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。

Java程序员廖志伟

🌾阅读前,快速浏览目录和章节概览可帮助了解文章结构、内容和作者的重点。了解自己希望从中获得什么样的知识或经验是非常重要的。建议在阅读时做笔记、思考问题、自我提问,以加深理解和吸收知识。阅读结束后,反思和总结所学内容,并尝试应用到现实中,有助于深化理解和应用知识。与朋友或同事分享所读内容,讨论细节并获得反馈,也有助于加深对知识的理解和吸收。💡在这个美好的时刻,笔者不再啰嗦废话,现在毫不拖延地进入文章所要讨论的主题。接下来,我将为大家呈现正文内容。

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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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