并发编程精讲

📕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。

Java程序员廖志伟

🌾阅读前,快速浏览目录和章节概览可帮助了解文章结构、内容和作者的重点。了解自己希望从中获得什么样的知识或经验是非常重要的。建议在阅读时做笔记、思考问题、自我提问,以加深理解和吸收知识。阅读结束后,反思和总结所学内容,并尝试应用到现实中,有助于深化理解和应用知识。与朋友或同事分享所读内容,讨论细节并获得反馈,也有助于加深对知识的理解和吸收。💡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。

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一、并发编程知识体系

  1. 线程基础

线程是并发编程的核心,它允许程序在单个处理器上同时执行多个任务。在Java中,线程的实现是基于操作系统的原生线程,但Java提供了自己的线程模型来简化线程的创建和管理。

(1)线程状态:Java线程的状态转换遵循特定的生命周期。线程状态包括创建(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线程调度和同步的关键。

(2)线程创建:Java提供了多种创建线程的方式。实现Runnable接口是一种常见的方法,它允许你定义线程要执行的任务。继承Thread类是另一种方式,但这种方式不利于代码复用,因为它限制了继承。线程池是一种更高级的线程管理方式,它预先创建一组线程,这些线程可以被重复用于执行多个任务。

  1. 线程生命周期

线程的生命周期可以分为以下阶段:

(1)新建(New):线程对象被创建,但尚未启动。

(2)就绪(Runnable):线程对象创建后,调用start()方法使其处于可运行状态。

(3)运行(Running):线程获得CPU时间,开始执行。

(4)阻塞(Blocked):线程由于等待某些条件(如锁)而无法继续执行。

(5)等待(Waiting):线程在等待某个特定条件成立,调用wait()方法进入等待状态。

(6)超时等待(Timed Waiting):线程在等待某个特定条件成立,但设置了超时时间,调用wait(long timeout)方法。

(7)终止(Terminated):线程执行完毕,生命周期结束。

  1. 线程优先级

线程优先级决定了线程在CPU调度中的优先级。Java线程优先级分为10个等级,从最低的1到最高的10。线程的优先级可以通过setPriority(int)方法设置,但实际效果依赖于操作系统的线程调度策略。

  1. 守护线程

守护线程(Daemon Thread)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,守护线程也会自动结束。守护线程通常用于后台任务,如垃圾回收。

  1. 线程池

线程池是一种管理线程的机制,它允许程序重用一组线程。线程池通过以下参数进行配置:

(1)核心线程数:线程池维护的基本线程数,即使没有任务提交,这些线程也会一直存在。

(2)最大线程数:线程池允许的最大线程数,当任务量增加时,可以创建更多线程。

(3)存活时间:线程空闲时间达到此值,则线程被终止。

(4)工作队列:存储等待执行的任务。

(5)拒绝策略:当任务无法被线程池执行时,采取的拒绝策略,如丢弃任务、抛出异常等。

  1. 同步机制

同步机制用于确保多个线程在访问共享资源时不会相互干扰。

(1)悲观锁/乐观锁:悲观锁假设并发访问会导致数据不一致,因此在访问共享资源时加锁。乐观锁则假设并发访问不会导致数据不一致,只有在数据冲突时才加锁。

(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。这种锁可以提高读操作的并发性。

(3)条件变量:条件变量允许线程在等待某个条件成立时挂起,直到条件成立。

(4)并发集合:如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等,它们提供了线程安全的集合操作。

  1. 并发工具类

(1)Phaser:Phaser是一个线程同步工具,它允许一组线程在某个点同步。

(2)Exchanger:Exchanger允许两个线程交换数据。

(3)FutureTask:FutureTask是一个可以存储异步计算结果的线程。

(4)非阻塞算法:如CAS(Compare-And-Swap)算法,用于实现无锁编程。

  1. CAS原理

CAS(Compare-And-Swap)算法是一种无锁编程技术,它通过比较和交换操作实现线程同步。CAS包含三个操作数:内存位置V、预期值A和新值B。当内存位置V的值等于预期值A时,将内存位置V的值修改为新值B,否则不做任何操作。

  1. Atomic类

Atomic类提供了一系列的原子操作,如AtomicInteger、AtomicLong等。这些类保证了操作过程中的原子性,适用于多线程环境。

  1. 无锁队列

无锁队列是一种线程安全的队列,它不依赖于锁来实现线程同步。这种队列通常使用CAS算法和循环链表来实现。

  1. 并发框架

(1)Netty线程模型:Netty采用主从多线程模型,主线程负责处理连接,从线程负责处理读写操作。

(2)Akka Actor模型:Akka是一个基于actor模型的并发框架,它将并发编程简化为消息传递。

(3)Disruptor环形缓冲区:Disruptor是一个高性能的并发框架,它使用环形缓冲区来存储数据,并使用CAS算法实现线程同步。

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。

(1)注解映射:MyBatis使用注解来定义SQL语句,如@Select、@Insert、@Update、@Delete等。

(2)结果集映射:MyBatis将数据库表映射到Java对象,包括字段映射、关联映射等。

(3)关联查询:MyBatis支持多表关联查询,可以使用@One、@Many等注解来定义关联关系。

(4)动态SQL:MyBatis使用 、 、 等标签实现动态SQL,可以根据条件动态生成SQL语句。

  1. OGNL表达式

OGNL表达式语言用于在MyBatis中获取Java对象的属性值,它可以简化对复杂对象的访问。

  1. 分支语句

分支语句用于处理SQL语句中的条件分支,可以根据条件动态选择不同的SQL语句执行。

  1. 批量操作

批量操作允许同时执行多条SQL语句,提高数据库操作效率。

  1. 缓存机制

MyBatis提供了两种缓存机制:一级缓存和二级缓存。

(1)一级缓存:会话缓存,仅在当前会话中有效。

(2)二级缓存:全局缓存,可在多个会话间共享。

  1. 自定义缓存

自定义缓存允许用户自定义缓存实现,以适应特定场景。

  1. 代理模式

MyBatis使用代理模式实现Mapper接口的动态代理,动态代理负责执行Mapper接口的方法。

  1. MapperProxy

MapperProxy是MyBatis的动态代理实现,它负责执行Mapper接口的方法。

  1. 插件拦截

MyBatis插件允许用户自定义插件,拦截SQL执行过程,如日志记录、性能监控等。

  1. 动态代理执行流程

动态代理执行流程如下:

(1)创建MapperProxy实例。

(2)调用MapperProxy的invoke方法。

(3)根据方法名称查找对应的Mapper接口方法。

(4)执行Mapper接口方法。

  1. SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心对象,它负责执行SQL语句。SqlSession生命周期包括以下阶段:

(1)创建SqlSession。

(2)执行SQL语句。

(3)关闭SqlSession。

  1. 执行器类型

MyBatis提供了多种执行器类型,如SimpleExecutor、ReusingExecutor、BatchExecutor等,它们分别适用于不同的场景。

  1. 延迟加载

延迟加载是指在实际需要时才加载对象,以提高系统性能。

  1. 扩展机制

MyBatis提供了多种扩展机制,如类型处理器、拦截器链、方言支持等,这些机制允许用户自定义MyBatis的行为。

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提供了基于BP(Back Propagation)神经网络结合PID(比例-积分-微分)控制策略的Simulink仿真模型。该模型旨在实现对杨艺所著论文《基于S函数的BP神经网络PID控制器及Simulink仿真》中的理论进行实践验证。在Matlab 2016b环境下开发,经过测试,确保能够正常运行,适合学习和研究神经网络在控制系统中的应用。 特点 集成BP神经网络:模型中集成了BP神经网络用于提升PID控制器的性能,使之能更好地适应复杂控制环境。 PID控制优化:利用神经网络的自学习能力,对传统的PID控制算法进行了智能调整,提高控制精度和稳定性。 S函数应用:展示了如何在Simulink中通过S函数嵌入MATLAB代码,实现BP神经网络的定制化逻辑。 兼容性说明:虽然开发于Matlab 2016b,但理论上兼容后续版本,可能会需要调整少量配置以适配不同版本的Matlab。 使用指南 环境要求:确保你的电脑上安装有Matlab 2016b或更高版本。 模型加载: 下载本仓库到本地。 在Matlab中打开.slx文件。 运行仿真: 调整模型参数前,请先熟悉各模块功能和输入输出设置。 运行整个模型,观察控制效果。 参数调整: 用户可以自由调节神经网络的层数、节点数以及PID控制器的参数,探索不同的控制性能。 学习和修改: 通过阅读模型中的注释和查阅相关文献,加深对BP神经网络与PID控制结合的理解。 如需修改S函数内的MATLAB代码,建议有一定的MATLAB编程基础。
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