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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一、并发编程知识体系

1. 线程基础

线程的底层实现机制因操作系统而异。在操作系统中，线程可以分为用户级线程和内核级线程。用户级线程由应用程序创建，而内核级线程由操作系统创建。线程的实现细节包括线程调度、上下文切换、线程同步等。

• 线程调度：操作系统通过线程调度算法来决定哪个线程执行。常见的调度算法有先来先服务（FCFS）、轮转（RR）、优先级调度等。
• 上下文切换：当操作系统切换线程执行时，需要保存当前线程的状态（如程序计数器、寄存器等），并加载下一个线程的状态，这个过程称为上下文切换。
• 线程同步：为了避免多个线程同时访问共享资源导致的数据不一致问题，需要使用同步机制。常见的同步机制包括互斥锁（Mutex）、条件变量、信号量（Semaphore）等。

2. 线程生命周期

线程的生命周期状态转换是并发编程中的重要概念。线程从创建到销毁，会经历多个状态，每个状态都有其特定的含义和转换条件。

• 新建（New）：线程对象创建后，尚未启动，此时线程不占用CPU资源。
• 可运行（Runnable）：线程已经被调度，等待CPU时间片，可以执行。
• 阻塞（Blocked）：线程因为某些原因（如等待锁、等待I/O操作等）无法执行。
• 等待（Waiting）：线程处于等待状态，直到某个条件成立或被其他线程唤醒。
• 终止（Terminated）：线程执行完毕或被强制终止。

3. 线程优先级、守护线程

线程优先级反映了线程在调度时的优先级。不同操作系统对线程优先级的支持不同。在Java中，线程优先级分为1到10共10个等级，数值越大，优先级越高。

守护线程（Daemon Thread）是一种特殊的线程，它服务于其他线程。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setDaemon(true)方法将线程设置为守护线程。

4. 线程池

线程池是一种管理线程的机制，它可以提高程序性能，降低资源消耗。线程池的核心实现包括：

• 核心线程数：线程池维护的最少线程数，用于处理常规任务。
• 最大线程数：线程池能够创建的最大线程数，当任务数量超过最大线程数时，新任务将等待或被拒绝。
• 工作队列：存储等待执行的线程任务，常见的队列类型有LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue等。
• 拒绝策略：当任务数量超过最大线程数时，如何处理新任务，常见的拒绝策略有AbortPolicy、CallerRunsPolicy等。

5. 同步机制

同步机制是并发编程中的关键技术，用于解决线程安全问题。

• 悲观锁/乐观锁：悲观锁假设并发操作会冲突，因此需要锁定资源，直到操作完成。乐观锁假设并发操作不会冲突，通过版本号或时间戳来检测冲突。
• 读写锁：读写锁允许多个线程同时读取数据，但只有一个线程可以写入数据。读写锁可以提高并发性能，特别是在读多写少的场景下。
• 条件变量：条件变量允许线程在等待某个条件成立时阻塞，直到条件成立或被其他线程唤醒。

6. 并发集合

并发集合是专门为并发环境设计的集合类，如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等。

• ConcurrentHashMap：基于分段锁（Segment Lock）实现，将数据分为多个段，每个段有自己的锁，从而提高并发性能。
• CopyOnWriteArrayList：在写操作时复制整个底层数组，从而保证线程安全。

7. 并发工具类

并发工具类提供了丰富的并发编程功能，如Phaser、Exchanger、FutureTask等。

• Phaser：用于线程间协调，支持多个线程的到达点。
• Exchanger：用于线程间交换数据，支持两个线程之间的数据交换。
• FutureTask：用于异步计算，返回Future对象，可以获取异步计算的结果。

8. 非阻塞算法

非阻塞算法是一种避免使用锁的并发编程技术，可以提高并发性能。

• CAS原理：Compare-And-Swap，比较并交换，用于实现无锁编程。
• Atomic类：提供原子操作的类，如AtomicInteger、AtomicLong等。
• 无锁队列：线程安全的队列，不使用锁，如ConcurrentLinkedQueue。

9. 并发框架

并发框架提供了高级的并发编程抽象，如Netty、Akka、Disruptor等。

• Netty线程模型：使用主从多线程模型，主线程负责接收请求，从线程负责处理请求。
• Akka Actor模型：基于actor模型的消息传递，actor之间通过消息进行通信。
• Disruptor环形缓冲区：高效的并发队列，通过环形缓冲区实现无锁并发。

二、MyBatis知识体系

1. SQL映射

MyBatis将SQL映射到Java对象，主要包括注解映射、结果集映射和关联查询。

• 注解映射：使用@Select、@Insert等注解将SQL映射到Java对象的方法上。
• 结果集映射：将数据库字段映射到Java对象属性，可以通过XML配置或注解实现。
• 关联查询：处理多表关系，可以通过@One、@Many等注解实现。

2. 动态SQL

动态SQL允许根据条件动态拼接SQL语句。

• OGNL表达式：用于动态拼接SQL语句，支持各种表达式操作。
• 分支语句：根据条件执行不同的SQL语句，如<if>、<choose>等。
• 批量操作：执行多条SQL语句，如<foreach>。

3. 缓存机制

MyBatis提供缓存机制，包括一级缓存和二级缓存。

• 一级缓存：SqlSession级别的缓存，缓存当前SqlSession的查询结果。
• 二级缓存：Mapper级别的缓存，缓存同一个Mapper的查询结果。

4. 代理模式

MyBatis使用代理模式实现Mapper接口，包括MapperProxy和插件拦截。

• MapperProxy：代理Mapper接口，拦截SQL执行过程。
• 插件拦截：拦截SQL执行过程，可以对SQL进行修改或增强。

5. SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心对象，其生命周期包括创建、使用和关闭。

• 创建：通过SqlSessionFactory创建SqlSession。
• 使用：执行数据库操作，如查询、更新等。
• 关闭：释放资源，如关闭数据库连接。

6. 执行器类型

MyBatis提供多种执行器类型，包括SimpleExecutor、ReuseExecutor和BatchExecutor。

• SimpleExecutor：简单执行器，每次执行SQL都创建新的预处理语句。
• ReuseExecutor：重用预处理语句执行器，可以提高性能。
• BatchExecutor：批量执行器，可以减少数据库访问次数，提高性能。

7. 延迟加载

MyBatis支持延迟加载，包括懒加载和按需加载。

• 懒加载：在需要时加载关联对象，可以提高性能。
• 按需加载：根据需要加载关联对象，可以减少不必要的加载。

8. 扩展机制

MyBatis提供扩展机制，包括类型处理器、拦截器链和方言支持。

• 类型处理器：处理数据类型转换，如日期类型转换。
• 拦截器链：拦截SQL执行过程，可以对SQL进行修改或增强。
• 方言支持：支持不同的数据库方言，如MySQL、Oracle等。

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