并发编程与MyBatis深度解析

📕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

并发编程是计算机科学中的一个核心概念，它涉及到如何让计算机同时处理多个任务，从而提高系统的响应速度和资源利用率。以下是对并发编程知识体系的详细解析，并补充其技术实现细节：

线程基础

线程是并发编程中最基本的执行单元，它由CPU执行，拥有独立的栈和局部变量。

1. 线程生命周期：线程从创建到销毁，会经历多个状态，如新建（New）、就绪（Runnable）、运行（Running）、阻塞（Blocked）、等待（Waiting）、超时（Timed Waiting）、终止（Terminated）等。线程状态之间的转换依赖于线程调度策略和线程之间的交互。

   • 线程创建：在Java中，可以使用Thread类或Runnable接口创建线程。new Thread(Runnable target)或new Thread(Runnable target, String name)。
   • 线程调度：线程调度器负责将CPU时间分配给线程。调度策略通常包括优先级调度、轮转调度等。
   • 线程同步：使用synchronized关键字或Lock接口实现线程同步，防止多个线程同时访问共享资源。

2. 线程优先级：线程优先级决定了线程在多个线程竞争CPU时的调度顺序。Java中，线程优先级分为1（最低）到10（最高），默认优先级为5。

3. 守护线程：守护线程是服务线程，当守护线程完成其任务后，程序将退出，即使其他线程仍在运行。在Java中，可以使用setDaemon(true)将线程设置为守护线程。

4. 线程池：线程池是一种管理线程的机制，可以复用已有的线程，减少创建和销毁线程的开销。线程池的常见实现包括ThreadPoolExecutor和Executors工厂类。

   • 核心线程数：线程池中的线程数量，即使空闲，也会一直存在。核心线程数决定了线程池的并发能力。
   • 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处理任务。
   • 存活时间：空闲线程存活的最长时间。超过存活时间的空闲线程将被回收。
   • 工作队列类型：工作队列用于存储等待执行的任务，如LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue等。

核心参数配置

线程池的配置参数包括核心线程数、最大线程数、存活时间、队列类型等。

1. 核心线程数：线程池中的线程数量，即使空闲，也会一直存在。核心线程数决定了线程池的并发能力。

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处理任务。

3. 存活时间：空闲线程存活的最长时间。超过存活时间的空闲线程将被回收。

4. 工作队列类型：工作队列用于存储等待执行的任务，如LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue等。

拒绝策略

当任务过多，线程池无法处理时，需要选择一种拒绝策略，如CallerRunsPolicy、AbortPolicy、DiscardPolicy等。

1. CallerRunsPolicy：拒绝策略允许任务在调用者的线程中运行，以减少线程池的创建和销毁开销。

2. AbortPolicy：拒绝策略抛出RejectedExecutionException异常，终止任务的执行。

3. DiscardPolicy：拒绝策略丢弃任务，不抛出异常。

同步机制

同步机制确保了在多线程环境下，对共享资源的访问是安全的。

1. 悲观锁/乐观锁：悲观锁假设冲突不可避免，因此锁定资源，直到事务完成。乐观锁假设冲突很少发生，采用版本号或时间戳来检测冲突。

   • 悲观锁：使用synchronized关键字或ReentrantLock实现悲观锁。
   • 乐观锁：使用AtomicInteger、AtomicLong等原子类实现乐观锁。

2. 读写锁：读写锁允许多个线程同时读取资源，但只允许一个线程写入资源。

   • 读写锁：使用ReentrantReadWriteLock实现读写锁。

3. 条件变量：条件变量允许线程在某些条件不满足时等待，直到条件满足时被唤醒。

   • 条件变量：使用Object.wait()和Object.notify()或ReentrantLock的newCondition()实现条件变量。

并发集合

并发集合是为并发环境设计的集合类，如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等。

1. ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap实现，通过分段锁技术提高并发性能。

   • 分段锁：将数据分为多个段，每个段有自己的锁，从而减少锁的竞争。

2. CopyOnWrite容器：在写入操作时复制底层数组，适用于读多写少的场景。

   • CopyOnWriteArrayList：在写入操作时复制底层数组，适用于读多写少的场景。

BlockingQueue

BlockingQueue是线程安全的队列，支持生产者和消费者模式。

1. 线程安全的队列：如LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue等。

   • LinkedBlockingQueue：基于链表的阻塞队列，适用于生产者消费者模式。

2. 并发工具类：如CountDownLatch、Semaphore、CyclicBarrier等。

   • CountDownLatch：一个计数器，允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。
   • Semaphore：信号量，用于控制对共享资源的访问。
   • CyclicBarrier：一个同步辅助类，允许一组线程在到达某个点时等待彼此。

非阻塞算法

非阻塞算法通过无锁编程技术，实现线程之间的安全通信。

1. CAS原理：Compare-And-Swap，通过原子操作保证数据的一致性。

   • 原子操作：使用AtomicInteger、AtomicLong等原子类实现原子操作。

2. Atomic类：提供原子操作的类，如AtomicInteger、AtomicLong等。

   • AtomicInteger：提供原子操作的整型变量。
   • AtomicLong：提供原子操作的长整型变量。

3. 无锁队列：如ConcurrentLinkedQueue、LinkedTransferQueue等。

   • ConcurrentLinkedQueue：基于链表的并发队列，适用于高并发场景。
   • LinkedTransferQueue：基于链表的并发队列，支持生产者消费者模式。

并发框架

1. Netty线程模型：Netty采用主从多线程模型，一个Boss线程负责监听客户端连接，多个Worker线程负责处理业务逻辑。

   • 主从多线程模型：一个主线程负责监听客户端连接，多个从线程负责处理业务逻辑。

2. Akka Actor模型：Akka使用Actor模型，每个Actor都是一个独立的消息处理器。

   • Actor模型：每个Actor都是一个独立的消息处理器，通过消息传递进行通信。

3. Disruptor环形缓冲区：Disruptor使用环形缓冲区，通过环形结构提高并发性能。

   • 环形缓冲区：使用环形结构存储数据，提高并发性能。

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

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。

1. 注解映射：使用@Select、@Insert、@Update、@Delete等注解定义SQL映射。

   • @Select：用于定义查询映射。
   • @Insert：用于定义插入映射。
   • @Update：用于定义更新映射。
   • @Delete：用于定义删除映射。

2. 结果集映射：将SQL查询结果映射到Java对象。

   • 结果集映射：使用<resultMap>标签定义结果集映射。

关联查询

MyBatis支持复杂的关联查询，通过嵌套查询或关联映射实现。

1. 嵌套查询：使用<select>标签在SQL中嵌套查询。

   • 嵌套查询：在SQL中嵌套查询，实现复杂的关联查询。

2. 关联映射：使用<resultMap>标签定义关联关系。

   • 关联映射：使用<resultMap>标签定义关联关系，实现复杂的关联查询。

动态SQL

MyBatis支持动态SQL，根据不同的条件执行不同的SQL语句。

1. OGNL表达式：使用OGNL表达式动态构建SQL语句。

   • OGNL表达式：使用OGNL表达式动态构建SQL语句，实现动态SQL。

2. 分支语句：使用<if>、<choose>、<when>、<otherwise>等标签动态选择SQL语句。

   • 分支语句：使用<if>、<choose>、<when>、<otherwise>等标签动态选择SQL语句，实现动态SQL。

缓存机制

MyBatis支持一级缓存和二级缓存。

1. 一级缓存：本地缓存，每个SqlSession独立存在。

   • 一级缓存：本地缓存，每个SqlSession独立存在，用于缓存查询结果。

2. 二级缓存：全局缓存，多个SqlSession共享。

   • 二级缓存：全局缓存，多个SqlSession共享，用于缓存查询结果。

3. 自定义缓存：通过实现Cache接口自定义缓存。

   • 自定义缓存：通过实现Cache接口自定义缓存，实现更复杂的缓存策略。

代理模式

MyBatis使用代理模式实现动态代理，代理Mapper接口。

1. MapperProxy：实现Mapper接口的代理类。

   • MapperProxy：实现Mapper接口的代理类，实现动态代理。

2. 插件拦截：通过拦截器机制拦截Mapper方法，实现功能扩展。

   • 插件拦截：通过拦截器机制拦截Mapper方法，实现功能扩展。

执行流程

MyBatis的执行流程包括查询映射、参数处理、SQL执行、结果处理等步骤。

1. 查询映射：解析XML或注解，确定SQL语句。

   • 查询映射：解析XML或注解，确定SQL语句。

2. 参数处理：将Java对象转换为SQL参数。

   • 参数处理：将Java对象转换为SQL参数。

3. SQL执行：执行数据库查询。

   • SQL执行：执行数据库查询。

4. 结果处理：将SQL查询结果映射到Java对象。

   • 结果处理：将SQL查询结果映射到Java对象。

执行器类型

MyBatis支持多种执行器类型，如SimpleExecutor、BatchExecutor、ReuseExecutor等。

1. SimpleExecutor：每次执行SQL都创建新的Statement对象。

   • SimpleExecutor：每次执行SQL都创建新的Statement对象，适用于简单的查询操作。

2. BatchExecutor：批量执行SQL，提高性能。

   • BatchExecutor：批量执行SQL，提高性能，适用于批量插入、更新、删除操作。

3. ReuseExecutor：复用Statement对象，减少资源消耗。

   • ReuseExecutor：复用Statement对象，减少资源消耗，适用于频繁执行相同SQL语句的场景。

延迟加载

MyBatis支持延迟加载，在需要时才加载关联对象。

1. 加载时机：根据查询结果或方法调用决定加载关联对象。

   • 加载时机：根据查询结果或方法调用决定加载关联对象，实现延迟加载。

2. 加载策略：懒加载、懒加载+缓存等。

   • 懒加载：在需要时才加载关联对象，实现延迟加载。
   • 懒加载+缓存：在需要时才加载关联对象，并将加载结果缓存起来，提高性能。

扩展机制

MyBatis提供多种扩展机制，如类型处理器、拦截器、方言支持等。

1. 类型处理器：处理Java类型与数据库类型之间的转换。

   • 类型处理器：处理Java类型与数据库类型之间的转换，如IntegerTypeHandler、StringTypeHandler等。

2. 拦截器：拦截SQL执行过程，实现功能扩展。

   • 拦截器：拦截SQL执行过程，实现功能扩展，如Interceptor接口。

3. 方言支持：支持不同的数据库方言。

   • 方言支持：支持不同的数据库方言，如MySQLDialect、OracleDialect等。

通过以上对并发编程和MyBatis知识体系的详细解析，我们可以看到这两个领域之间的紧密联系。并发编程为MyBatis提供了高效的处理能力，而MyBatis则为并发编程提供了持久化的解决方案。在实际开发中，我们可以根据项目需求灵活运用这两个领域的知识，实现高性能、可扩展的系统。

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