并发编程精讲

📕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，线程作为程序执行的最小单元，是构建复杂并发应用的基础。线程的创建、运行和终止是并发编程的核心。线程的生命周期被划分为六个状态，每个状态代表了线程在执行过程中可能经历的不同阶段。

线程生命周期

1. 新建（New）：线程对象被创建后，进入新建状态。此时线程尚未启动，也没有分配CPU资源。
2. 就绪（Runnable）：线程创建后，通过调用start()方法启动线程，使其进入就绪状态。就绪状态的线程等待被调度执行，等待系统分配CPU资源。
3. 运行（Running）：线程被调度并获得CPU资源后，进入运行状态。在运行状态下，线程将执行其任务。
4. 阻塞（Blocked）：线程因等待某些资源（如锁）而无法执行时，进入阻塞状态。在Java中，线程可以通过sleep()、wait()等方法进入阻塞状态。
5. 等待（Waiting）：线程调用wait()方法，主动放弃CPU资源，进入等待状态。此时线程不会占用CPU，直到其他线程调用notify()或notifyAll()方法唤醒它。
6. 超时等待（Timed Waiting）：线程调用wait(long timeout)或sleep(long millisecond)方法，并设置超时时间后，进入超时等待状态。超时时间过后，线程自动进入就绪状态。
7. 终止（Terminated）：线程执行完毕或被stop()方法强制终止后，进入终止状态。此时线程将释放所有资源，并从系统中消失。

线程优先级 线程优先级决定了线程在竞争CPU资源时的优先程度。Java线程优先级分为最低（MIN_PRIORITY）、较低（NORM_PRIORITY）、较高（MAX_PRIORITY）三个等级。优先级高的线程在调度时更有可能获得CPU资源。

守护线程 守护线程是一种特殊的线程，它为其他线程提供服务。当所有非守护线程结束时，程序会自动退出，即使守护线程仍在执行。在Java中，可以使用setDaemon(true)方法将线程设置为守护线程。

线程池 线程池是一种管理线程的机制，它可以重用已创建的线程，避免频繁创建和销毁线程的开销。线程池的核心参数配置包括核心线程数、最大线程数、存活时间、任务队列和拒绝策略。

拒绝策略 当线程池中的线程数量达到最大线程数时，新提交的任务将根据拒绝策略进行处理。常见的拒绝策略有：AbortPolicy（抛出异常）、CallerRunsPolicy（调用者运行）、DiscardPolicy（丢弃任务）、DiscardOldestPolicy（丢弃最旧任务）。

工作队列类型 线程池的工作队列用于存放等待执行的任务。常见的队列类型有：ArrayBlockingQueue（有界数组队列）、LinkedBlockingQueue（无界链表队列）、PriorityBlockingQueue（优先队列）和SynchronousQueue（同步队列）。

同步机制 同步机制确保多个线程在访问共享资源时不会发生冲突。常见的同步机制包括：

悲观锁/乐观锁 悲观锁假设在操作数据时会发生冲突，因此在操作数据前先加锁，直到操作完成再释放锁。乐观锁假设在操作数据时不会发生冲突，因此操作数据时不加锁，而是在操作后检查数据是否发生变化，如果发生变化则重新操作。

读写锁 读写锁允许多个读线程同时访问数据，但写线程访问数据时必须独占。读锁可以升级为写锁，但写锁不能降级为读锁。

条件变量 条件变量允许线程在等待某个条件成立时暂停执行，直到其他线程通知该条件成立。Java中的条件变量是Object类的wait()、notify()和notifyAll()方法。

并发集合 并发集合是专为并发编程设计的集合类，如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等。

CopyOnWrite容器 CopyOnWrite容器是一种线程安全的集合类，当有修改操作时，容器会创建一个新的副本进行修改，然后替换原容器。

BlockingQueue BlockingQueue是一个线程安全的队列，支持两个操作：put()和take()。put()方法用于添加元素，take()方法用于移除元素。

并发工具类 Phaser：Phaser是Java并发工具包中的一种协调工具，用于在多个线程之间同步，类似于CyclicBarrier。

Exchanger：Exchanger允许两个线程在某个节点上交换数据。

FutureTask：FutureTask表示异步计算的结果，提供了获取结果的接口。

非阻塞算法 非阻塞算法利用CAS（Compare-And-Swap）操作和Atomic类实现无锁编程。CAS操作比较内存中的值与预期值，如果相等则将内存中的值更新为新值。

CAS原理 CAS操作包括三个操作数：内存地址、预期值和新值。如果内存地址中的值等于预期值，则将内存地址中的值更新为新值。

Atomic类 Atomic类提供了一系列原子操作，如AtomicInteger、AtomicLong等。

无锁队列 无锁队列是利用CAS操作实现的线程安全队列，如ConcurrentLinkedQueue。

并发框架 Netty线程模型：Netty使用主从多线程模型，一个Boss线程负责接收连接，多个Worker线程负责处理业务。

Akka Actor模型：Akka使用Actor模型，每个Actor都是一个独立的线程，通过消息传递进行通信。

Disruptor环形缓冲区：Disruptor使用环形缓冲区实现高性能的并发编程，通过CAS操作保证线程安全。

二、MyBatis知识体系

SQL映射 SQL映射是MyBatis的核心功能，将Java对象映射到数据库表。在MyBatis中，可以使用XML映射文件或注解来定义SQL映射。

注解映射 MyBatis支持使用注解进行SQL映射，如@Select、@Insert、@Update、@Delete等。通过注解映射，可以简化SQL映射的编写，提高代码的可读性和可维护性。

结果集映射 结果集映射将数据库查询结果映射到Java对象。在MyBatis中，可以使用@Results、@Result等注解来实现结果集映射。

关联查询 关联查询用于处理一对多、多对多等复杂关系。在MyBatis中，可以使用@One、@Many等注解来实现关联查询。

动态SQL 动态SQL允许根据不同条件生成不同的SQL语句。在MyBatis中，可以使用@SelectProvider、@SqlProvider等注解来实现动态SQL。

OGNL表达式 OGNL表达式用于获取Java对象的属性值。在MyBatis中，可以使用#{}、${}等占位符来引用OGNL表达式。

分支语句 分支语句用于处理多个条件。在MyBatis中，可以使用if、choose、when等标签来实现分支语句。

批量操作 批量操作允许一次性执行多条SQL语句。在MyBatis中，可以使用@Batch、@Options等注解来实现批量操作。

缓存机制 MyBatis提供一级缓存和二级缓存机制，用于提高查询效率。

一级缓存 一级缓存是SqlSession级别的缓存，当同一个SqlSession查询相同数据时，直接从缓存中获取结果。一级缓存可以提高查询性能，但存在并发问题。

二级缓存 二级缓存是全局缓存，当同一个数据库中的不同SqlSession查询相同数据时，可以从缓存中获取结果。二级缓存可以解决一级缓存的问题，但需要额外的配置。

自定义缓存 自定义缓存允许用户自定义缓存实现。在MyBatis中，需要实现Cache接口来创建自定义缓存。

代理模式 MyBatis使用代理模式创建SqlSession和Mapper接口，提供动态代理功能。代理模式可以隐藏复杂的实现细节，提高代码的可读性和可维护性。

MapperProxy MapperProxy是MyBatis中用于创建Mapper接口动态代理的类。通过动态代理，Mapper接口可以无缝地集成到MyBatis框架中。

插件拦截 MyBatis支持使用插件拦截数据库操作，如查询、更新等。插件拦截可以实现自定义的数据库操作逻辑，提高代码的可扩展性。

动态代理执行流程 MyBatis使用动态代理创建Mapper接口，在执行方法时，代理对象拦截方法调用，执行SQL映射和缓存逻辑。

SqlSession生命周期 SqlSession是MyBatis的核心对象，用于执行数据库操作。SqlSession的生命周期包括创建、使用和关闭。

执行器类型 MyBatis提供多种执行器类型，如SimpleExecutor（简单执行器）、ReuseExecutor（重用执行器）、BatchExecutor（批量执行器）。

延迟加载 延迟加载用于按需加载对象属性，提高程序性能。在MyBatis中，可以使用@Lazy注解来实现延迟加载。

扩展机制 MyBatis提供扩展机制，允许用户自定义数据库方言、类型处理器、拦截器等。

类型处理器 类型处理器用于将数据库类型转换为Java类型。在MyBatis中，需要实现TypeHandler接口来创建类型处理器。

拦截器链 拦截器链允许用户自定义拦截器，拦截数据库操作，如实现Interceptor接口。

方言支持 MyBatis支持多种数据库方言，如MySQL、Oracle等。通过实现Dialect接口，可以扩展MyBatis对特定数据库的支持。

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