才进行加载。MyBatis支持延迟加载，包括以下步骤：
- 在中设置属性为延迟加载 。
- 使用@Lazy注解定义属性为延迟加载。
扩展机制 MyBatis提供以下几种扩展机制：
- TypeHandler：类型处理器，用于转换Java类型和数据库类型。
- Interceptor：拦截器，用于拦截数据库操作。
- Plugin：插件，用于拦截MyBatis的执行过程。
类型处理器 类型处理器是用于转换Java类型和数据库类型的接口，MyBatis提供以下几种类型处理器：
- IntegerTypeHandler：转换整型。
- BigDecimalTypeHandler：转换浮点型。
- StringTypeHandler：转换字符串型。
拦截器链 拦截器链是一种拦截器组合机制，用于实现多个拦截器按顺序执行。MyBatis使用拦截器链实现拦截功能。
方言支持 MyBatis支持多种数据库方言，如MySQL、Oracle、SQLServer等。通过配置MyBatis方言，可以方便地切换数据库类型。

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