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)、《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。

📙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。

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

1. 线程基础

线程是并发编程的核心,它允许程序同时执行多个任务。在Java中,线程的实现依赖于操作系统提供的线程管理机制。线程的创建可以通过Thread类或Runnable接口来实现。线程的运行状态由操作系统管理,Java提供了Thread.State枚举来表示线程的不同状态。

2. 线程生命周期

线程的生命周期包括创建、就绪、运行、阻塞、等待、超时等待和终止等状态。线程创建后进入新建状态,调用start()方法后进入就绪状态,等待CPU调度。线程在运行过程中可能会因为等待资源而进入阻塞状态,如线程等待锁。等待的线程可以通过Object.wait()方法进入等待状态,直到其他线程调用Object.notify()Object.notifyAll()方法唤醒它。超时等待是等待状态的一种,线程在指定时间内没有收到唤醒信号,将自动醒来。线程执行完毕或被其他线程强制终止后进入终止状态。

3. 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中的线程优先级分为10个等级,从最低的1到最高的10。线程的优先级可以通过Thread.setPriority()方法设置,但实际执行顺序还受到操作系统调度策略的影响。

4. 守护线程

守护线程是一种特殊的线程,它不会阻止程序的终止。当所有的非守护线程结束时,程序会自动退出。守护线程通常用于执行后台任务,如垃圾回收器。

5. 线程池

线程池是管理一组线程的机制,它可以减少线程的创建和销毁开销,提高程序的执行效率。线程池的核心参数包括核心线程数、最大线程数、空闲线程存活时间、工作队列类型和拒绝策略。核心线程数是线程池中始终存在的线程数量,最大线程数是线程池允许的最大线程数量。空闲线程存活时间是空闲线程在终止前可以存活的时间。工作队列类型决定了等待执行的任务如何存储。拒绝策略用于处理超出最大线程数的新任务。

6. 同步机制

同步机制是保证多个线程访问共享资源时,不会出现冲突的机制。Java提供了多种同步机制,如synchronized关键字、ReentrantLock等。synchronized关键字可以用于同步方法或同步块,确保同一时刻只有一个线程可以访问共享资源。ReentrantLock是一个可重入的互斥锁,它提供了比synchronized更丰富的功能。

7. 悲观锁/乐观锁

悲观锁和乐观锁是两种不同的并发控制策略。悲观锁假设多个线程会争用共享资源,因此在访问共享资源时,会采用锁定机制。乐观锁则假设多个线程不会争用共享资源,因此在访问共享资源时,不会采用锁定机制,而是通过版本号或时间戳来检测冲突。

8. 读写锁

读写锁允许多个线程同时读取共享资源,但只允许一个线程写入共享资源。读写锁可以提高并发性能,因为它允许多个线程同时读取数据,而写入操作通常比读取操作更耗时。

9. 条件变量

条件变量允许线程在某些条件下等待,直到条件满足后再继续执行。条件变量通常与互斥锁一起使用,以确保线程在等待条件满足时不会与其他线程发生冲突。

10. 并发集合

并发集合是为多线程环境设计的集合类,如ConcurrentHashMapCopyOnWriteArrayList等。这些集合类提供了线程安全的操作,确保多个线程可以并发访问而不发生冲突。

11. ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap是基于分段锁的并发集合,它允许多个线程并发访问。分段锁将数据分为多个段,每个段有自己的锁,从而允许多个线程同时访问不同的段。

12. CopyOnWrite容器

CopyOnWriteArrayListCopyOnWriteArraySet是基于写时复制的并发容器,适用于读多写少的场景。当容器被修改时,它会创建一个新的副本,并在副本上进行修改,从而避免对其他线程的干扰。

13. BlockingQueue

BlockingQueue是阻塞队列,它允许线程在队列中插入或获取元素时阻塞。阻塞队列常用于线程之间的通信,如生产者-消费者模式。

14. 并发工具类

并发工具类包括PhaserExchangerFutureTask等,它们提供了一些并发编程的实用功能。例如,Phaser用于协调多个线程的执行,Exchanger用于在线程之间交换数据。

15. 非阻塞算法

非阻塞算法是利用CAS(Compare-And-Swap)原理来实现并发操作的算法。CAS操作通过比较和交换操作来保证线程安全,它不需要锁定机制,因此可以提高并发性能。

16. CAS原理

CAS是一种无锁算法,它通过比较和交换操作来保证线程安全。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,则将内存位置的值更新为新值,否则不进行任何操作。

17. Atomic类

Atomic类提供了线程安全的原子操作,如AtomicIntegerAtomicLong等。这些类可以用于实现线程安全的计数器、标志位等。

18. 无锁队列

无锁队列是一种基于CAS原理实现的并发队列。无锁队列不需要锁定机制,因此可以提高并发性能。

19. 并发框架

并发框架包括Netty、Akka、Disruptor等,它们提供了丰富的并发编程功能。这些框架通常提供了高性能的线程模型和并发工具,可以简化并发编程的开发过程。

20. Netty线程模型

Netty采用主从多线程模型,可以提高网络应用的性能。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。

21. Akka Actor模型

Akka是一个基于Actor模型的并发框架,它将每个线程抽象为一个Actor。Actor模型可以简化并发编程的开发,因为它允许开发者关注消息传递而不是线程同步。

22. Disruptor环形缓冲区

Disruptor是一个高性能的环形缓冲区,它利用无锁技术实现了高效的并发访问。Disruptor适用于高并发场景,如消息队列、事件处理等。

二、MyBatis知识体系

1. SQL映射

SQL映射是MyBatis的核心功能之一,它将XML或注解中的SQL语句与Java对象进行映射。MyBatis使用动态SQL技术来构建SQL语句,从而提高了SQL语句的灵活性和可维护性。

2. 注解映射

注解映射允许开发者使用注解来定义SQL映射,提高了开发效率。开发者可以使用@Select@Insert@Update@Delete等注解来定义SQL映射。

3. 结果集映射

结果集映射将数据库中的数据映射到Java对象中。MyBatis提供了丰富的映射类型,如基本类型、复杂类型、集合类型等。

4. 关联查询

关联查询允许开发者定义复杂的SQL语句,实现多表查询。MyBatis支持多种关联查询方式,如嵌套查询、关联表查询等。

5. 动态SQL

动态SQL允许开发者根据条件动态构建SQL语句。MyBatis使用<if><choose><when><otherwise>等标签来实现动态SQL。

6. OGNL表达式

OGNL(Object-Graph Navigation Language)表达式允许开发者对Java对象进行动态操作。OGNL表达式可以用于动态构建SQL语句、设置参数值等。

7. 分支语句

分支语句允许开发者根据条件执行不同的SQL语句。MyBatis使用<if><choose><when><otherwise>等标签来实现分支语句。

8. 批量操作

批量操作允许开发者一次性执行多个SQL语句。MyBatis支持批量插入、批量更新、批量删除等操作。

9. 缓存机制

MyBatis提供了缓存机制,可以提高数据库访问效率。MyBatis的缓存机制包括一级缓存和二级缓存。

10. 一级缓存/二级缓存

一级缓存是SqlSession级别的缓存,二级缓存是Mapper级别的缓存。一级缓存用于缓存SqlSession范围内的数据,二级缓存用于缓存Mapper范围内的数据。

11. 自定义缓存

开发者可以自定义缓存实现,以满足特定需求。自定义缓存需要实现org.apache.ibatis.cache.Cache接口。

12. 代理模式

MyBatis使用代理模式来实现Mapper接口的动态代理。动态代理可以拦截对Mapper接口的调用,从而实现SQL映射、事务管理等功能。

13. MapperProxy

MapperProxy是MyBatis中用于实现Mapper接口动态代理的类。MapperProxy通过反射机制拦截对Mapper接口的调用,并执行相应的SQL映射操作。

14. 插件拦截

MyBatis允许开发者自定义插件,以实现拦截器功能。插件可以拦截MyBatis的执行过程,如查询、更新、删除等操作。

15. 动态代理执行流程

MyBatis使用动态代理技术来实现Mapper接口的代理。动态代理通过拦截对Mapper接口的调用,并执行相应的SQL映射操作。

16. SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心对象,它管理着数据库连接和事务。SqlSession的生命周期包括创建、使用和关闭。在创建SqlSession时,MyBatis会建立数据库连接并开启事务。在关闭SqlSession时,MyBatis会提交或回滚事务并关闭数据库连接。

17. 执行器类型

MyBatis提供了多种执行器类型,如简单执行器、批量执行器、缓存执行器等。执行器类型决定了MyBatis如何执行SQL语句。

18. 延迟加载

MyBatis支持延迟加载,可以减少数据库访问次数。延迟加载是指在需要时才加载数据,而不是在初始化时加载所有数据。

19. 扩展机制

MyBatis提供了丰富的扩展机制,如类型处理器、拦截器链、方言支持等。这些扩展机制可以增强MyBatis的功能和灵活性。

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Java程序员廖志伟

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