并发编程知识精要

📕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。

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💡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。

一、并发编程知识体系

1. 线程基础

并发编程是计算机科学中的一个重要领域，它涉及到多线程的创建、调度、同步与通信。线程是并发编程的基础，它是程序执行的最小单位。

（1）线程生命周期

线程生命周期包括以下状态：

• 新建状态：线程被创建后，进入新建状态。此时线程尚未启动，也没有分配到CPU资源。
• 就绪状态：线程获取到CPU资源，等待被调度执行。线程就绪状态下的线程可以立即被CPU调度执行。
• 运行状态：线程正在执行。运行状态下的线程正在执行其任务，此时线程拥有CPU资源。
• 阻塞状态：线程由于某些原因（如等待锁、等待I/O操作等）无法执行。线程在阻塞状态下会释放CPU资源，等待事件发生。
• 死亡状态：线程执行完毕或被终止。线程在死亡状态下不再参与线程调度。

（2）线程优先级

线程优先级决定了线程在运行时的调度顺序。Java中，线程优先级分为1到10级，其中1级为最低优先级，10级为最高优先级。线程优先级是一个相对值，并不保证一定能够获得更高的CPU时间片。

（3）守护线程

守护线程是服务线程，它为其他线程提供服务。当所有的非守护线程执行完毕后，程序将退出。守护线程通常用于执行一些不需要关注的任务，如垃圾回收、日志记录等。

（4）线程池

线程池是一种管理线程的机制，它可以减少线程创建和销毁的开销。线程池的核心参数配置包括：

• 核心线程数：线程池中始终存在的线程数量。核心线程数决定了线程池的最小线程数量。
• 最大线程数：线程池中允许的最大线程数量。最大线程数决定了线程池的最大线程数量，以应对突发任务。
• 队列类型：工作队列的类型，如LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue等。工作队列用于存放等待执行的任务。
• 拒绝策略：当线程池达到最大线程数时，如何处理新任务。常见的拒绝策略有AbortPolicy、CallerRunsPolicy、DiscardPolicy、DiscardOldestPolicy等。

2. 核心参数配置与拒绝策略

（1）核心参数配置

• 核心线程数：线程池中始终存在的线程数量。核心线程数决定了线程池的最小线程数量。
• 最大线程数：线程池中允许的最大线程数量。最大线程数决定了线程池的最大线程数量，以应对突发任务。
• 队列类型：工作队列的类型，如LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue等。工作队列用于存放等待执行的任务。
• 队列容量：工作队列的最大容量。队列容量决定了线程池能够存放的最大任务数量。
• 保留时间：线程空闲时间超过此值后，将被回收。保留时间决定了线程池中线程的存活时间。

（2）拒绝策略

当线程池达到最大线程数时，如何处理新任务，有以下四种拒绝策略：

• AbortPolicy：抛出RejectedExecutionException异常。当线程池达到最大线程数时，抛出异常，提示任务无法执行。
• CallerRunsPolicy：调用者运行策略，将任务交还给调用者。当线程池达到最大线程数时，将任务交还给调用者执行，调用者负责处理任务。
• DiscardPolicy：丢弃任务，不抛出异常。当线程池达到最大线程数时，直接丢弃任务，不进行任何处理。
• DiscardOldestPolicy：丢弃最旧的任务。当线程池达到最大线程数时，丢弃最旧的任务，为新任务腾出空间。

3. 工作队列类型

工作队列是线程池中用于存放任务的队列，常见的队列类型有：

• LinkedBlockingQueue：基于链表的阻塞队列，适用于生产者-消费者模型。LinkedBlockingQueue采用链表实现，具有较好的扩展性。
• ArrayBlockingQueue：基于数组的阻塞队列，适用于固定大小的线程池。ArrayBlockingQueue采用数组实现，具有固定的容量。
• PriorityBlockingQueue：基于优先级的阻塞队列，适用于任务优先级不同的场景。PriorityBlockingQueue采用优先级队列实现，按照任务优先级排序。

4. 同步机制

同步机制是保证线程安全的重要手段，常见的同步机制有：

• 悲观锁：假设数据在并发环境下一定会被修改，因此对数据进行加锁操作，直到数据被修改完成。悲观锁适用于对数据一致性要求较高的场景。
• 乐观锁：假设数据在并发环境下不会发生冲突，因此不进行加锁操作，而是在数据修改时检查冲突。乐观锁适用于对数据一致性要求不高的场景。
• 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。读写锁适用于读操作远多于写操作的场景。
• 条件变量：线程在等待某个条件成立时，会阻塞等待，直到条件成立。条件变量通常与互斥锁配合使用。

5. 并发集合

Java提供了多种并发集合，如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等，它们在保证线程安全的同时，提供了较高的性能。

6. ConcurrentMap

ConcurrentHashMap是Java中的一种线程安全的HashMap实现，它通过分段锁（Segment Lock）机制，提高了并发性能。ConcurrentHashMap将数据分为多个段，每个段独立加锁，从而减少了锁的竞争。

7. CopyOnWrite容器

CopyOnWrite容器是一种线程安全的集合，它采用“写时复制”策略，即在数据修改时，创建一个新的副本，并对副本进行修改，然后将原数据替换为副本。CopyOnWrite容器适用于读操作远多于写操作的场景。

8. BlockingQueue

BlockingQueue是一种线程安全的队列，它支持生产者-消费者模型，常见的实现有LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue等。BlockingQueue在多线程环境下，可以保证数据的一致性和线程安全。

9. 并发工具类

Java提供了多种并发工具类，如Phaser、Exchanger、FutureTask等，它们在处理并发任务时，提供了方便的API。

10. 非阻塞算法

非阻塞算法是一种在多线程环境中，不使用锁机制，而是通过比较和交换操作来保证线程安全的方法。非阻塞算法适用于对性能要求较高的场景。

11. CAS原理

CAS（Compare-And-Swap）是一种无锁算法，它通过比较内存中的值与期望值，如果相等，则将内存中的值替换为新值。CAS算法适用于保证线程安全，且不使用锁的场景。

12. Atomic类

Atomic类是Java中提供原子操作的类，如AtomicInteger、AtomicLong等，它们在保证线程安全的同时，提供了高效的性能。Atomic类适用于保证单个变量的线程安全。

13. 无锁队列

无锁队列是一种不使用锁机制，而是通过CAS操作来实现线程安全的队列。无锁队列适用于对性能要求较高的场景。

14. 并发框架

（1）Netty线程模型

Netty是一种高性能的NIO框架，它采用主从多线程模型，将网络请求分配到不同的线程进行处理。主线程负责接收和发送数据，从线程负责处理业务逻辑。

（2）Akka Actor模型

Akka是一种基于Actor模型的并发框架，它将并发编程抽象为消息传递，从而简化了并发编程的复杂性。Actor模型将并发编程分解为多个独立的Actor，每个Actor负责处理特定的任务。

（3）Disruptor环形缓冲区

Disruptor是一种基于环形缓冲区的并发框架，它通过环形缓冲区来存储数据，从而实现了高效的并发处理。Disruptor适用于对性能要求较高的场景。

二、MyBatis知识体系

1. SQL映射

MyBatis是一种基于SQL映射的持久层框架，它将SQL语句与Java对象进行映射，从而简化了数据库操作。MyBatis通过XML或注解的方式定义SQL映射，将Java对象与数据库表进行映射。

2. 注解映射

MyBatis提供了多种注解，用于实现SQL映射，如@Select、@Insert、@Update、@Delete等。注解映射简化了SQL映射的定义，提高了开发效率。

3. 结果集映射

MyBatis将数据库中的数据映射到Java对象中，常见的映射方式有：

• 单一映射：将单个字段映射到Java对象的属性。
• 多重映射：将多个字段映射到Java对象的属性。
• 关联映射：将多个表的数据映射到Java对象的属性。

4. 关联查询

MyBatis支持关联查询，它可以将多个表的数据关联起来，并映射到Java对象中。关联查询简化了复杂的SQL语句，提高了开发效率。

5. 动态SQL

MyBatis支持动态SQL，可以根据条件动态生成SQL语句。动态SQL可以提高SQL语句的灵活性，满足不同的业务需求。

6. OGNL表达式

OGNL（Object-Graph Navigation Language）是一种表达式语言，用于在MyBatis中实现动态SQL。OGNL表达式可以方便地访问Java对象的属性和方法。

7. 分支语句

MyBatis支持分支语句，可以根据条件执行不同的SQL语句。分支语句可以提高SQL语句的灵活性，满足不同的业务需求。

8. 批量操作

MyBatis支持批量操作，可以将多条SQL语句放在一个批次中执行。批量操作可以提高数据库操作的效率。

9. 缓存机制

MyBatis提供了缓存机制，可以提高数据库操作的效率。缓存机制可以将查询结果存储在内存中，避免重复查询数据库。

10. 一级缓存

一级缓存是MyBatis的本地缓存，它存储在当前线程中。一级缓存可以提高数据库查询的效率。

11. 二级缓存

二级缓存是MyBatis的分布式缓存，它存储在全局范围内。二级缓存可以提高数据库查询的效率，适用于分布式系统。

12. 自定义缓存

MyBatis允许自定义缓存，以满足不同的需求。自定义缓存可以满足特定业务场景的需求，提高系统性能。

13. 代理模式

MyBatis采用代理模式，将数据库操作封装成代理对象，从而简化了数据库操作。代理模式提高了代码的可读性和可维护性。

14. MapperProxy

MapperProxy是MyBatis的代理类，它实现了Mapper接口，并代理了数据库操作。MapperProxy提高了代码的可读性和可维护性。

15. 插件拦截

MyBatis支持插件拦截，可以自定义插件来实现特定的功能。插件拦截可以扩展MyBatis的功能，满足不同的业务需求。

16. 动态代理执行流程

MyBatis使用动态代理技术，实现Mapper接口的代理，并拦截数据库操作。动态代理技术提高了代码的可读性和可维护性。

17. SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心对象，它负责管理数据库连接、事务等。SqlSession的生命周期包括创建、使用和关闭。

18. 执行器类型

MyBatis提供了多种执行器类型，如SimpleExecutor、BatchExecutor等。执行器类型决定了数据库操作的执行方式。

19. 延迟加载

MyBatis支持延迟加载，可以将关联数据延迟加载。延迟加载可以提高数据库查询的效率。

20. 扩展机制

MyBatis提供了扩展机制，可以自定义插件、拦截器等。扩展机制可以满足不同的业务需求，提高系统性能。

21. 类型处理器

MyBatis提供了类型处理器，用于处理不同类型的数据。类型处理器提高了代码的可读性和可维护性。

22. 拦截器链

MyBatis提供了拦截器链，可以自定义拦截器来实现特定的功能。拦截器链可以扩展MyBatis的功能，满足不同的业务需求。

23. 方言支持

MyBatis支持多种数据库方言，如MySQL、Oracle等。方言支持提高了MyBatis的通用性。

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