📕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技术,它涉及到操作系统、编程语言和算法等多个层面的知识。以下是对并发编程知识体系的详细解析,旨在提供专业且通俗易懂的描述,并补充技术实现细节。
线程基础
线程是并发编程中最基本的执行单元,它是操作系统能够进行运算调度的最小单位。以下是线程基础的几个关键点:
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线程生命周期:线程的生命周期包括创建(new Thread)、就绪(Runnable)、运行(Running)、阻塞(Blocked)、等待(Waiting)、超时等待(Timed Waiting)、终止(Terminated)等状态转变。在Java中,线程的生命周期可以通过Thread类的方法进行管理,例如start()启动线程,run()定义线程的执行内容,sleep()使线程暂停执行。
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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,高优先级的线程更有可能获得CPU时间。在Java中,可以通过setPriority()方法设置线程的优先级,优先级范围从1(最低)到10(最高)。
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守护线程:守护线程是服务其他线程的线程,当没有非守护线程在运行时,守护线程会自动终止。在Java中,可以使用setDaemon(true)方法将线程设置为守护线程。
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线程池:线程池是一组预先创建的线程,用于执行多个任务。它管理线程的创建、回收和复用,提高性能。Java中,可以通过ExecutorService接口创建线程池,并使用submit()方法提交任务。
核心参数配置、拒绝策略、工作队列类型
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核心参数配置:线程池的核心参数包括核心线程数(minThreads)、最大线程数(maxThreads)、线程活跃时间(keepAliveTime)等。这些参数影响线程池的性能。例如,核心线程数决定了线程池在没有任务时维护的线程数量。
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拒绝策略:当线程池达到最大容量时,拒绝策略决定如何处理新任务。常见的策略有CallerRunsPolicy(调用者运行策略)、AbortPolicy(抛出异常策略)、DiscardPolicy(丢弃策略)等。CallerRunsPolicy允许任务在调用者线程中运行,而AbortPolicy会抛出RejectedExecutionException异常。
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工作队列类型:工作队列是存放待执行任务的队列,常见的有LinkedBlockingQueue(链表阻塞队列)、ArrayBlockingQueue(数组阻塞队列)等。LinkedBlockingQueue基于链表实现,而ArrayBlockingQueue基于数组实现,具有不同的性能特点。
同步机制
同步机制确保多个线程访问共享资源时不会相互干扰,以下是一些常见的同步机制:
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悲观锁/乐观锁:悲观锁假定冲突很可能会发生,因此在操作数据前先加锁;乐观锁则假定冲突很少发生,只在操作数据后检查是否有冲突。在Java中,可以使用synchronized关键字实现同步锁,或者使用ReentrantLock等高级锁。
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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。Java中,可以通过ReadWriteLock接口实现读写锁。
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条件变量:条件变量允许线程在某些条件下暂停执行,直到其他线程通知它们。在Java中,可以使用Object类的wait()、notify()和notifyAll()方法实现条件变量。
并发集合
并发集合是为了支持多线程环境下的集合操作而设计的,以下是一些常用的并发集合:
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ConcurrentHashMap:线程安全的HashMap实现,提供高效的并发访问。ConcurrentHashMap内部采用分段锁(Segment Locking)机制,将数据分为多个段,每个段有自己的锁。
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CopyOnWrite容器:当容器中有大量读操作、少量写操作时,CopyOnWrite容器是一个很好的选择。在写操作时,CopyOnWrite容器会创建一个新的副本,从而保证读操作的一致性。
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BlockingQueue:阻塞队列允许生产者和消费者线程在没有数据时等待,直到数据可用。在Java中,可以使用ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue等实现。
并发工具类
一些并发工具类提供了高级的并发操作支持:
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Phaser:用于协调多个线程的执行,类似于CyclicBarrier。Phaser允许线程在执行过程中注册阶段,并在每个阶段等待其他线程。
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Exchanger:允许两个线程交换数据。在Java中,可以使用Exchanger接口实现线程间的数据交换。
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FutureTask:表示异步计算的结果。FutureTask可以用来获取异步计算的结果,或者取消异步计算。
非阻塞算法
非阻塞算法允许线程在没有数据可用时立即释放CPU,以下是一些非阻塞算法:
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CAS原理:Compare-And-Swap,是一种无锁算法,用于更新变量的值。在Java中,可以使用Atomic类实现CAS操作。
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Atomic类:提供原子操作的类,如AtomicInteger、AtomicLong等。这些类通过内部机制保证操作的原子性。
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无锁队列:无锁队列允许多个线程并发访问,而无需同步。在Java中,可以使用ConcurrentLinkedQueue等实现。
并发框架
一些并发框架提供了高级的并发编程抽象:
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Netty线程模型:Netty使用主从多线程模型,提高了NIO服务器的性能。Netty中的BossGroup负责处理连接的建立,WorkerGroup负责处理读写操作。
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Akka Actor模型:Akka提供了一种基于Actor的并发编程模型,适合构建高并发、高可用性的系统。Actor是轻量级的线程,通过消息传递进行通信。
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Disruptor环形缓冲区:Disruptor使用环形缓冲区实现高效的并发数据流。Disruptor通过环形缓冲区和序列化机制,实现了高性能的并发数据流处理。
二、MyBatis知识体系
MyBatis是一个流行的持久层框架,它简化了数据库操作,并提供了丰富的功能。以下是对MyBatis知识体系的详细解析,并补充技术实现细节。
SQL映射
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注解映射:使用注解直接在Java接口或实体类上定义SQL映射。MyBatis提供了多种注解,如@Select、@Insert、@Update、@Delete等,用于定义SQL操作。
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结果集映射:定义SQL查询结果的映射关系,包括字段名、类型等。MyBatis使用XML文件或注解来实现结果集映射。
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关联查询映射:处理多表关联查询,定义一对一、一对多等关系。MyBatis通过嵌套查询或关联查询来实现多表关联。
动态SQL
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OGNL表达式:使用OGNL表达式动态构建SQL语句。OGNL是一种表达式语言,用于访问对象属性和执行运算。
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分支语句:根据条件动态选择不同的SQL片段。MyBatis使用 元素来实现分支语句。
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批量操作:支持批量插入、更新、删除等操作。MyBatis通过 元素实现批量操作。
缓存机制
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一级缓存:MyBatis在SqlSession级别提供一级缓存,用于缓存查询结果。一级缓存的作用域是SqlSession,当SqlSession关闭时,一级缓存也会被清空。
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二级缓存:MyBatis支持二级缓存,可以跨SqlSession持久化缓存数据。二级缓存的作用域是全局的,可以通过配置文件或注解来启用。
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自定义缓存:允许自定义缓存实现,适用于特殊场景。自定义缓存需要实现Cache接口,并重写相关方法。
代理模式
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MapperProxy:MyBatis使用代理模式动态生成Mapper接口的代理实现。当调用Mapper接口的方法时,MyBatis会拦截这些方法调用,并执行相应的SQL操作。
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插件:MyBatis插件可以拦截SQL执行过程,进行扩展。插件需要实现Interceptor接口,并重写intercept()方法。
动态代理执行流程
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SqlSession生命周期:SqlSession是MyBatis的核心接口,管理数据库会话。SqlSession的创建、使用和关闭过程遵循一定的生命周期。
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执行器类型:MyBatis提供多种执行器类型,如SimpleExecutor、BatchExecutor等。SimpleExecutor是单线程执行器,而BatchExecutor支持批量操作。
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延迟加载:MyBatis支持延迟加载关联对象。在查询主对象时,关联对象会被延迟加载,直到真正需要使用时才进行加载。
扩展机制
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类型处理器:MyBatis提供类型处理器,用于转换Java类型和数据库类型。类型处理器需要实现TypeHandler接口。
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拦截器链:MyBatis拦截器链允许拦截SQL执行过程,进行扩展。拦截器需要实现Interceptor接口。
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方言支持:MyBatis支持多种数据库方言,如MySQL、Oracle等。方言支持通过XML文件或注解来实现。
通过以上对并发编程和MyBatis知识体系的详细解析,我们可以看到这两个领域之间存在着紧密的联系。并发编程是构建高效、可扩展系统的基础,而MyBatis则提供了持久层的解决方案。在实际应用中,合理运用这两个领域的知识,可以构建出高性能、高可用的系统。
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