并发编程精髓

📕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

在计算机科学中，并发编程是处理多个任务同时执行的关键技术。以下是对并发编程知识体系的详细描述，旨在提供专业且通俗易懂的理解。

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。以下是线程的基础知识：

• 线程生命周期：线程的生命周期包括创建（Create）、就绪（Ready）、运行（Running）、阻塞（Blocked）、等待（Waiting）和终止（Terminated）六个阶段。在创建阶段，线程被创建并初始化；就绪阶段，线程等待CPU的调度；运行阶段，线程正在执行；阻塞阶段，线程由于某些原因（如I/O操作）无法继续执行；等待阶段，线程在等待某些条件成立；终止阶段，线程执行完毕或被强制终止。

• 线程优先级：线程优先级决定了线程在多线程环境中的调度顺序。操作系统通常提供优先级机制，允许线程根据优先级获得更多的CPU时间。线程优先级通常分为高、中、低三个等级，或者使用具体的数值表示。

• 守护线程：守护线程是一种在后台运行的线程，它不会阻止程序终止。当所有非守护线程结束时，程序将退出。守护线程通常用于执行后台任务，如垃圾回收器。

• 线程池：线程池是一组预先创建的线程，用于执行并管理多个任务。线程池可以减少线程创建和销毁的开销，提高系统性能。线程池通常包括以下几个核心组件：任务队列、工作线程、拒绝策略和线程工厂。

核心参数配置、拒绝策略、工作队列类型

• 核心参数配置：线程池的核心参数配置包括最大线程数、核心线程数、线程存活时间、线程队列类型等。这些参数直接影响线程池的性能和稳定性。例如，最大线程数决定了线程池可以同时处理的任务数量，核心线程数决定了线程池在空闲时保留的线程数量。

• 拒绝策略：当线程池的任务队列已满，且没有可用线程时，拒绝策略决定如何处理新任务。常见的拒绝策略包括：AbortPolicy（抛出异常）、CallerRunsPolicy（调用者运行）、DiscardPolicy（丢弃任务）、DiscardOldestPolicy（丢弃最旧任务）。

• 工作队列类型：工作队列决定了任务在池中的存储方式。常见的队列类型包括：LinkedBlockingQueue（链表阻塞队列）、ArrayBlockingQueue（数组阻塞队列）、SynchronousQueue（同步队列）等。

同步机制

同步机制确保了线程之间的安全交互，以下是一些常见的同步机制：

• 悲观锁/乐观锁：悲观锁假设并发冲突会发生，因此始终锁定资源。乐观锁则假设并发冲突很少发生，只在冲突发生时才进行锁定。悲观锁通常使用独占锁（如ReentrantLock）实现，乐观锁通常使用共享锁（如ReadWriteLock）实现。

• 读写锁：读写锁允许多个线程同时读取数据，但只允许一个线程写入数据。读写锁可以提高并发性能，适用于读多写少的场景。

• 条件变量：条件变量允许线程在某些条件下等待，直到条件满足时再继续执行。条件变量通常与锁结合使用，例如在ReentrantLock中，可以使用await()和signal()方法实现线程的等待和通知。

并发集合

• ConcurrentHashMap：ConcurrentHashMap是一种线程安全的HashMap实现，适用于高并发环境。它通过分段锁（Segment Lock）机制实现线程安全，将数据分为多个段，每个段有自己的锁，从而提高并发性能。

• CopyOnWrite容器：CopyOnWrite容器在写操作时复制整个容器，适用于读多写少的场景。它通过在写操作时创建一个新容器，并将旧容器中的数据复制到新容器中实现。

• BlockingQueue：BlockingQueue是一种线程安全的队列，适用于生产者-消费者模型。它允许生产者线程将任务放入队列，消费者线程从队列中取出任务进行处理。

并发工具类

• Phaser：Phaser是一种用于控制线程执行顺序的工具类。它允许线程在执行过程中等待其他线程到达某个点，然后一起继续执行。

• Exchanger：Exchanger是一种用于在线程之间交换数据的工具类。它允许两个线程在某个点交换数据，然后继续执行。

• FutureTask：FutureTask代表异步计算的结果。它允许调用者提交一个任务，并获取任务执行的结果。

非阻塞算法

• CAS原理：Compare-And-Swap（比较并交换）是一种非阻塞的并发算法。它通过原子操作比较内存中的值，并在条件满足时将值更新为新值。

• Atomic类：Atomic类提供原子操作的类，如AtomicInteger、AtomicLong等。它们使用CAS操作实现原子性，确保操作在多线程环境中的一致性。

• 无锁队列：无锁队列使用CAS原理实现线程安全，确保在多线程环境中对队列的操作是安全的。

并发框架

• Netty线程模型：Netty使用主从多线程模型，一个Boss线程负责接受连接，多个Worker线程负责处理读写操作。这种模型可以提高系统吞吐量和并发性能。

• Akka Actor模型：Akka基于Actor模型，每个Actor独立处理消息，适用于高并发场景。Actor模型可以简化并发编程，提高系统的可扩展性和容错性。

• Disruptor环形缓冲区：Disruptor使用环形缓冲区实现高效的并发数据交换。它通过环形缓冲区和序列化机制提高并发性能，适用于高并发场景。

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过程。以下是MyBatis知识体系的详细描述。

SQL映射

• 注解映射：MyBatis使用注解指定SQL映射关系，如@Select、@Insert等。这些注解可以简化SQL映射的编写，提高代码的可读性和可维护性。

• 结果集映射：MyBatis将查询结果映射到Java对象或Map。它通过XML配置文件或注解实现映射关系，将查询结果中的列名映射到Java对象的属性。

• 关联查询：MyBatis通过关联映射实现多表查询。它通过配置一对一、一对多、多对多等关联关系，实现复杂查询。

动态SQL

• OGNL表达式：MyBatis使用OGNL表达式进行动态SQL拼接。OGNL是一种表达式语言，可以方便地访问对象属性、执行条件判断等操作。

• 分支语句：MyBatis使用if-then-else等分支语句实现动态SQL。它可以根据条件动态地拼接SQL语句，提高SQL的灵活性。

• 批量操作：MyBatis支持批量插入、更新、删除等操作。它通过配置批量操作，提高数据库操作的效率。

缓存机制

• 一级缓存：SqlSession级别的缓存，用于缓存查询结果。当同一个SqlSession执行相同的查询时，可以直接从缓存中获取结果，提高查询效率。

• 二级缓存：全局缓存，适用于跨SqlSession的缓存。它通过配置实现跨SqlSession的缓存共享，提高缓存利用率。

• 自定义缓存：MyBatis支持自定义缓存实现，如Redis缓存。通过实现Cache接口，可以将缓存与MyBatis集成，提高缓存性能。

• 代理模式：MyBatis使用代理模式实现缓存机制。它通过代理Mapper接口，拦截SQL执行过程，实现缓存的添加、查询和删除。

MapperProxy插件拦截

• MapperProxy：MyBatis的内部代理类，用于拦截Mapper接口的方法调用。它通过动态代理技术实现Mapper接口的代理。

• 插件拦截：通过实现Interceptor接口，自定义插件拦截SQL执行过程。插件可以拦截SQL执行前、执行后、执行异常等事件，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Mapper接口的代理。它通过Cglib或JDK的Proxy类创建代理对象，拦截接口方法调用，实现插件的拦截。

SqlSession生命周期

• SqlSession：MyBatis的核心接口，用于执行SQL语句。它封装了JDBC操作，提供了一系列的方法，如selectOne、selectList、insert、update、delete等。

• 生命周期：SqlSession的生命周期包括创建、使用和销毁。在创建阶段，MyBatis创建SqlSession实例；在使用阶段，执行SQL语句；在销毁阶段，释放资源，关闭数据库连接。

执行器类型

• 执行器类型：MyBatis提供多种执行器类型，如SimpleExecutor、ReuseExecutor、BatchExecutor等。它们分别适用于不同的场景，如单条SQL执行、批量SQL执行等。

延迟加载扩展机制

• 延迟加载：MyBatis支持延迟加载关联数据，提高查询效率。在查询主表数据时，只加载主表数据，关联数据在需要时再加载。

• 扩展机制：通过实现Interceptor接口，自定义延迟加载策略。例如，可以根据业务需求，在查询关联数据时，使用缓存或懒加载等方式实现延迟加载。

类型处理器、拦截器链、方言支持

• 类型处理器：MyBatis的类型处理器用于处理类型转换，如Java类型到数据库类型的转换。它通过实现TypeHandler接口，实现类型转换的逻辑。

• 拦截器链：MyBatis的拦截器链允许拦截SQL执行过程，如分页拦截器、日志拦截器等。通过实现Interceptor接口，自定义拦截器，实现自定义逻辑。

• 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可以自动识别数据库类型，并使用相应的SQL语法。

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