并发编程知识精要

原创于 2025-08-01 12:42:31 发布 · 774 阅读

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#Concurrent Programming # Java # Multithreading

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📕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）、《解密程序员的思维密码——沟通、演讲、思考的实践》作者、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。

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Java程序员廖志伟

💡在这个美好的时刻，笔者不再啰嗦废话，现在毫不拖延地进入文章所要讨论的主题。接下来，我将为大家呈现正文内容。

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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，它涉及到如何在多个任务之间共享资源，以及如何协调这些任务的执行。以下是对并发编程知识体系的详细描述，旨在深入浅出地阐述相关概念。

线程基础

线程是并发编程中最基本的执行单元。以下是线程基础知识的概述：

线程生命周期

线程从创建到销毁经历了多个状态，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）。线程的生命周期管理依赖于操作系统的调度策略，其中线程状态的转换可能涉及到复杂的同步机制，如信号量、互斥锁等。

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。在Java中，线程优先级分为最高（MAX_PRIORITY）、正常（NORM_PRIORITY）和最低（MIN_PRIORITY）。线程优先级是相对的，实际执行顺序还受到操作系统调度算法的影响。

守护线程

守护线程是一种特殊的线程，它不会阻止程序终止。通常，守护线程用于执行后台任务，如垃圾回收。在Java中，可以通过调用Thread.setDaemon(true)方法将线程设置为守护线程。

线程池

线程池是管理一组线程的容器，它可以有效地控制线程的创建和销毁，避免系统资源的浪费。线程池的核心参数配置包括核心线程数、最大线程数、存活时间等。线程池内部使用工作队列来存储等待执行的任务，以及根据拒绝策略处理新提交的任务。

拒绝策略

当线程池中的线程数达到最大值时，拒绝策略决定了如何处理新提交的任务。常见的拒绝策略有AbortPolicy（终止任务）、CallerRunsPolicy（调用者运行）等。拒绝策略的选择需要根据具体的应用场景和性能要求来决定。

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队列。常见的队列类型有LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue等。不同类型的工作队列具有不同的性能特点和适用场景。

同步机制

同步机制用于控制对共享资源的访问，确保线程安全。常见的同步机制包括：

悲观锁/乐观锁：悲观锁假设并发环境中的冲突不可避免，因此在访问资源前先加锁；乐观锁则假设冲突很少发生，通过版本号或时间戳来检测冲突。悲观锁通常使用互斥锁（如ReentrantLock）实现，而乐观锁可以使用CAS操作。
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。读写锁可以提高并发性能，尤其是在读操作远多于写操作的场景中。
条件变量：条件变量允许线程在某些条件下等待，直到条件成立时才继续执行。条件变量通常与互斥锁结合使用，以确保线程在等待时不会释放锁。

并发集合

并发集合是专门为并发环境设计的集合类，它们提供了线程安全的操作。以下是一些常见的并发集合：

ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap，支持高并发访问。ConcurrentHashMap内部采用分段锁（Segment Locking）机制，将数据分为多个段，每个段有自己的锁，从而减少锁的竞争。
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容器在写操作时不会阻塞其他线程的读操作，从而提高并发性能。
BlockingQueue：支持线程之间阻塞的队列，常用于生产者-消费者模型。BlockingQueue内部使用锁和条件变量来保证线程安全。

并发工具类

以下是一些常用的并发工具类：

Phaser：一个灵活的同步工具，可以用于控制多个线程的执行顺序。Phaser类似于CyclicBarrier和CountDownLatch，但它提供了更丰富的功能，如动态增加参与者、支持参与者退出等。
Exchanger：用于在线程之间交换数据。Exchanger允许两个线程在某个时刻交换数据，而无需共享内存空间。
FutureTask：代表异步计算的结果。FutureTask可以用来获取异步操作的结果，并提供取消操作、检查是否完成等功能。

非阻塞算法

非阻塞算法是避免使用锁来同步线程的一种方法，它通常基于原子操作。以下是一些非阻塞算法：

CAS原理：Compare-And-Swap，用于实现无锁的线程安全操作。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，则将其更新为新值。
Atomic类：提供了一系列原子操作类，如AtomicInteger、AtomicLong等。这些类封装了基本的原子操作，可以用于实现线程安全的计数器、标志位等。
无锁队列：基于CAS原理实现的线程安全队列。无锁队列可以提供高效的并发性能，但实现较为复杂。

并发框架

以下是一些流行的并发框架：

Netty线程模型：Netty使用主从多线程模型，可以有效地处理高并发网络应用。主线程负责接收和处理客户端连接，从线程负责处理读写操作。
Akka Actor模型：基于Actor模型的并发框架，适用于构建高并发、分布式系统。Actor模型将并发编程中的对象抽象为Actor，每个Actor独立运行，通过消息传递进行通信。
Disruptor环形缓冲区：一个高性能的并发队列，适用于高并发场景。Disruptor使用环形缓冲区来存储数据，通过CAS操作实现线程安全。

二、MyBatis知识体系

MyBatis是一个优秀的持久层框架，它消除了几乎所有的JDBC代码和手动设置参数以及获取结果集的工作。以下是对MyBatis知识体系的详细描述。

SQL映射

MyBatis通过映射文件或注解将SQL语句与Java对象进行映射。

注解映射

MyBatis提供了一系列注解，如@Select、@Insert、@Update、@Delete等，用于定义SQL语句。这些注解可以简化SQL映射的定义，提高代码的可读性和可维护性。

结果集映射

MyBatis可以将数据库查询结果映射到Java对象中，包括字段映射、类型转换等。结果集映射可以使用XML文件或注解进行定义，支持复杂的映射关系，如嵌套查询、关联查询等。

关联查询

MyBatis支持多表关联查询，可以通过@One、@Many注解实现。@One表示一对一关联，@Many表示一对多关联。关联查询可以简化数据库操作，提高代码的可读性。

动态SQL

MyBatis支持动态SQL，可以根据条件动态构建SQL语句。动态SQL可以使用、、、等标签进行条件判断和选择。

OGNL表达式

OGNL（Object-Graph Navigation Language）是一种表达式语言，用于在MyBatis中动态地访问对象属性和执行方法。OGNL表达式可以方便地访问对象属性、执行方法、进行条件判断等操作。

分支语句和批量操作

MyBatis支持分支语句和批量操作，可以提高SQL语句的执行效率。分支语句可以根据条件执行不同的SQL语句，批量操作可以将多个SQL语句合并为一个批量执行，减少数据库访问次数。

缓存机制

MyBatis提供了两种缓存机制：

一级缓存：SqlSession级别的缓存，用于缓存查询结果。一级缓存只对当前SqlSession有效，当SqlSession关闭时，缓存也随之失效。
二级缓存：全局缓存，可以跨SqlSession共享。二级缓存可以持久化到磁盘，支持不同数据源的缓存共享。

自定义缓存和代理模式

MyBatis支持自定义缓存和代理模式，可以扩展缓存功能。自定义缓存可以通过实现Cache接口来实现，代理模式可以通过实现MapperProxyFactory接口来实现。

MapperProxy插件和动态代理

MyBatis使用动态代理技术生成Mapper接口的代理实现，并通过插件机制扩展功能。动态代理可以拦截Mapper接口的方法调用，实现如日志记录、性能监控等功能。

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的生命周期包括创建、使用和关闭。创建SqlSession通常使用SqlSessionFactory来获取，使用完毕后需要关闭SqlSession以释放资源。

执行器类型

MyBatis提供了多种执行器类型，如SimpleExecutor、ReuseExecutor、BatchExecutor等，用于执行SQL语句。不同类型的执行器具有不同的性能特点和适用场景。

延迟加载和扩展机制

MyBatis支持延迟加载，可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，从而减少初始化时的资源消耗。MyBatis提供了扩展机制，可以自定义类型处理器、拦截器链和方言支持，以满足不同的需求。

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Java程序员廖志伟

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