并发编程核心知识-优快云博客

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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）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

线程基础

并发编程是计算机科学中的一个重要领域，它涉及到多个线程的执行和协调。线程是程序中执行任务的基本单位，它可以看作是轻量级的进程，具有独立的堆栈空间，但共享进程的地址空间。

（1）线程生命周期：线程从创建（Create）、就绪（Ready）、运行（Running）、阻塞（Blocked）、等待（Waiting）到终止（Terminated），经历了多个阶段。线程的创建通常通过Thread类或ExecutorService等线程池实现。线程的阻塞和等待状态可以通过Object类的wait()、notify()和notifyAll()方法进行控制。

（2）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1到10共10个等级，优先级高的线程有更大的机会获得CPU时间。然而，线程优先级并不是绝对的，实际执行顺序还受调度算法的影响。

（3）守护线程：守护线程是一种特殊的线程，它始终在后台运行，不会阻塞主线程的执行。当所有非守护线程结束时，JVM会自动退出。守护线程通常用于执行一些不需要用户交互的任务，如垃圾回收。

（4）线程池：线程池是一种管理线程的机制，它可以提高应用程序的性能，减少线程创建和销毁的开销。线程池内部维护一个线程队列，当任务提交到线程池时，线程池会根据核心线程数、最大线程数和线程活跃时间等因素决定是否创建新线程。

核心参数配置

线程池的核心参数配置包括以下内容：

（1）核心线程数：线程池中维护的最小线程数，即使没有任务提交，这些线程也会一直存在。

（2）最大线程数：线程池中维护的最大线程数，当任务数量超过核心线程数时，线程池会创建新的线程来处理任务。

（3）线程活跃时间：线程池中空闲线程的存活时间，超过这个时间后，空闲线程会被回收。

（4）工作队列：存放等待执行任务的队列，通常使用LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue或SynchronousQueue等线程安全的队列实现。

（5）拒绝策略：当任务无法被线程池处理时，采用的拒绝策略。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）和DiscardOldestPolicy（丢弃最旧的任务）。

同步机制

同步机制是确保线程安全的重要手段，主要包括以下几种：

（1）悲观锁/乐观锁：悲观锁认为并发访问会导致数据不一致，需要锁定资源；乐观锁认为并发访问不会导致数据不一致，采用版本号或时间戳等技术进行检测。Java中的synchronized关键字和ReentrantLock类是实现悲观锁的常用方式，而CAS（Compare-And-Swap）操作是实现乐观锁的常用方式。

（2）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。Java中的ReentrantReadWriteLock类是实现读写锁的常用方式。

（3）条件变量：条件变量是一种线程间通信的方式，用于实现线程间的等待和通知。Java中的Condition接口提供了await()、signal()和signalAll()方法来实现条件变量。

并发集合

并发集合是专为并发环境设计的集合类，主要包括以下几种：

（1）ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap实现，内部采用分段锁（Segment Locking）机制，提高并发性能。

（2）CopyOnWrite容器：在写操作时复制整个容器，提高读操作的性能。适用于读多写少的场景，如CopyOnWriteArrayList。

（3）BlockingQueue：线程安全的队列实现，提供阻塞的入队和出队操作，常用于生产者-消费者模式。

并发工具类

并发工具类包括以下几种：

（1）Phaser：用于实现线程间的同步，类似于CyclicBarrier，但提供了更灵活的同步机制。

（2）Exchanger：用于在线程间交换数据，常用于生产者-消费者模式。

（3）FutureTask：用于异步执行任务，返回一个Future对象，可以用来获取异步执行的结果。

非阻塞算法

非阻塞算法是一种提高程序性能的方法，主要包括以下几种：

（1）CAS原理：Compare-And-Swap，用于实现无锁算法。CAS操作包含三个操作数：内存位置（V）、预期原值（A）和新值（B）。当内存位置的值与预期原值相同时，将该位置的值更新为新值。

（2）Atomic类：提供原子操作的工具类，如AtomicInteger、AtomicLong等，用于实现无锁算法。

（3）无锁队列：线程安全的无锁队列实现，如ConcurrentLinkedQueue。

并发框架

并发框架是提高并发编程效率的工具，主要包括以下几种：

（1）Netty线程模型：基于NIO的线程模型，适用于高并发场景。Netty通过EventLoopGroup和Channel等组件实现异步、事件驱动的网络通信。

（2）Akka Actor模型：基于Actor模型的并发框架，具有高可用性和可扩展性。Akka通过Actor系统实现消息传递和并发控制。

（3）Disruptor环形缓冲区：高性能的并发队列实现，通过环形缓冲区和无锁算法提高并发性能。

二、MyBatis知识体系

SQL映射

MyBatis是一款优秀的持久层框架，它通过XML或注解的方式将SQL映射到Java对象。

（1）注解映射：使用注解的方式将SQL映射到Java对象，如@Select、@Insert、@Update和@Delete等注解。

（2）结果集映射：将查询结果映射到Java对象，如<resultMap>标签定义映射关系。

（3）关联查询：处理多表关联查询，如使用<association>或<collection>标签进行嵌套查询。

动态SQL

动态SQL是MyBatis提供的一种强大的功能，可以根据不同的条件动态生成SQL语句。

（1）OGNL表达式：用于动态生成SQL条件，如<if test="name != null">。

（2）分支语句：根据不同的条件执行不同的SQL语句，如<choose>、<when>和<otherwise>标签。

（3）批量操作：批量插入、更新、删除操作，如使用<foreach>标签进行循环遍历。

缓存机制

MyBatis提供了一级缓存和二级缓存机制，提高查询性能。

（1）一级缓存：本地缓存，线程内部共享。当查询同一个SQL语句时，MyBatis会先检查一级缓存中是否有结果，如果有，则直接返回结果，否则执行查询并将结果存入一级缓存。

（2）二级缓存：分布式缓存，跨线程共享。MyBatis支持多种缓存实现，如Redis、Ehcache等。

（3）自定义缓存：自定义缓存实现，通过实现Cache接口来定义自己的缓存策略。

代理模式

MyBatis使用代理模式实现动态代理，降低开发成本。

（1）MapperProxy：MyBatis提供的动态代理实现，通过代理模式生成Mapper接口的代理对象。

（2）插件拦截：拦截SQL执行过程，实现自定义功能，如分页、日志等。

执行流程

MyBatis的执行流程包括以下步骤：

（1）初始化：加载配置文件，创建SqlSessionFactory。

（2）执行查询：创建SqlSession，执行查询，通过XML或注解的方式映射SQL到Java对象。

（3）执行更新：创建SqlSession，执行更新，通过XML或注解的方式映射SQL到Java对象。

（4）关闭资源：关闭SqlSession，释放资源。

执行器类型

MyBatis提供了多种执行器类型，适用于不同的场景。

（1）简单执行器：适用于简单查询，直接执行SQL语句。

（2）批量执行器：适用于批量操作，如批量插入、更新、删除。

（3）缓存执行器：适用于需要缓存查询结果的场景，如一级缓存和二级缓存。

延迟加载

MyBatis支持延迟加载，提高查询性能。

（1）懒加载：在需要时才加载关联数据，如使用<association>标签的fetchType="lazy"属性。

（2）Eager加载：在查询主数据时，立即加载关联数据，如使用<association>标签的fetchType="eager"属性。

扩展机制

MyBatis提供了丰富的扩展机制，包括以下几种：

（1）类型处理器：处理Java类型与数据库类型之间的转换，如TypeHandler接口。

（2）拦截器链：拦截SQL执行过程，实现自定义功能，如分页、日志等。

（3）方言支持：支持多种数据库方言，如MyBatis内置了多种数据库方言。

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