并发编程解析

原创于 2025-08-04 12:46:18 发布 · 759 阅读

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#Concurrent Programming # Java # Database Management

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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。

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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、并发编程知识体系解析

并发编程是现代计算机科学中一个至关重要的领域，它涉及了多线程、多任务处理以及同步与并发控制等核心概念。以下是对并发编程知识体系的详细解析，旨在深入浅出地阐述相关知识点，并补充其技术实现细节。

线程基础

线程是并发编程的基本单位，是操作系统能够进行运算调度的最小单位。线程具有以下基本特性：

并发性：在操作系统中，通过上下文切换，使得多个线程在同一时间段内执行，从而实现并发执行。
共享性：线程可以访问和操作同一内存空间中的数据，共享资源。
独立性：线程是独立的，每个线程都有自己的执行路径，线程间的切换由操作系统的调度器来管理。

线程生命周期

线程从创建到销毁经历了几个不同的状态，包括：

新建（New）：线程对象被创建，尚未启动。
就绪（Runnable）：线程已准备好执行，等待CPU调度。
运行（Running）：线程正在CPU上执行。
阻塞（Blocked）：线程因等待某个资源而无法继续执行。
等待（Waiting）：线程在等待某个条件成立，如对象锁。
超时等待（Timed Waiting）：线程在等待特定时间后自动唤醒。
终止（Terminated）：线程执行结束。

线程优先级

线程优先级决定了线程在调度时的优先级顺序。在Java中，线程优先级分为1到10级，数值越大，优先级越高。线程优先级只是建议性的，最终由操作系统的调度器决定。

守护线程

守护线程是一种特殊的线程，它不会阻塞程序终止。当所有的非守护线程结束时，程序将退出。守护线程通常用于执行一些不需要关注返回结果的任务，如垃圾回收。

线程池

线程池是一组预先创建的线程，用于执行多个任务。线程池管理了线程的创建、回收和复用，提高了资源利用率和性能。线程池的实现通常包括以下几个核心参数：

核心线程数：线程池维护的基本线程数量，即使没有任务也会一直存在。
最大线程数：线程池能容纳的最大线程数，当任务过多时，会创建新的线程。
队列：用于存放等待执行的任务，可以是阻塞队列或非阻塞队列。
拒绝策略：当任务太多无法处理时，如何拒绝新任务，如AbortPolicy、CallerRunsPolicy等。

核心参数配置

线程池的核心参数配置需要根据实际应用场景进行调整，以下是一些配置建议：

核心线程数和最大线程数：根据CPU核心数和任务类型进行调整，避免频繁创建和销毁线程。
队列：选择合适的队列类型，如LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue等。
拒绝策略：根据实际需求选择合适的拒绝策略，如AbortPolicy、CallerRunsPolicy等。

拒绝策略

拒绝策略包括：

AbortPolicy：抛出RejectedExecutionException异常，直接拒绝任务。
CallerRunsPolicy：调用任务的线程来执行该任务，避免拒绝任务。
DiscardPolicy：直接丢弃任务，不进行任何处理。
DiscardOldestPolicy：丢弃队列最久的任务，为新任务腾出空间。

工作队列类型

工作队列类型包括：

LinkedBlockingQueue：线程安全的无界队列，适用于任务数量不确定的场景。
ArrayBlockingQueue：线程安全的有限队列，适用于任务数量有限的场景。
PriorityBlockingQueue：线程安全的优先队列，按照任务优先级进行调度。

同步机制

同步机制用于解决线程间的资源共享冲突问题，包括：

悲观锁/乐观锁

悲观锁：假设数据冲突一定会发生，在操作数据前先加锁，如synchronized关键字、ReentrantLock等。
乐观锁：假设数据冲突不会发生，通过版本号或时间戳来检测冲突，如CAS操作、乐观锁框架等。

读写锁

读写锁：允许多个线程同时读取数据，但写入数据时需要独占锁，如ReentrantReadWriteLock等。

条件变量

条件变量允许线程在某些条件不满足时挂起，直到条件成立，如Object.wait()、Object.notify()等。

并发集合

Java提供了多种并发集合，如：

ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap实现，基于分段锁机制，提高了并发性能。
CopyOnWriteArrayList：线程安全的列表实现，适用于读多写少场景，通过复制整个底层数组来实现线程安全。

并发工具类

Phaser：用于线程间同步的机制，通过协调线程的执行顺序来实现并发控制。
Exchanger：允许两个线程交换数据，如线程池中的任务窃取策略。
FutureTask：异步执行结果的Future接口实现，用于获取异步执行的结果。

非阻塞算法

非阻塞算法包括：

CAS（Compare-And-Swap）：原子操作，用于无锁编程，如AtomicInteger、AtomicLong等。
Atomic类：提供原子操作的类，如AtomicInteger、AtomicLong等。

无锁队列

无锁队列如LinkedBlockingQueue，提供线程安全的非阻塞队列操作，如put、take等。

并发框架

Netty：高性能的NIO客户端/服务器框架，基于事件驱动模型，适用于高并发场景。
Akka：基于Actor模型的并发框架，通过消息传递来实现并发控制。
Disruptor：高性能的环形缓冲区实现，适用于高并发场景，如生产者-消费者模型。

二、MyBatis知识体系详解

MyBatis是一个优秀的持久层框架，它对JDBC进行了封装，简化了数据库操作。以下是对MyBatis知识体系的详细解析，并补充其技术实现细节。

SQL映射

SQL映射是MyBatis的核心，它将Java对象与SQL语句进行映射。

注解映射

MyBatis支持使用注解来映射SQL语句，如@Select、@Insert、@Update、@Delete等。这些注解可以放在接口方法或类字段上，MyBatis会根据注解自动生成相应的SQL语句。

结果集映射

结果集映射用于将数据库查询结果映射到Java对象。MyBatis使用OGNL表达式来访问对象的属性，并将结果集中的数据映射到对应的Java对象属性。

关联查询

关联查询用于处理多表之间的关系，如一对多、多对多。MyBatis支持级联查询和嵌套查询两种方式来实现关联查询。

动态SQL

动态SQL允许根据条件动态生成SQL语句。MyBatis使用、、等标签来实现动态SQL。

OGNL表达式

OGNL（Object-Graph Navigation Language）表达式用于在MyBatis中访问对象属性。OGNL表达式可以访问对象的属性、方法、静态字段等。

分支语句

分支语句用于处理多条件查询。MyBatis使用、、、等标签来实现分支语句。

批量操作

批量操作可以一次性执行多条SQL语句。MyBatis支持批量插入、批量更新等操作。

缓存机制

MyBatis提供了两种缓存机制：

一级缓存：SqlSession级别的缓存，用于缓存当前SqlSession中的数据。
二级缓存：全局缓存，用于缓存整个应用程序中的数据。

自定义缓存

MyBatis允许自定义缓存实现。自定义缓存需要实现Cache接口，并在配置文件中进行配置。

代理模式

MyBatis使用代理模式实现Mapper接口。在MyBatis启动时，会动态生成代理类，代理类实现了Mapper接口，并负责执行SQL语句。

MapperProxy

MapperProxy是MyBatis中用于实现Mapper接口的代理类。它使用Java的动态代理技术，在运行时生成代理对象，并拦截对Mapper接口的调用。

插件拦截

MyBatis插件可以拦截SQL执行过程。通过实现Interceptor接口，可以自定义拦截逻辑，如SQL日志、性能分析等。

动态代理执行流程

MyBatis使用动态代理技术实现Mapper接口。在启动时，会根据Mapper接口生成代理类，并在代理类中实现SQL执行逻辑。

SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的会话接口，它管理着数据库连接和事务。SqlSession的生命周期从创建到销毁包括以下几个阶段：

创建：通过SqlSessionFactory创建SqlSession。
使用：执行SQL语句、管理事务。
关闭：关闭SqlSession，释放资源。

执行器类型

MyBatis提供了多种执行器类型，如SimpleExecutor、ReuseExecutor等。不同的执行器类型有不同的特点，适用于不同的场景。

延迟加载

延迟加载用于按需加载关联数据。在查询主表数据时，不会立即加载关联数据，而是等待真正需要时才进行加载。

类型处理器

类型处理器用于处理Java类型与数据库类型之间的转换。MyBatis提供了多种类型处理器，如StringHandler、IntegerHandler等。

拦截器链

拦截器链用于拦截SQL执行过程。MyBatis提供了多种拦截器，如ExecutorTypeInterceptor、ParameterHandlerInterceptor等。

方言支持

MyBatis支持多种数据库方言，如MySQL、Oracle等。通过配置方言，MyBatis可以自动选择相应的数据库驱动和SQL语法。

总结

并发编程和MyBatis是现代软件开发中不可或缺的技术。通过深入理解并发编程的知识体系，我们可以更好地处理多线程、多任务问题，提高程序性能。而MyBatis则为我们提供了便捷的数据库操作方式，简化了持久层开发。掌握这两项技术，将使我们在软件开发的道路上更加得心应手。

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