并发编程知识精要-优快云博客

📕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

在深入探讨并发编程之前，我们首先需要建立起一个完整的知识体系，这将有助于我们更好地理解和应用相关的概念。

线程基础

线程是程序执行的最小单位，它是操作系统能够进行运算调度的最小单位。在Java中，线程是并发编程的核心。

线程生命周期：线程从创建到销毁会经历多种状态，包括新建（New）、就绪（Runnable）、运行（Running）、阻塞（Blocked）、等待（Waiting）、超时等待（Timed Waiting）和终止（Terminated）。线程状态之间的转换是由线程的调度策略和同步机制共同决定的。例如，当线程尝试获取一个被其他线程持有的锁时，它会进入阻塞状态。
线程优先级：Java中的线程优先级分为10个等级，优先级高的线程更有可能被CPU调度。线程优先级是线程调度器进行调度的一个参考因素，但它不是绝对的。调度器可能会根据线程的运行状态、CPU的负载情况等因素来调整线程的执行顺序。
守护线程：守护线程是服务于其他线程的线程，当其他线程结束时，守护线程也会自动结束。在Java虚拟机中，如果有非守护线程正在运行，虚拟机就不会退出。因此，守护线程通常用于执行一些后台任务，如垃圾回收。
线程池：线程池是管理一组线程的池对象，它可以有效地管理线程资源，提高应用程序的响应速度。线程池的核心参数配置包括核心线程数、最大线程数、线程存活时间、工作队列大小等。线程池的拒绝策略通常包括CallerRunsPolicy、AbortPolicy、DiscardPolicy和DiscardOldestPolicy等。
- 核心参数配置：核心线程数决定了线程池在运行时保持的线程数量，即使没有任务执行时也会保持这些线程。最大线程数是线程池能创建的最大线程数。线程存活时间是指线程空闲时可以存活的最长时间。工作队列大小决定了线程池在任务等待执行时的最大等待任务数。
- 拒绝策略：当线程池达到最大线程数时，拒绝策略会决定如何处理新提交的任务。CallerRunsPolicy会在线程池的线程中运行当前任务，而AbortPolicy会抛出一个异常来拒绝任务，DiscardPolicy会简单地丢弃任务，而DiscardOldestPolicy会丢弃队列中最早的未执行任务。
同步机制：
- 悲观锁/乐观锁：悲观锁假设数据在访问过程中会被修改，因此会锁定数据，而乐观锁则假设数据在访问过程中不会修改，只在修改时进行检测。悲观锁通常使用synchronized关键字或ReentrantLock实现，而乐观锁则使用CAS（Compare-And-Swap）操作。
- 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。读写锁可以提高读操作的并发性，同时保证写操作的原子性。读写锁的实现通常使用读写锁（ReadWriteLock）接口。
- 条件变量：条件变量允许线程在某些条件不满足时等待，直到条件被满足时才继续执行。条件变量通常与Object的wait()、notify()和notifyAll()方法一起使用。
并发集合：
- ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap，采用分段锁机制。它将数据分成多个段，每个段有自己的锁，从而允许多个线程同时访问不同的段。
- CopyOnWrite容器：在写操作时复制底层数据结构，适用于读多写少的场景。每次写操作都会创建一个新的副本，从而避免了对共享数据的并发修改。
BlockingQueue：线程安全的队列，支持生产者-消费者模型。BlockingQueue提供了一系列的阻塞方法，如put()、take()和offer()等，这些方法会在队列满或空时自动阻塞。
并发工具类：
- Phaser：Phaser是一个可扩展的同步工具，用于线程间的协作。它允许一组线程在执行过程中同步，并支持动态增加或减少参与者。
- Exchanger：允许两个线程交换数据。当两个线程都准备好交换数据时，Exchanger会交换它们的数据。
- FutureTask：FutureTask是一个可以异步执行的计算任务。它代表了一个尚未完成的计算任务，并提供了一个方法来获取计算结果。
非阻塞算法：
- CAS原理：Compare-And-Swap，即比较并交换，是一种无锁操作。它通过原子操作比较内存中的一个值和一个预期的值，如果相等，则将内存中的值替换为新的值。
- Atomic类：提供原子操作的类，如AtomicInteger、AtomicLong等。这些类通过使用CAS操作来保证操作的原子性。
- 无锁队列：基于CAS原理实现的线程安全队列。它通过原子操作来保证队列的线程安全，从而避免了锁的开销。
并发框架：
- Netty线程模型：Netty采用主从多线程模型，主线程负责接收连接，从线程负责处理业务逻辑。这种模型可以有效地处理高并发连接。
- Akka Actor模型：Akka是一个基于Actor模型的高性能并发框架。Actor是一个消息传递的实体，它通过发送和接收消息来执行任务。
- Disruptor环形缓冲区：Disruptor是一个高性能的并发队列，适用于高并发场景。它使用环形缓冲区和CAS操作来保证线程安全，从而避免了锁的开销。

二、MyBatis知识体系

MyBatis是一个优秀的持久层框架，它消除了几乎所有的JDBC代码和手动设置参数以及获取结果集的工作。

SQL映射

注解映射：使用注解的方式定义SQL映射关系，简化了XML配置。注解映射通过@Select、@Insert、@Update和@Delete等注解来定义SQL语句。
结果集映射：将数据库中的数据映射到Java对象中。结果集映射可以通过@Results、@Result和@One、@Many等注解来实现。
关联查询：支持多表关联查询，将多个表的数据映射到Java对象中。关联查询可以通过@One和@Many注解来实现。
动态SQL：根据条件动态构建SQL语句。动态SQL可以通过@SelectProvider、@SqlProvider和OGNL表达式来实现。
- OGNL表达式：用于构建动态SQL，表达式简单易懂。OGNL表达式可以直接访问Java对象的属性和集合。
- 分支语句：根据条件执行不同的SQL片段。分支语句可以通过、、和等标签来实现。
- 批量操作：支持批量插入、更新和删除操作。批量操作可以通过标签来实现。
缓存机制：
- 一级缓存：SqlSession级别的缓存，默认开启。一级缓存缓存了从数据库中查询到的数据，当再次查询相同的数据时，可以直接从缓存中获取。
- 二级缓存：Mapper级别的缓存，需要手动配置。二级缓存缓存了Mapper级别的数据，当再次查询相同的数据时，可以直接从缓存中获取。
- 自定义缓存：支持自定义缓存实现。自定义缓存可以通过实现Cache接口来实现。
代理模式：MyBatis使用代理模式实现Mapper接口。代理模式允许在运行时动态创建对象，并拦截对象的调用。
MapperProxy：Mapper接口的代理实现，负责执行SQL语句。MapperProxy通过代理模式实现了Mapper接口，并负责执行SQL语句。
插件拦截：MyBatis支持插件拦截，可以自定义拦截器实现扩展功能。插件拦截器可以拦截MyBatis的执行过程，如查询、更新、插入和删除等。
动态代理执行流程：
- 创建MapperProxy代理对象。
- 执行代理对象的invoke方法。
- 调用MyBatis的executor执行器。
- 执行器调用Configuration对象。
- Configuration对象调用MappedStatement对象。
- MappedStatement对象执行SQL语句。
SqlSession生命周期：
- 创建SqlSession对象。
- 使用SqlSession执行数据库操作。
- 关闭SqlSession对象。
执行器类型：
- 简单执行器：适用于单条SQL语句的执行。简单执行器直接执行SQL语句，并返回结果。
- 批量执行器：适用于批量SQL语句的执行。批量执行器将多个SQL语句合并成一个批量操作，从而提高执行效率。
延迟加载：延迟加载可以在查询数据时只加载需要的数据。延迟加载通过在查询时只加载必要的数据，从而减少数据的加载时间和内存消耗。
扩展机制：
- 类型处理器：用于处理Java类型和数据库类型之间的转换。类型处理器可以自定义转换规则，从而实现更灵活的数据类型转换。
- 拦截器链：拦截器链可以拦截MyBatis的执行过程，实现扩展功能。拦截器链可以自定义拦截器，从而实现自定义的扩展功能。
- 方言支持：MyBatis支持多种数据库方言，如MySQL、Oracle等。方言支持可以通过实现Dialect接口来实现。

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