并发编程核心知识

📕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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并发编程知识体系

一、线程基础

并发编程的核心在于多线程的协同工作。线程是程序执行的最小单位，它是操作系统分配CPU时间的基本单元。以下是线程的一些基础知识：

• 线程生命周期：线程从创建到销毁，经历了多个状态，包括新建（New）、可运行（Runnable）、阻塞（Blocked）、等待（Waiting）、超时等待（Timed Waiting）和终止（Terminated）。在Java中，线程的生命周期管理通过Thread类及其子类实现，操作系统负责线程的调度和切换。

  • 新建状态：线程被创建但尚未启动。
  • 可运行状态：线程等待被CPU调度执行。
  • 阻塞状态：线程因为某些原因（如I/O操作）无法继续执行。
  • 等待状态：线程因为某些条件不满足而处于等待状态，直到条件满足。
  • 超时等待状态：线程在等待时设置了超时时间，超时后进入可运行状态。
  • 终止状态：线程执行完毕或被其他线程终止。

• 线程优先级：线程优先级决定了线程在资源竞争中的优先顺序，高优先级线程有更大的机会获取CPU资源。在Java中，线程优先级通过Thread类中的getPriority()和setPriority()方法进行设置，优先级范围从1（最低）到10（最高）。

• 守护线程：守护线程是服务其他线程的线程，当没有任何非守护线程运行时，守护线程也会被终止。在Java中，通过调用Thread的setDaemon(true)方法可以将线程设置为守护线程。

• 线程池：线程池是一组线程的集合，它减少了线程的创建和销毁的开销，提高了系统资源的利用率。线程池通常由Executor框架提供，包括ThreadPoolExecutor类。线程池的配置参数包括核心线程数、最大线程数、工作队列类型和拒绝策略等。

二、核心参数配置

线程池的配置参数对线程池的性能有重要影响，包括：

• 核心线程数：线程池维护的最少线程数，即使任务量很少，线程池也会维持这个数量的线程。
• 最大线程数：线程池可以维护的最大线程数，当任务量超过核心线程数时，线程池会创建新的线程来处理任务。
• 工作队列类型：存放任务的队列类型，如LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue等。工作队列的类型会影响线程池的性能，例如，LinkedBlockingQueue是无界队列，而ArrayBlockingQueue是有界队列。
• 拒绝策略：当任务数量超过最大线程数且队列已满时，任务的拒绝策略，如AbortPolicy（抛出异常）、CallerRunsPolicy（调用者运行）、DiscardPolicy（丢弃任务）等。

三、同步机制

为了确保多线程环境下数据的一致性和正确性，需要使用同步机制：

• 悲观锁：假设冲突将会发生，因此在操作数据前先加锁，如synchronized关键字。在Java中，synchronized关键字可以用于同步方法或同步块。

• 乐观锁：假设冲突不会发生，因此在操作数据后检查是否有冲突，如CAS操作。CAS操作是一种无锁算法，通过原子操作比较并交换内存中的值。

• 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。在Java中，读写锁可以通过ReentrantReadWriteLock实现。

• 条件变量：允许线程在某些条件满足时继续执行，如Object.wait()和Object.notify()。条件变量通常与synchronized关键字一起使用。

四、并发集合

为了在多线程环境中安全地使用集合，Java提供了多种并发集合类：

• ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap实现，通过分段锁（Segment Locking）技术实现线程安全。

• CopyOnWrite容器：在写操作时复制整个底层数组，读写分离。适用于读多写少的场景。

• BlockingQueue：支持阻塞操作的队列，如LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue等。BlockingQueue可以用于线程之间的通信。

五、并发工具类

Java提供了一些并发工具类，如：

• Phaser：用于协调多个线程的并发执行。Phaser类似于CyclicBarrier，但提供了更灵活的同步机制。

• Exchanger：允许两个线程在某个点上交换数据。Exchanger通常用于生产者-消费者模型。

• FutureTask：表示异步计算的结果。FutureTask可以用于获取异步任务的结果。

六、非阻塞算法

非阻塞算法在提高并发性能方面有着重要作用：

• CAS原理：比较并交换（Compare-And-Swap），用于实现无锁算法。CAS操作通常用于实现原子操作。

• Atomic类：提供原子操作的类，如AtomicInteger、AtomicLong等。Atomic类可以用于实现线程安全的计数器、标志位等。

• 无锁队列：基于CAS原理实现的线程安全队列。无锁队列可以提高并发性能，减少锁的开销。

七、并发框架

一些流行的并发框架包括：

• Netty线程模型：基于事件驱动的异步网络应用程序框架。Netty使用主从多线程模型，可以提高网络应用程序的性能。

• Akka Actor模型：基于actor模型实现的高性能并发框架。Akka Actor模型可以简化并发编程，提高系统可伸缩性。

• Disruptor环形缓冲区：用于实现高性能并发队列。Disruptor环形缓冲区可以提高并发性能，减少锁的开销。

MyBatis知识体系

一、SQL映射

MyBatis是一种流行的持久层框架，其核心是SQL映射：

• 注解映射：使用注解指定SQL语句和Java对象的映射关系。例如，@Select、@Insert、@Update、@Delete等注解可以用于定义SQL语句。

• 结果集映射：将查询结果映射到Java对象。MyBatis使用XML文件或注解来定义结果集映射关系。

• 关联查询：通过关联查询实现多表操作。MyBatis支持多种关联查询方式，如一对一、一对多、多对一等。

• 动态SQL：使用OGNL表达式或分支语句实现动态SQL。MyBatis的动态SQL功能可以简化SQL语句的编写。

二、缓存机制

MyBatis提供了缓存机制，包括：

• 一级缓存：SqlSession级别的缓存。一级缓存只对当前SqlSession有效。

• 二级缓存：namespace级别的缓存。二级缓存可以对多个SqlSession共享。

• 自定义缓存：自定义缓存实现。自定义缓存可以扩展MyBatis的缓存机制。

• 代理模式：通过代理模式实现缓存。MyBatis使用代理模式实现缓存，减少了对数据库的访问。

三、插件与拦截

MyBatis支持插件和拦截功能：

• MapperProxy：MyBatis的代理实现，用于拦截SQL执行过程。MapperProxy可以拦截SQL执行过程中的各种操作，如参数处理、结果处理等。

• 插件：通过插件可以自定义SQL执行的逻辑。MyBatis支持多种插件，如分页插件、日志插件等。

• 动态代理：使用动态代理实现插件和拦截。MyBatis使用动态代理技术实现插件和拦截。

• 执行流程：MyBatis的执行流程，包括解析SQL、参数处理、结果处理等。MyBatis的执行流程可以分为以下几个步骤：

  1. 创建SqlSession。
  2. 获取Mapper接口的代理对象。
  3. 执行SQL语句。
  4. 处理结果。
  5. 关闭SqlSession。

四、SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心接口，其生命周期包括：

• 创建：通过SqlSessionFactory创建SqlSession。SqlSessionFactory是MyBatis的核心接口，用于创建SqlSession。

• 使用：执行SQL语句、管理事务等。SqlSession可以执行SQL语句、管理事务、获取Mapper接口的代理对象等。

• 关闭：释放资源、提交或回滚事务、关闭连接。关闭SqlSession时，MyBatis会自动提交或回滚事务，并关闭数据库连接。

五、执行器与扩展

MyBatis提供了多种执行器：

• 执行器类型：如SimpleExecutor、BatchExecutor、ReuseExecutor等。不同类型的执行器具有不同的性能特点。

• 延迟加载：对于关联查询，MyBatis支持延迟加载。延迟加载可以减少数据库的访问压力，提高系统性能。

• 扩展机制：MyBatis支持自定义扩展，如类型处理器、拦截器链、方言支持等。自定义扩展可以扩展MyBatis的功能。

总结

并发编程和MyBatis是现代软件开发中不可或缺的技术。通过对这些知识点的学习和掌握，我们可以编写出高性能、高可靠性的应用程序。本文详细介绍了并发编程和MyBatis的核心知识，并进行了串联和举例，希望对您有所帮助。

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