并发编程核心技术解析

最新推荐文章于 2025-10-12 22:46:50 发布

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#Concurrent Programming # Multi-threading # Java

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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、线程基础、线程生命周期、线程优先级、守护线程、线程池、核心参数配置、拒绝策略、工作队列类型、同步机制、悲观锁/乐观锁、读写锁、条件变量、并发集合、ConcurrentHashMap、CopyOnWrite容器、BlockingQueue、并发工具类、Phaser、Exchanger、FutureTask、非阻塞算法、CAS原理、Atomic类、无锁队列、并发框架、Netty线程模型、Akka Actor模型、Disruptor环形缓冲区

并发编程是现代计算机科学中的一个重要领域，它涉及到多线程的执行、同步与通信。以下是对并发编程相关知识的详细描述，并补充其技术实现细节：

并发编程知识体系并发编程旨在提高程序的执行效率，通过利用多核处理器和并行计算资源，实现任务的并行执行。其知识体系包括线程基础、同步机制、并发工具类、并发框架等。具体实现上，需要了解操作系统层面的线程调度机制，如时间片轮转、优先级调度等，以及线程的创建、销毁、同步、通信等操作。
线程基础线程是程序执行的最小单位，是操作系统能够进行运算调度的最小单位。线程基础包括线程的创建、线程的终止、线程的同步与通信等。在Java中，可以通过Thread类或Runnable接口创建线程，通过start()方法启动线程，通过join()方法等待线程结束。
线程生命周期线程生命周期包括新建、就绪、运行、阻塞、终止等状态。线程在创建后进入新建状态，经过就绪状态进入运行状态，完成任务后进入终止状态。在操作系统层面，线程状态转换依赖于调度算法和线程之间的同步机制。
线程优先级线程优先级用于决定线程在调度器中的优先级。Java中，线程优先级分为最大、正常、最小三个等级，以及最高、最低两个特殊等级。线程优先级影响调度器的调度决策，但不是绝对的，实际执行顺序还受其他因素影响。
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。Java虚拟机保证在程序正常结束时，所有守护线程都将被终止。守护线程通常用于执行一些不需要用户交互的辅助任务，如垃圾回收器。
线程池线程池是一种管理线程的方式，它将一组线程组织起来，形成一个可复用的线程池。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、拒绝策略等。在Java中，可以使用Executors类创建线程池，并配置相关参数。
拒绝策略当线程池达到最大线程数时，新的任务将根据拒绝策略进行处理。常见的拒绝策略有AbortPolicy（抛出异常）、CallerRunsPolicy（调用者运行）、DiscardPolicy（丢弃）、DiscardOldestPolicy（丢弃最旧的）。拒绝策略的选择取决于具体应用场景。
工作队列类型工作队列用于存放线程池中的任务。常见的工作队列类型有LinkedBlockingQueue（链表）、ArrayBlockingQueue（数组）、PriorityBlockingQueue（优先级）等。工作队列的选择取决于任务的特点和线程池的调度策略。
同步机制同步机制用于保证线程在执行过程中的互斥与顺序。常见的同步机制有互斥锁（synchronized）、信号量（Semaphore）、读写锁（ReadWriteLock）等。这些机制通过原子操作和内存屏障技术实现线程间的同步。
悲观锁/乐观锁悲观锁和乐观锁是两种常见的并发控制策略。悲观锁假设并发访问会导致冲突，因此在访问共享资源时加锁；乐观锁则假设并发访问不会导致冲突，通过版本号或时间戳等方式检测冲突。悲观锁通常使用互斥锁实现，乐观锁可以使用CAS（Compare-And-Swap）算法实现。
读写锁读写锁是一种针对读多写少的场景设计的锁。它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，但实现复杂度较高。
条件变量条件变量是一种线程同步机制，它允许线程在满足特定条件时等待，直到条件成立时被唤醒。条件变量通常与互斥锁结合使用，实现线程间的协作。
并发集合并发集合是一组线程安全的集合，包括ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等。这些集合通过内部机制保证线程安全，如使用分段锁、循环等待队列等。
BlockingQueue BlockingQueue是一种线程安全的队列，支持线程间的阻塞操作。常见的阻塞队列有LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue等。BlockingQueue在实现线程间的数据交换和任务调度中发挥着重要作用。
并发工具类并发工具类提供了一系列的并发控制方法，如CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore等。这些工具类简化了并发编程，提高了开发效率。
Phaser Phaser是一种用于线程间协作的工具类，它可以实现线程间的等待、同步和中断等功能。Phaser在实现并行算法和任务分解中非常有用。
Exchanger Exchanger允许两个线程交换数据，它通常用于实现双缓冲机制。Exchanger在实现线程间的数据交换和同步中非常有用。
FutureTask FutureTask是一种用于异步执行任务的工具类，它可以获取任务执行的结果。FutureTask在实现异步编程和任务调度中非常有用。
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（Compare-And-Swap）算法。非阻塞算法可以提高并发性能，但实现复杂度较高。
CAS原理 CAS（Compare-And-Swap）算法是一种非阻塞算法，它通过原子操作来更新共享变量的值。CAS算法在实现乐观锁和并发集合中非常有用。
Atomic类 Atomic类提供了一系列的原子操作，如AtomicInteger、AtomicLong等。这些类在实现并发编程中的原子操作和线程安全数据结构中非常有用。
无锁队列无锁队列是一种不依赖于锁的并发队列，如ConcurrentLinkedQueue。无锁队列在实现高并发场景下的队列操作中非常有用。
并发框架并发框架是一组用于简化并发编程的工具和库，如Netty、Akka等。这些框架提供了丰富的并发编程组件和工具，简化了并发编程的开发过程。
Netty线程模型 Netty是一种高性能的NIO框架，其线程模型采用主从多线程模式，提高了并发处理能力。Netty的线程模型包括BossGroup和WorkerGroup，BossGroup负责处理连接请求，WorkerGroup负责处理业务逻辑。
Akka Actor模型 Akka是一种基于Actor模型的并发框架，它通过Actor实现线程间的通信和协作。Actor模型将并发编程中的问题分解为独立的Actor，通过消息传递实现Actor间的通信。
Disruptor环形缓冲区 Disruptor是一种高性能的并发队列，它采用环形缓冲区实现，具有低延迟和高吞吐量的特点。Disruptor在实现高并发场景下的队列操作中非常有用。

二、MyBatis知识体系、SQL映射、注解映射、结果集映射、关联查询、动态SQL、OGNL表达式、分支语句、批量操作、缓存机制、一级缓存、二级缓存、自定义缓存、代理模式、MapperProxy插件、拦截、动态代理执行流程、SqlSession生命周期、执行器类型、延迟加载、扩展机制、类型处理器、拦截器链、方言支持

MyBatis是一款优秀的持久层框架，它简化了数据库操作，提高了开发效率。以下是对MyBatis相关知识的详细描述，并补充其技术实现细节：

MyBatis知识体系 MyBatis知识体系包括SQL映射、注解映射、结果集映射、关联查询、动态SQL、缓存机制、插件、拦截、动态代理、SqlSession生命周期、执行器类型、延迟加载、扩展机制、类型处理器、拦截器链、方言支持等。
SQL映射 SQL映射是MyBatis的核心功能之一，它将XML文件中的SQL语句与Java代码进行绑定。SQL映射文件通常包含SQL语句、参数、返回值等信息。在实现上，MyBatis使用XML解析器解析SQL映射文件，并构建SQL语句执行计划。
注解映射注解映射是MyBatis提供的一种简化SQL映射的方式，它通过在Java接口或类上添加注解来实现。常见的注解有@Select、@Insert、@Update、@Delete等。在实现上，MyBatis使用反射机制解析注解，并构建相应的SQL语句执行计划。
结果集映射结果集映射用于将数据库查询结果映射到Java对象中。MyBatis提供了多种映射方式，如resultMap、@Results、@Result等。在实现上，MyBatis使用反射机制解析映射关系，并将查询结果填充到Java对象中。
关联查询关联查询用于实现多表之间的数据关联。MyBatis支持多种关联查询方式，如一对一、一对多、多对多等。在实现上，MyBatis使用嵌套查询或联合查询来实现关联查询。
动态SQL 动态SQL允许在运行时根据条件动态构建SQL语句。MyBatis提供了动态SQL标签，如、、等。在实现上，MyBatis使用OGNL表达式解析条件，并构建相应的SQL语句。
OGNL表达式 OGNL（Object-Graph Navigation Language）是一种表达式语言，用于访问和操作对象图。MyBatis支持OGNL表达式，以便在动态SQL中获取对象的属性值。在实现上，MyBatis使用OGNL解析器解析表达式，并获取对应的属性值。
分支语句分支语句用于实现SQL语句的条件分支。MyBatis提供了、、等标签来实现分支语句。在实现上，MyBatis使用OGNL表达式解析条件，并构建相应的SQL语句。
批量操作批量操作允许一次性执行多条SQL语句，提高数据库操作效率。MyBatis支持批量插入、批量更新、批量删除等操作。在实现上，MyBatis将多条SQL语句合并为一个批处理请求，并执行。
缓存机制 MyBatis提供了缓存机制，用于提高数据库查询性能。缓存分为一级缓存和二级缓存。在实现上，MyBatis使用HashMap实现一级缓存，使用Redis等分布式缓存实现二级缓存。
一级缓存一级缓存是SqlSession级别的缓存，用于缓存当前SqlSession查询到的数据。当同一个SqlSession再次查询相同的数据时，可以直接从缓存中获取，避免重复查询数据库。在实现上，MyBatis使用HashMap存储查询结果，并设置缓存过期策略。
二级缓存二级缓存是全局缓存，用于缓存整个应用程序查询到的数据。当不同SqlSession查询相同的数据时，可以从二级缓存中获取，避免重复查询数据库。在实现上，MyBatis使用Redis等分布式缓存实现二级缓存，并设置缓存过期策略和缓存淘汰机制。
自定义缓存 MyBatis允许用户自定义缓存实现，通过实现Cache接口来实现自己的缓存策略。在实现上，用户需要实现Cache接口中的方法，如get、put、evict等。
代理模式 MyBatis使用代理模式来封装数据库操作，提供统一的数据库访问接口。在实现上，MyBatis使用动态代理技术生成代理对象，拦截数据库操作，并执行相应的SQL语句。
MapperProxy插件 MapperProxy是MyBatis的代理实现，用于封装数据库操作。插件拦截器可以拦截MapperProxy的方法调用，实现自定义逻辑。在实现上，MyBatis使用JDK动态代理技术生成代理对象，并拦截方法调用。
拦截拦截器是MyBatis提供的一种扩展机制，用于在数据库操作过程中添加自定义逻辑。在实现上，MyBatis使用拦截器链，将拦截器按顺序执行，实现自定义逻辑。
动态代理执行流程 MyBatis使用动态代理技术实现数据库操作。当调用Mapper接口的方法时，动态代理会拦截方法调用，执行相应的SQL语句。在实现上，MyBatis使用JDK动态代理技术生成代理对象，并拦截方法调用。
SqlSession生命周期 SqlSession是MyBatis的核心对象，用于执行数据库操作。SqlSession的生命周期包括创建、使用、关闭等阶段。在实现上，MyBatis使用单例模式创建SqlSession对象，并管理其生命周期。
执行器类型 MyBatis提供了多种执行器类型，如SimpleExecutor、ReusingExecutor、BatchExecutor等，用于执行数据库操作。在实现上，MyBatis根据不同的执行器类型，选择不同的数据库操作策略。
延迟加载延迟加载是一种优化数据库操作的技术，它将关联查询的结果延迟加载，以提高查询性能。在实现上，MyBatis使用懒加载技术，在需要时才加载关联数据。
扩展机制 MyBatis提供了一系列的扩展机制，如插件、拦截器、类型处理器等，用于扩展框架功能。在实现上，MyBatis使用插件机制，允许用户自定义插件，并拦截数据库操作。
类型处理器类型处理器是MyBatis提供的一种扩展机制，用于将数据库数据类型转换为Java数据类型。在实现上，MyBatis使用类型处理器注册表，将数据库数据类型与Java数据类型进行映射。
拦截器链拦截器链是MyBatis提供的一种扩展机制，用于在数据库操作过程中添加自定义逻辑。在实现上，MyBatis使用拦截器链，将拦截器按顺序执行，实现自定义逻辑。
方言支持 MyBatis支持多种数据库方言，如MySQL、Oracle、SQL Server等，以适应不同数据库的特点。在实现上，MyBatis使用方言注册表，将不同数据库的SQL语句进行映射。

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Java程序员廖志伟

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