并发编程精髓

📕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)、《解密程序员的思维密码——沟通、演讲、思考的实践》作者、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

💡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位,是实现并行计算和资源共享的关键。线程的独立性使得它们可以在不同的CPU核心上并行执行,从而提高程序的执行效率。线程的并行性使得多个线程可以同时进行操作,这在处理大量数据或执行耗时任务时尤为重要。线程的共享性使得线程可以访问同一块内存区域,这为线程间的通信和数据共享提供了便利。

线程生命周期

线程的生命周期是一个复杂的状态转换过程。在Java中,线程的生命周期包括以下几个状态:

  1. 新建(New):线程被创建但尚未启动。在这个阶段,线程的运行状态还未激活,需要通过调用start()方法来启动线程。
  2. 就绪(Runnable):线程被创建后,等待CPU调度。线程在就绪状态下,只要获得CPU资源,就可以开始执行。
  3. 运行(Running):线程被CPU调度执行。在运行状态下,线程正在执行它的任务。
  4. 阻塞(Blocked):线程因等待某个条件而暂停执行。例如,线程尝试获取一个被其他线程持有的锁时,就会进入阻塞状态。
  5. 等待(Waiting):线程因等待某个事件而暂停执行。线程在等待状态中不会主动释放CPU资源,只有在被唤醒时才会重新进入就绪状态。
  6. 终止(Terminated):线程执行完毕。线程在完成它的任务后,会进入终止状态,此时它不再占用任何系统资源。

线程优先级

线程优先级是操作系统用来决定线程执行顺序的一个参数。在Java中,线程优先级分为以下等级:

  1. MAX_PRIORITY:最高优先级。
  2. MIN_PRIORITY:最低优先级。
  3. NORM_PRIORITY:默认优先级。

线程池

线程池是一种管理线程的机制,它可以提高应用程序的性能。通过重用已有的线程来执行任务,可以减少线程创建和销毁的开销,从而提高应用程序的响应速度和吞吐量。

线程池的核心参数配置包括:

  1. 核心线程数:线程池中始终存在的线程数量,即使没有任务提交,这些线程也会一直运行。
  2. 最大线程数:线程池中允许的最大线程数量,当任务数量超过核心线程数时,线程池会创建新的线程来执行任务。
  3. 队列类型:用于存放等待执行的线程的队列类型,常见的队列类型有:LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue、PriorityBlockingQueue等。
  4. 拒绝策略:当线程池达到最大线程数时,如何处理新提交的任务,常见的拒绝策略有:CallerRunsPolicy、AbortPolicy、DiscardPolicy、DiscardOldestPolicy等。

工作队列类型

线程池的工作队列类型决定了等待执行的任务如何存储。不同的队列类型适用于不同的场景:

  1. 队列:线程池中等待执行的线程被存储在队列中,这是最常用的队列类型。
  2. 链表:线程池中等待执行的线程被存储在链表中,适用于任务提交和执行速度较快的场景。
  3. 队列链表:结合了队列和链表的特点,适用于需要同时保证线程安全和高性能的场景。

同步机制

同步机制用于保证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:

  1. 悲观锁:假设线程在访问共享资源时会发生冲突,因此在访问前先加锁。Java中常用的悲观锁有synchronized关键字和ReentrantLock类。
  2. 乐观锁:假设线程在访问共享资源时不会发生冲突,因此在访问前不加锁,而是在修改数据时进行检查。Java中常用的乐观锁有CAS操作和Atomic类。
  3. 读写锁:允许多个线程同时读取共享资源,但只允许一个线程写入共享资源。Java中常用的读写锁有ReadWriteLock类。
  4. 条件变量:线程在等待某个条件成立时,可以挂起自己,等待其他线程通知。Java中常用的条件变量是Condition接口。

并发集合

并发集合是一种线程安全的集合,可以保证多个线程在访问集合时不会发生冲突。常见的并发集合包括:

  1. ConcurrentHashMap:基于分段锁的并发集合,可以提高并发访问的性能。
  2. CopyOnWrite容器:在修改数据时,先复制原数据,然后修改复制品,最后将复制品赋值给原数据,适用于读多写少的场景。
  3. BlockingQueue:线程安全的队列,可以用于线程间的通信,常见的阻塞队列有LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue等。

并发工具类

并发工具类用于简化并发编程,常见的并发工具类包括:

  1. Phaser:用于协调多个线程的执行顺序,适用于需要按顺序执行多个任务的场景。
  2. Exchanger:用于交换两个线程中的数据,适用于需要交换数据的场景。
  3. FutureTask:用于表示异步计算的结果,适用于需要获取异步计算结果的场景。

非阻塞算法

非阻塞算法是一种在多线程环境中,不使用锁或其他同步机制,而是通过原子操作来保证数据一致性的算法。常见的非阻塞算法包括:

  1. CAS原理:Compare-And-Swap,比较并交换。CAS操作可以保证原子性,从而实现非阻塞算法。
  2. Atomic类:提供原子操作的类,如AtomicInteger、AtomicLong等。这些类可以用于实现各种原子操作。
  3. 无锁队列:线程安全的队列,不使用锁机制,可以保证线程安全。

并发框架

并发框架是一种提供并发编程解决方案的框架。常见的并发框架包括:

  1. Netty:基于NIO的异步、事件驱动的网络应用框架,适用于高性能的网络编程。
  2. Akka:一个基于Actor模型的并发框架,适用于构建高并发、高可用、高容错的应用程序。
  3. Disruptor:一个高性能的环形缓冲区,适用于需要高吞吐量和低延迟的场景。

二、MyBatis知识体系

SQL映射

MyBatis通过映射文件将Java对象与数据库表进行映射。SQL映射包括以下内容:

  1. 注解映射:使用注解来指定Java对象与数据库表的映射关系,例如@TableName@Column等。
  2. 结果集映射:将数据库表中的列映射到Java对象中的属性,例如resultMap标签。
  3. 关联查询:将多个数据库表进行关联查询,并将查询结果映射到Java对象中,例如<association>标签。
  4. 动态SQL:根据条件动态生成SQL语句,例如<if><choose><foreach>等标签。

OGNL表达式

OGNL表达式用于在MyBatis中动态生成SQL语句,包括以下内容:

  1. 分支语句:根据条件执行不同的SQL语句,例如<if>标签。
  2. 批量操作:批量插入、更新、删除数据,例如<foreach>标签。

缓存机制

MyBatis提供了缓存机制,可以减少数据库访问次数,提高应用程序性能。缓存机制包括以下内容:

  1. 一级缓存:默认缓存,用于缓存SqlSession级别的数据。
  2. 二级缓存:用于缓存Mapper级别的数据,可以跨SqlSession共享。
  3. 自定义缓存:自定义缓存实现,用于缓存特定数据。

代理模式

MyBatis使用代理模式来实现动态代理。代理模式包括以下内容:

  1. MapperProxy:MyBatis的动态代理类,用于代理Mapper接口。
  2. 插件:用于拦截MyBatis的执行过程,实现自定义功能。

执行流程

MyBatis的执行流程如下:

  1. 创建SqlSession。
  2. 获取Mapper接口的代理对象。
  3. 调用Mapper接口的方法。
  4. MyBatis生成SQL语句并执行。
  5. 返回执行结果。

SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心对象,其生命周期包括以下内容:

  1. 创建SqlSession。
  2. 使用SqlSession执行数据库操作。
  3. 关闭SqlSession。

执行器类型

MyBatis提供了多种执行器类型,包括:

  1. SimpleExecutor:简单执行器,适用于单条SQL语句执行。
  2. ReuseExecutor:重用执行器,适用于批量SQL语句执行。
  3. BatchExecutor:批量执行器,适用于批量插入、更新、删除数据。

延迟加载

延迟加载是一种按需加载数据的技术,可以减少应用程序的内存消耗。MyBatis支持延迟加载,包括以下内容:

  1. 级联加载:在加载父对象时,延迟加载子对象。
  2. 集合加载:在加载父对象时,延迟加载集合中的对象。

扩展机制

MyBatis提供了扩展机制,包括以下内容:

  1. 类型处理器:用于处理Java类型与数据库类型之间的转换。
  2. 拦截器:用于拦截MyBatis的执行过程,实现自定义功能。
  3. 方言支持:支持不同的数据库方言。

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