并发编程知识精粹

📕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

线程生命周期： 线程的生命周期管理是并发编程的核心之一。在Java中，线程的生命周期由Thread类控制，其状态变化可以通过Thread类中的方法来查询和改变。线程从创建到销毁的过程可以分为以下几个阶段：

• 新建（New）：线程对象被创建后，处于新建状态，此时线程尚未启动。
• 就绪（Runnable）：线程调用start()方法后进入就绪状态，此时线程已经被系统加载到就绪队列中，等待被调度执行。
• 运行（Running）：线程从就绪队列中被调度到CPU上执行，进入运行状态。
• 阻塞（Blocked）：线程因为某些原因（如等待某个锁、I/O操作等）无法继续执行，进入阻塞状态。
• 等待（Waiting）：线程处于等待状态，它需要其他线程或条件变量来唤醒它。
• 超时等待（Timed Waiting）：线程在等待一段时间后仍未被唤醒，进入超时等待状态，与等待状态类似，但超时等待有一个固定的时间限制。
• 终止（Terminated）：线程执行完毕或被终止后进入终止状态。

线程优先级： 线程优先级是线程调度的一个重要因素，它表示线程获得CPU时间片的优先级。Java中的线程优先级分为10个等级，数值越高，优先级越高。线程优先级可以通过setPriority(int newPriority)方法来设置。然而，线程优先级只是建议性的，最终线程的调度还是由操作系统决定。

守护线程： 守护线程（Daemon Thread）是一种特殊的线程，它被用来为其他非守护线程提供服务。当所有的非守护线程结束时，程序将退出，即使守护线程仍在执行，程序也会正常结束。Java中的守护线程可以通过调用setDaemon(true)方法来设置。

线程池： 线程池是一种复用线程的机制，它可以提高程序的性能，减少创建和销毁线程的开销。Java中的线程池通过Executor框架来实现，主要包括以下几个核心参数：

• 核心线程数（Core Pool Size）：线程池中的核心线程数，即使空闲也会保持在线程池中。
• 最大线程数（Maximum Pool Size）：线程池中允许的最大线程数。
• 存活时间（KeepAlive Time）：空闲线程的存活时间，超过这个时间，空闲线程将被终止。
• 排队策略（Queue）：工作队列的类型，如LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue等。

拒绝策略： 当线程池中的线程数量达到最大值时，拒绝策略决定了如何处理新任务。常见的拒绝策略包括：

• AbortPolicy：抛出RejectedExecutionException异常。
• CallerRunsPolicy：调用者运行，将任务回退给调用者线程。
• DiscardPolicy：丢弃任务，不抛出异常。
• DiscardOldestPolicy：丢弃最旧的任务，不抛出异常。

同步机制

悲观锁/乐观锁： 悲观锁和乐观锁是两种不同的并发控制机制。悲观锁假设冲突会发生，因此总是先加锁；乐观锁则假设冲突不会发生，通过版本号或时间戳来检测冲突。Java中的乐观锁实现通常依赖于原子类，如AtomicInteger、AtomicLong等。

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中的读写锁实现可以使用ReentrantReadWriteLock类。

条件变量： 条件变量允许线程在某些条件下等待，直到其他线程通知它们继续执行。Java中的条件变量可以使用Object类的wait()、notify()和notifyAll()方法实现。

并发集合

ConcurrentHashMap： ConcurrentHashMap是线程安全的HashMap实现，它通过分段锁（Segment Locking）来减少锁的竞争。每个分段都是一个Segment数组，每个Segment内部维护一个链表，锁只对特定的Segment有效。

CopyOnWrite容器： CopyOnWrite容器在写操作时创建一个新的副本，并在副本上进行修改，从而避免了对读操作的阻塞。这种策略适用于读多写少的场景。

BlockingQueue： BlockingQueue是线程安全的队列实现，它支持线程间的阻塞操作。常见的阻塞队列实现包括LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue和PriorityBlockingQueue。

并发工具类

Phaser： Phaser是一个可伸缩的同步工具，用于控制多个线程的执行顺序。它允许线程在某个点等待，直到所有线程都到达该点。

Exchanger： Exchanger允许两个线程交换数据，它通常用于生产者-消费者场景。

FutureTask： FutureTask是一个可以异步执行并返回结果的Future对象。它可以与线程池结合使用，实现异步任务执行。

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线程处理实际的读写操作。

Akka Actor模型： Akka使用Actor模型，每个Actor独立运行，通过消息传递进行通信。

Disruptor环形缓冲区： Disruptor使用环形缓冲区来存储数据，通过发布/订阅模式实现高效的并发处理。

二、MyBatis知识体系

SQL映射

注解映射： MyBatis提供了多种注解来简化SQL映射，如@Select、@Insert、@Update和@Delete。这些注解可以用于映射SQL语句和Java对象之间的关系。

结果集映射： MyBatis将SQL查询结果映射到Java对象，可以通过XML或注解来配置映射关系。映射关系包括字段映射、类型转换、关联映射等。

关联查询： MyBatis支持级联查询，通过配置一对一、一对多和多对多关系，实现复杂的关联查询。级联查询可以通过@One、@Many、@ManyToMany等注解实现。

动态SQL： MyBatis使用OGNL表达式和分支语句来构建动态SQL，支持条件、循环和批量操作。动态SQL可以通过@SelectProvider、@SqlProvider等注解实现。

缓存机制

一级缓存： MyBatis默认使用一级缓存，它存储在SqlSession内部，只对当前会话有效。一级缓存通过HashMap实现，每个SqlSession有一个独立的一级缓存。

二级缓存： MyBatis支持二级缓存，它可以在多个会话间共享，通过配置全局缓存来实现。二级缓存通常使用HashMap或其他数据结构来实现，并通过配置文件或注解来管理。

自定义缓存： MyBatis允许自定义缓存实现，通过实现Cache接口来实现自己的缓存策略。自定义缓存可以实现复杂的缓存策略，如缓存淘汰、过期处理等。

代理模式： MyBatis使用代理模式来创建Mapper接口的代理实现，使得可以通过注解或XML来配置SQL映射。代理模式使得MyBatis能够动态地生成SQL语句，并执行数据库操作。

MapperProxy插件拦截

动态代理： MyBatis使用动态代理来创建Mapper接口的代理实现，使得可以在代理实现中拦截方法调用。动态代理通过Proxy类实现，它可以在运行时创建对象的代理实例。

执行流程： MyBatis的执行流程包括解析XML配置、构建SqlSource、构建MappedStatement、构建SqlSession、执行查询、处理结果集等。执行流程涉及到多个组件，如SqlSessionFactory、SqlSession、Executor等。

SqlSession生命周期： SqlSession是MyBatis的核心接口，它管理数据库连接、事务和执行SQL操作。SqlSession的生命周期包括创建、使用和关闭。创建SqlSession可以使用SqlSessionFactory.openSession()方法，使用完毕后需要关闭SqlSession以释放资源。

执行器类型： MyBatis提供多种执行器类型，如SimpleExecutor和ReuseExecutor。SimpleExecutor每次执行SQL都会创建一个新的Statement对象，而ReuseExecutor则复用Statement对象。

延迟加载： MyBatis支持延迟加载，即在需要时才加载关联对象，减少初始化时的开销。延迟加载可以通过@Lazy注解实现。

扩展机制： MyBatis允许通过插件来扩展其功能，如拦截器、类型处理器和方言支持。插件可以通过实现相应的接口来实现，并在MyBatis配置文件中进行配置。

类型处理器： MyBatis使用类型处理器来转换SQL类型和Java类型。类型处理器可以通过实现TypeHandler接口来实现。

拦截器链： MyBatis允许通过拦截器链来拦截SQL执行过程中的各种操作。拦截器可以通过实现Interceptor接口来实现。

方言支持： MyBatis支持多种数据库方言，如MySQL、Oracle和SQL Server，通过配置方言来适配不同的数据库。方言可以通过实现Dialect接口来实现。

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