并发编程精要-优快云博客

📕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

在并发编程中，线程是程序执行的最小单元，它允许操作系统在同一时间处理多个任务。线程的基础操作包括创建、调度和同步。

线程生命周期

线程的生命周期是线程从创建到销毁的整个过程，它包括以下六个状态：

新建（New）：线程对象被创建后，进入新建状态。
就绪（Runnable）：线程被创建后，需要等待CPU时间片，进入就绪状态。
运行（Running）：线程获得CPU时间片，开始执行。
阻塞（Blocked）：线程因为某些原因（如等待资源）无法继续执行，进入阻塞状态。
等待（Waiting）：线程主动放弃CPU时间片，进入等待状态，直到被唤醒。
超时等待（Timed Waiting）：线程在等待状态中设置超时时间，超过这个时间后自动唤醒。
终止（Terminated）：线程执行完毕或被强制终止，进入终止状态。

线程优先级

线程优先级决定了线程在CPU上的调度顺序。在Java中，线程优先级分为1到10级，优先级越高，CPU调度概率越大。线程优先级是一个相对值，具体调度策略由JVM实现。

守护线程

守护线程是服务其他线程的线程。当所有非守护线程结束时，守护线程也会自动结束。在Java中，可以通过调用Thread.setDaemon(true)将线程设置为守护线程。

线程池

线程池是一种复用线程的技术，可以提高程序的性能。线程池的核心参数配置包括：

核心线程数：线程池中始终存在的线程数量。
最大线程数：线程池允许的最大线程数量。
线程存活时间：线程空闲时间超过这个值时，将被回收。
工作队列：存放等待执行的任务的队列。
拒绝策略：当线程池无法处理新任务时的行为。

拒绝策略

拒绝策略决定了当线程池无法处理新任务时的行为。常见的拒绝策略有：

AbortPolicy（抛出异常）：线程池拒绝任务时，抛出RejectedExecutionException异常。
CallerRunsPolicy（调用者运行）：线程池拒绝任务时，将任务交还给调用者线程执行。
DiscardPolicy（丢弃任务）：线程池拒绝任务时，直接丢弃任务。
DiscardOldestPolicy（丢弃最旧任务）：线程池拒绝任务时，丢弃队列中最旧的任务。

工作队列类型

工作队列用于存放等待执行的任务。常见的工作队列类型有：

LinkedBlockingQueue：基于链表的阻塞队列，支持无限大小的队列。
ArrayBlockingQueue：基于数组的阻塞队列，支持固定大小的队列。
SynchronousQueue：同步队列，不存储元素，生产者和消费者线程必须同步。

同步机制

同步机制包括悲观锁和乐观锁、读写锁、条件变量和并发集合。

悲观锁/乐观锁

悲观锁和乐观锁是处理并发问题的两种策略。悲观锁认为冲突一定会发生，因此在操作数据时加锁；乐观锁认为冲突很少发生，因此在操作数据时使用版本号或时间戳等机制。

读写锁

读写锁允许多个读线程同时访问数据，但只允许一个写线程访问数据。在Java中，可以使用ReentrantReadWriteLock实现读写锁。

条件变量

条件变量是线程间的通信机制。当一个线程在等待某个条件时，其他线程可以改变这个条件，唤醒等待线程。在Java中，可以使用Object的wait()、notify()和notifyAll()方法实现条件变量。

并发集合

并发集合是为了提高并发程序性能而设计的集合类，如ConcurrentHashMap。

ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap是Java中常用的线程安全集合，它采用分段锁技术，提高并发访问效率。在ConcurrentHashMap中，数据被分成多个段，每个段有自己的锁，这样多个线程可以同时访问不同的段。

CopyOnWrite容器

CopyOnWrite容器在写操作时，会创建当前元素的副本，避免了读写冲突。在Java中，可以使用CopyOnWriteArrayList实现CopyOnWrite容器。

BlockingQueue

BlockingQueue是一种线程安全的队列，支持阻塞操作，如put和take。在Java中，可以使用ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue和PriorityBlockingQueue等实现BlockingQueue。

并发工具类

并发工具类包括Phaser、Exchanger和FutureTask。

Phaser

Phaser是一种线程同步机制，用于控制线程的执行顺序。Phaser允许线程在执行过程中加入或退出，并且可以控制线程的执行顺序。

Exchanger

Exchanger是一种线程间交换数据的机制。两个线程在交换点相遇，交换数据后继续执行。

FutureTask

FutureTask是Java中实现异步执行任务的工具类。FutureTask可以获取异步执行的结果，并且可以取消任务。

非阻塞算法

非阻塞算法利用CAS（Compare and Swap）原理实现线程安全，如Atomic类和无锁队列。

CAS原理

CAS是一种原子操作，用于在多线程环境中实现无锁编程。CAS操作包括三个操作数：内存位置V、预期值A和新值B。当内存位置V的值与预期值A相同时，将内存位置V的值修改为新值B，否则不做任何操作。

Atomic类

Atomic类提供了一系列的原子操作，如AtomicInteger、AtomicLong等。这些类可以保证在多线程环境中对共享数据的操作是原子的。

无锁队列

无锁队列利用CAS原理实现线程安全，如ConcurrentLinkedQueue。无锁队列不需要锁机制，可以提高并发性能。

并发框架

并发框架包括Netty线程模型、Akka Actor模型和Disruptor环形缓冲区。

Netty线程模型

Netty采用主从多线程模型，提高网络应用性能。主线程负责接收客户端连接，从线程负责处理业务逻辑。

Akka Actor模型

Akka Actor模型是一种基于消息传递的并发模型，具有良好的伸缩性和容错性。在Akka中，每个Actor都是一个消息处理器，可以独立运行。

Disruptor环形缓冲区

Disruptor环形缓冲区是一种高性能的并发队列，用于处理高并发场景。Disruptor环形缓冲区通过环形数组存储数据，并使用CAS操作实现线程安全。

二、MyBatis知识体系

SQL映射

SQL映射是MyBatis的核心功能，将Java对象与数据库表进行映射。在MyBatis中，可以使用XML配置或注解进行SQL映射。

注解映射

MyBatis支持使用注解进行SQL映射，提高开发效率。例如，可以使用@Select、@Insert、@Update和@Delete等注解定义SQL语句。

结果集映射

结果集映射用于将查询结果映射到Java对象。在MyBatis中，可以使用元素定义结果集映射。

关联查询

关联查询用于处理多表关联查询，实现复杂业务逻辑。在MyBatis中，可以使用和元素定义关联查询。

动态SQL

动态SQL支持根据条件动态拼接SQL语句，提高SQL语句的复用性。在MyBatis中，可以使用、、和等元素实现动态SQL。

OGNL表达式

OGNL表达式是一种表达式语言，用于实现动态SQL。OGNL表达式可以访问对象的属性、调用方法、执行逻辑运算等。

分支语句

分支语句支持根据条件执行不同的SQL语句。在MyBatis中，可以使用、、和等元素实现分支语句。

批量操作

批量操作支持一次性执行多条SQL语句，提高数据库操作效率。在MyBatis中，可以使用元素实现批量操作。

缓存机制

缓存机制可以提高查询性能，减少数据库访问次数。在MyBatis中，可以使用一级缓存、二级缓存和自定义缓存。

一级缓存

一级缓存是MyBatis内部的缓存，用于存储最近执行的SQL查询结果。一级缓存默认开启，但可以通过设置mybatis.config.xml中的元素的属性关闭。

二级缓存

二级缓存是应用级别的缓存，用于存储跨SqlSession的查询结果。二级缓存需要手动开启，并配置相应的缓存实现类。

自定义缓存

自定义缓存支持根据业务需求自定义缓存策略。在MyBatis中，可以通过实现Cache接口自定义缓存。

代理模式

代理模式用于实现延迟加载和动态代理，提高性能。在MyBatis中，可以使用MapperProxy实现动态代理。

MapperProxy

MapperProxy是MyBatis中的动态代理，用于代理Mapper接口。当调用Mapper接口的方法时，MapperProxy会根据XML配置或注解生成相应的SQL语句，并执行数据库操作。

插件拦截

插件拦截是MyBatis的一种扩展机制，可以拦截SQL执行过程，实现自定义功能。在MyBatis中，可以通过实现Interceptor接口自定义插件。

动态代理执行流程

动态代理执行流程包括代理对象的创建、方法调用和目标对象的执行。当调用代理对象的方法时，动态代理会根据XML配置或注解生成相应的SQL语句，并执行数据库操作。

SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心对象，负责数据库操作。SqlSession的生命周期包括以下阶段：

创建SqlSession：通过SqlSessionFactory创建SqlSession。
执行数据库操作：使用SqlSession执行数据库操作。
关闭SqlSession：关闭SqlSession，释放资源。

执行器类型

MyBatis支持多种执行器类型，如SimpleExecutor和ReuseExecutor。

延迟加载

延迟加载是一种优化性能的技术，在需要时才加载对象。在MyBatis中，可以使用和元素的属性实现延迟加载。

扩展机制

MyBatis提供了一系列扩展机制，如类型处理器和拦截器链。

类型处理器

类型处理器用于处理Java类型与数据库类型的映射。在MyBatis中，可以通过实现TypeHandler接口自定义类型处理器。

拦截器链

拦截器链用于拦截SQL执行过程，实现自定义功能。在MyBatis中，可以通过实现Interceptor接口自定义拦截器。

方言支持

方言支持允许根据不同的数据库类型使用不同的SQL语法。在MyBatis中，可以通过实现Dialect接口自定义方言。

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