并发编程核心知识体系

📕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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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，其核心在于如何高效地管理和调度。线程的生命周期是理解并发编程的基础。从创建到销毁，线程经历了多个状态变化。在Java中，线程的状态可以通过Thread类及其子类来管理。

• 线程生命周期：线程状态包括新建（NEW）、可运行（RUNNABLE）、阻塞（BLOCKED）、等待（WAITING）、计时等待（TIMED_WAITING）和终止（TERMINATED）。在Java虚拟机中，线程创建后默认处于新建状态，调用start()方法后进入可运行状态，随后根据调度策略进入运行或阻塞状态。线程执行完毕或因异常终止后，进入终止状态。

• 线程优先级：Java中线程优先级分为1到10共10个等级，数值越高优先级越高。线程优先级只是一种建议，Java虚拟机并不保证其执行顺序。

• 守护线程：守护线程是一种特殊的线程，它为其他线程提供服务。当所有非守护线程结束时，Java虚拟机会自动终止守护线程。

• 线程池：线程池是Java并发编程中的重要工具，它管理一组同类型的线程，并提供执行任务的方法。线程池可以有效地控制线程的创建和销毁，提高应用程序的响应速度。Java提供了ThreadPoolExecutor类来实现线程池。

核心参数配置

线程池的核心参数配置对于线程池的性能至关重要。

• 核心线程数：核心线程数是线程池维护的最小线程数，即使没有任务执行，这些线程也保持活动状态。

• 最大线程数：最大线程数是线程池能够创建的最大线程数，当任务数量超过最大线程数时，将采用拒绝策略处理。

• 保持活动时间：空闲线程在终止前可以保持存活的最长时间，超过这个时间线程将被回收。

• 工作队列：工作队列用于存储等待执行的任务，常见的队列类型有LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue等。

拒绝策略

线程池的拒绝策略决定了当任务无法被处理时的行为。

• CallerRunsPolicy：将任务回退到调用者线程中执行，适用于对实时性要求不高的场景。

• AbortPolicy：抛出异常，终止当前任务，适用于对实时性要求较高的场景。

• DiscardPolicy：不执行当前任务，也不抛出异常，适用于任务不重要或任务执行失败不会影响程序运行的情况。

• DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最早的未执行任务，适用于任务执行顺序不重要的情况。

同步机制

同步机制是确保并发操作安全的关键。

• 悲观锁：悲观锁假设并发操作会导致冲突，因此在操作数据前先加锁，确保数据的一致性。常用的悲观锁有synchronized关键字和ReentrantLock等。

• 乐观锁：乐观锁假设并发操作不会导致冲突，因此在操作数据时不加锁，通过版本号或其他机制来保证数据的一致性。乐观锁适用于读多写少的场景。

• 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，从而提高并发性能。读写锁有ReentrantReadWriteLock等实现。

• 条件变量：条件变量允许线程在满足某个条件时等待，直到条件满足后继续执行。Java中可以使用Object类的wait()、notify()和notifyAll()方法来实现条件变量。

并发集合

并发集合是Java并发编程中常用的工具类。

• ConcurrentHashMap：ConcurrentHashMap是线程安全的HashMap实现，它通过分段锁（Segment Lock）技术实现并发访问。

• CopyOnWrite容器：CopyOnWrite容器适用于读多写少的场景，每次修改都会复制整个容器，从而避免线程安全问题。

• BlockingQueue：BlockingQueue是线程安全的队列实现，它支持阻塞操作，即当队列满时，生产者线程会等待；当队列空时，消费者线程会等待。

并发工具类

Java提供了一系列并发工具类，用于简化并发编程。

• Phaser：Phaser是一个支持分阶段并发执行的工具类，它允许线程在执行过程中进行阶段性的等待。

• Exchanger：Exchanger允许两个线程在某个时刻交换数据，适用于线程间需要交换数据的场景。

• FutureTask：FutureTask是异步计算结果的Future实现，它允许客户端线程提交任务，并获取任务执行的结果。

非阻塞算法

非阻塞算法在并发编程中有着广泛的应用。

• CAS原理：Compare-And-Swap（比较并交换）是一种无锁算法，它通过原子操作来保证数据的一致性。

• Atomic类：Atomic类提供了一系列原子操作的方法，如AtomicInteger、AtomicLong等，用于实现无锁编程。

• 无锁队列：无锁队列基于CAS原理实现，它允许多个线程并发访问，无需加锁。

并发框架

并发框架提供了一系列的并发编程模型和工具，帮助开发者构建高性能的并发应用程序。

• Netty线程模型：Netty使用主从多线程模型，一个Boss线程负责处理连接请求，多个Worker线程负责处理读写操作。

• Akka Actor模型：Akka是基于Actor模型的并发框架，每个Actor独立运行，通过消息传递进行通信。

• Disruptor环形缓冲区：Disruptor是一个高性能的环形缓冲区实现，它用于处理高并发场景。

MyBatis知识体系

SQL映射

MyBatis通过SQL映射将数据库操作映射到Java对象或集合。

• 注解映射：MyBatis支持使用注解来指定SQL映射关系，例如@Select、@Insert、@Update、@Delete等。

• 结果集映射：MyBatis将SQL查询结果映射到Java对象或集合，通过resultMap标签实现。

• 关联查询：MyBatis支持处理一对多、多对多等关联关系，通过association和collection标签实现。

• 动态SQL：MyBatis支持根据条件动态构建SQL语句，通过 、 、 、 等标签实现。

OGNL表达式

OGNL表达式用于访问对象的属性和方法，在MyBatis中用于动态SQL映射。

分支语句

在动态SQL中，分支语句根据条件选择不同的SQL片段，例如 、 、 、 等。

批量操作

MyBatis支持批量插入、批量更新等操作，通过 标签实现。

缓存机制

MyBatis提供了一级缓存和二级缓存机制，以及自定义缓存实现。

• 一级缓存：SqlSession级别的缓存，用于缓存查询结果。

• 二级缓存：全局缓存，用于缓存对象。

• 自定义缓存：自定义缓存实现，提高缓存性能。

• 代理模式：通过代理实现缓存功能。

MapperProxy插件

MapperProxy是MyBatis的代理实现，用于拦截Mapper接口的执行。

动态代理执行流程

MyBatis通过动态代理实现Mapper接口的代理，代理对象在执行方法时会调用MyBatis的拦截器链。

SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心对象，负责数据库操作，其生命周期包括创建、使用和关闭。

执行器类型

MyBatis提供了多种执行器类型，如SimpleExecutor、ReusingExecutor、BatchExecutor等。

延迟加载

MyBatis支持延迟加载，在加载关联对象时，延迟加载可以提高性能。

扩展机制

MyBatis提供了多种扩展机制，如插件、拦截器等。

类型处理器

类型处理器负责将数据库中的数据类型转换为Java对象中的数据类型。

拦截器链

拦截器链负责拦截数据库操作，实现自定义逻辑。

方言支持

MyBatis支持多种数据库方言，如MySQL、Oracle等。

总结

并发编程和MyBatis是Java开发中重要的知识体系。通过掌握这些知识点，我们可以提高应用程序的并发性能和数据库操作效率。在实际开发中，我们需要根据具体场景选择合适的并发策略和MyBatis配置，以达到最佳效果。

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