并发编程核心知识

📕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

1. 线程基础 并发编程的核心是线程，它是程序执行的最小单位。线程的实现通常依赖于操作系统的线程调度机制。在Java中，线程可以通过Thread类或实现Runnable接口来创建。线程具有以下特点：

• 独立控制：线程可以独立地执行，互不干扰。这意味着一个线程的崩溃或异常不会影响其他线程的执行。
• 资源共享：线程可以共享进程中的资源，如内存、文件等。但需要注意的是，线程间的资源共享可能会导致竞态条件，需要通过同步机制来避免。
• 并行执行：多个线程可以同时执行，提高程序执行效率。在多核处理器上，线程的并行执行可以显著提升程序性能。

2. 线程生命周期 线程生命周期包括以下状态：

• 新建（New）：线程对象被创建，但尚未启动。此时线程尚未分配到CPU资源。
• 就绪（Runnable）：线程被调度到就绪队列，等待CPU时间片。就绪状态的线程已经准备好执行，但尚未获得CPU资源。
• 运行（Running）：线程获得CPU时间片，开始执行。运行状态的线程正在使用CPU资源执行任务。
• 阻塞（Blocked）：线程因等待某些资源而无法执行。例如，线程可能因等待互斥锁而阻塞。
• 终止（Terminated）：线程执行完毕或被强制终止。终止状态的线程已经释放了所有资源。

3. 线程优先级 线程优先级用于表示线程获取CPU时间片的优先程度。Java中，线程优先级分为以下等级：

• MAX_PRIORITY：最高优先级，通常为10。
• MIN_PRIORITY：最低优先级，通常为1。
• NORM_PRIORITY：默认优先级，通常为5。

4. 守护线程 守护线程是服务线程，它不会阻止程序退出。当所有非守护线程结束时，程序将自动退出。守护线程通常用于执行一些后台任务，如垃圾回收。在Java中，可以通过调用setDaemon(true)方法将线程设置为守护线程。

5. 线程池 线程池是管理一组线程的容器，它可以提高程序执行效率，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：线程池中保持活跃的线程数量。核心线程数通常设置为可用处理器的数量。
• 最大线程数：线程池中允许的最大线程数量。最大线程数通常设置为核心线程数的两倍。
• 队列类型：工作队列类型，如LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue等。工作队列用于存储等待执行的线程任务。
• 拒绝策略：当线程池达到最大线程数时，如何处理新任务。拒绝策略可以是抛出异常、丢弃任务或提交给其他线程池。

6. 同步机制 同步机制用于解决多线程并发访问共享资源时可能出现的竞态条件。常见的同步机制包括：

• 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，可以使用synchronized关键字或ReentrantLock类来实现悲观锁。
• 乐观锁：假设线程在访问共享资源时不会发生冲突，因此在访问时才加锁。Java中，可以使用Atomic类或ConcurrentHashMap来实现乐观锁。
• 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，可以使用ReentrantReadWriteLock类来实现读写锁。
• 条件变量：线程在等待某个条件成立时，可以挂起等待，直到条件成立。Java中，可以使用Object类的wait()、notify()和notifyAll()方法来实现条件变量。

7. 并发集合 并发集合是专门为多线程环境设计的集合类，如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等。它们提供了线程安全的操作，避免了并发访问时的竞态条件。并发集合通常使用分段锁或CAS算法来实现线程安全。

8. 并发工具类 并发工具类用于简化并发编程，如Phaser、Exchanger、FutureTask等。它们提供了丰富的并发操作，如线程同步、线程通信、任务执行等。例如，Phaser可以用于协调多个线程的执行顺序；Exchanger可以用于在线程间交换数据。

9. 非阻塞算法 非阻塞算法是一种不依赖于锁和等待机制的并发算法，如CAS（Compare-And-Swap）算法。CAS算法利用硬件指令实现无锁操作，提高了并发性能。非阻塞算法适用于高并发场景，但实现复杂度较高。

10. 无锁队列 无锁队列是一种基于CAS算法实现的并发队列，如ConcurrentLinkedQueue。它避免了锁的开销，提高了并发性能。无锁队列适用于高并发场景，但可能存在内存碎片问题。

11. 并发框架 并发框架是用于简化并发编程的工具，如Netty、Akka、Disruptor等。它们提供了丰富的并发编程组件和抽象，降低了并发编程的难度。并发框架通常使用事件驱动或actor模型来实现并发编程。

二、MyBatis知识体系

1. SQL映射 SQL映射是MyBatis的核心功能，它将Java对象与数据库表进行映射。SQL映射包括以下内容：

• 注解映射：使用注解定义SQL映射关系。例如，可以使用@Select注解定义查询语句。
• 结果集映射：将数据库表中的字段映射到Java对象的属性。例如，可以使用@Results注解定义映射关系。
• 关联查询：处理多表关联查询，如一对一、一对多、多对多关系。例如，可以使用@One、@Many注解定义关联关系。

2. 动态SQL 动态SQL允许在运行时根据条件动态生成SQL语句。MyBatis提供了以下动态SQL功能：

• OGNL表达式：使用OGNL表达式动态构建SQL语句。OGNL是一种表达式语言，用于访问对象的属性和执行简单的逻辑运算。
• 分支语句：根据条件动态选择执行不同的SQL语句。例如，可以使用<if>标签实现条件分支。
• 批量操作：同时执行多条SQL语句。例如，可以使用<foreach>标签实现批量插入或更新操作。

3. 缓存机制 MyBatis提供了两种缓存机制：

• 一级缓存：会话级别的缓存，用于存储查询结果。一级缓存是MyBatis的默认缓存机制。
• 二级缓存：全局级别的缓存，用于存储查询结果。二级缓存可以跨会话共享，但需要手动配置。

4. 自定义缓存 MyBatis允许自定义缓存实现，以适应不同的应用场景。自定义缓存需要实现Cache接口。自定义缓存可以提供更灵活的缓存策略，如基于LRU算法的缓存淘汰策略。

5. 代理模式 MyBatis使用代理模式来实现动态代理，如MapperProxy。代理模式可以动态生成代理对象，实现Mapper接口。动态代理可以减少代码量，提高开发效率。

6. 插件拦截 MyBatis允许使用插件拦截SQL执行过程，如执行器拦截、类型处理器拦截等。插件拦截可以用于统计SQL执行时间、日志记录等。插件拦截可以提高代码的可扩展性和可维护性。

7. 动态代理执行流程 MyBatis使用动态代理执行Mapper接口的方法。动态代理执行流程如下：

• 创建代理对象：使用Cglib或JDK动态代理技术创建代理对象。
• 调用代理对象的方法：代理对象的方法调用将被转发到目标对象的方法。
• 执行代理对象的拦截器链：代理对象的方法调用将经过拦截器链的处理。
• 执行Mapper接口的方法：拦截器链处理完成后，执行Mapper接口的方法。
• 返回执行结果：Mapper接口的方法执行完成后，返回执行结果。

8. SqlSession生命周期 SqlSession是MyBatis的核心接口，用于操作数据库。SqlSession生命周期包括以下阶段：

• 创建SqlSession：通过SqlSessionFactory创建SqlSession。
• 使用SqlSession执行数据库操作：使用SqlSession执行查询、更新、删除等数据库操作。
• 关闭SqlSession：关闭SqlSession，释放数据库连接和其他资源。

9. 执行器类型 MyBatis提供了多种执行器类型，如SimpleExecutor、ReusingExecutor、BatchingExecutor等。执行器类型决定了SQL执行的策略。例如，SimpleExecutor采用预编译SQL语句的方式执行查询，而BatchingExecutor采用批量执行SQL语句的方式提高执行效率。

10. 延迟加载 延迟加载是一种优化技术，它将关联查询的执行延迟到真正需要时。MyBatis支持延迟加载，以减少数据库访问次数。例如，可以使用<Lazy>标签定义延迟加载的关联关系。

11. 扩展机制 MyBatis提供了丰富的扩展机制，如类型处理器、拦截器链、方言支持等。扩展机制可以满足不同的应用需求。例如，可以自定义类型处理器来处理自定义类型的数据；可以自定义拦截器来拦截SQL执行过程。

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