并发编程与MyBatis核心解析

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📘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重要领域，它涉及到如何在单个处理器上同时处理多个任务。以下是针对并发编程知识体系的详细描述，旨在深入浅出地讲解相关知识，并补充技术实现细节。

线程基础

线程是并发编程的基本执行单元，它是程序中用于执行任务的序列控制流。以下是线程基础知识的要点：

• 线程生命周期：线程从创建到销毁经历了新建（New）、就绪（Runnable）、运行（Running）、阻塞（Blocked）、等待（Waiting）、超时等待（Timed Waiting）和终止（Terminated）等状态。线程的生命周期管理涉及到操作系统线程调度机制，如线程优先级、调度算法（如轮转调度）等。

• 线程优先级：线程优先级决定了线程在多线程环境中的执行顺序，Java中线程优先级分为1到10共10个等级，优先级高的线程更有可能被调度执行。线程优先级在Java中通过Thread类中的getPriority()和setPriority()方法进行设置，但实际调度效果受底层操作系统调度策略的影响。

• 守护线程：守护线程是服务线程，它为其他线程提供服务，当其他线程执行完毕时，守护线程也会自动结束。在Java中，可以通过调用Thread.setDaemon(true)将线程设置为守护线程。

• 线程池：线程池是一组线程的集合，它能够有效管理线程资源，提高程序执行效率。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、工作队列类型和拒绝策略等。线程池内部通常使用一个阻塞队列来存储等待执行的任务，如LinkedBlockingQueue或ArrayBlockingQueue。拒绝策略如AbortPolicy、CallerRunsPolicy和DiscardPolicy等，用于处理任务无法被处理的情况。

核心参数配置与拒绝策略

线程池的核心参数配置对于线程池的性能至关重要。以下是核心参数配置和拒绝策略的详细说明：

• 核心线程数：线程池中的核心线程数决定了线程池在空闲时保留的线程数量。核心线程数应根据系统资源和任务特点进行配置，过高会导致资源浪费，过低则可能导致响应延迟。

• 最大线程数：线程池中的最大线程数决定了线程池在任务量增加时能够创建的最大线程数量。最大线程数应大于核心线程数，以应对突发的大量任务。

• 线程存活时间：线程在空闲时等待被回收的时间。存活时间应根据系统负载和任务执行时间进行配置，过短可能导致线程频繁创建和销毁，过长则可能导致系统资源紧张。

• 工作队列类型：工作队列用于存放等待执行的任务，常见的队列类型有阻塞队列和非阻塞队列。阻塞队列在队列为空时，会阻塞线程的执行，而非阻塞队列则不会。

• 拒绝策略：当线程池中的线程数量达到最大值，且工作队列已满时，线程池将采用拒绝策略处理新提交的任务。拒绝策略的选择应根据系统需求和任务特性进行。

同步机制

同步机制是保证线程安全的重要手段，以下是几种常见的同步机制：

• 悲观锁/乐观锁：悲观锁假设并发访问会引发冲突，因此在操作数据前先加锁；乐观锁则假设并发访问不会引发冲突，只在操作数据后检查冲突。悲观锁的实现方式包括互斥锁（如synchronized关键字、ReentrantLock）、读写锁（如ReentrantReadWriteLock）等。

• 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。读写锁的实现方式包括共享锁（读锁）和排他锁（写锁），它们通过控制锁的获取和释放来保证线程安全。

• 条件变量：条件变量用于线程间的通信，它允许线程在某些条件下等待，直到其他线程通知它。条件变量的实现方式包括Object的wait()、notify()和notifyAll()方法。

并发集合

并发集合是Java并发编程中用于存储并发访问数据的集合类，以下是几种常见的并发集合：

• ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap实现，适用于高并发场景。ConcurrentHashMap内部采用分段锁（Segment Locking）机制，将数据分为若干段，每段使用独立的锁进行管理，从而提高并发性能。

• CopyOnWrite容器：当多个线程并发访问时，容器在每次修改数据时都会创建一个新的副本，从而避免数据冲突。CopyOnWrite容器适用于读多写少的场景，如ConcurrentHashMap的读写分离版本CopyOnWriteArrayList。

• BlockingQueue：阻塞队列是一种线程安全的队列，它允许线程在队列空时等待，在队列满时阻塞。BlockingQueue的实现方式包括ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue和PriorityBlockingQueue等。

并发工具类

Java并发编程提供了丰富的工具类，以下是几种常用的并发工具类：

• Phaser：Phaser是一个灵活的线程同步工具，它允许线程在执行过程中进行多次同步。Phaser通过维护一个计数器，当所有线程都到达某个点时，计数器减到0，这时所有线程可以继续执行。

• Exchanger：Exchanger允许两个线程在某个点交换数据。Exchanger可以用于实现生产者-消费者模式，如使用CountDownLatch来同步两个线程的交换操作。

• FutureTask：FutureTask是Future接口的实现类，它允许异步执行任务。FutureTask内部使用线程池来执行任务，并提供方法来获取任务结果或取消任务。

非阻塞算法

非阻塞算法是一种避免线程阻塞的技术，以下是几种常见的非阻塞算法：

• CAS原理：Compare-And-Swap（比较并交换）是一种原子操作，它确保了操作的原子性。CAS操作包含三个操作数：内存位置、预期值和新值。如果内存位置的值与预期值相等，则将其更新为新值。

• Atomic类：Atomic类提供了原子操作的方法，用于实现无锁编程。如AtomicInteger、AtomicLong和AtomicReference等类，它们内部使用CAS操作来实现原子性。

• 无锁队列：无锁队列是一种基于CAS原理的线程安全队列。无锁队列通过CAS操作来保证线程安全，无需使用锁，从而提高并发性能。

并发框架

并发框架是用于简化并发编程的框架，以下是几种常见的并发框架：

• Netty线程模型：Netty是一种高性能的NIO框架，它采用主从多线程模型来处理并发连接。Netty通过维护一个主线程（BossThread）和多个工作线程（WorkerThread）来处理客户端连接和业务处理。

• Akka Actor模型：Akka是一个基于Actor模型的并发框架，它允许在分布式系统中实现无锁并发。Akka通过Actor模型将系统划分为多个Actor，每个Actor独立运行，并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，它提供了高效的并发访问。Disruptor通过环形缓冲区和序列化机制来保证线程安全，并提供高效的读写操作。

二、MyBatis知识体系

MyBatis是一个优秀的持久层框架，它将数据库操作封装成简单的Java对象操作。以下是MyBatis知识体系的详细描述，并补充技术实现细节。

SQL映射

SQL映射是MyBatis的核心功能之一，以下是SQL映射的要点：

• 注解映射：MyBatis提供了注解来简化SQL映射的编写，如@Select、@Insert、@Update和@Delete等。这些注解对应着MyBatis的XML映射文件中的SQL语句。

• 结果集映射：MyBatis将数据库查询结果映射到Java对象中，通过@Results、@Result和@ConstructorArg等注解实现。MyBatis使用Ognl表达式来解析结果集并填充Java对象字段。

• 关联查询：MyBatis支持关联查询，通过@One和@Many注解实现一对一和一对多关系。MyBatis通过动态SQL来处理关联查询，通过嵌套的select语句或join操作来获取关联数据。

• 动态SQL：MyBatis支持动态SQL，通过 、 、 和 等标签实现条件判断和分支语句。动态SQL可以根据不同的条件执行不同的SQL语句。

缓存机制

MyBatis提供了强大的缓存机制，以下是缓存机制的要点：

• 一级缓存：MyBatis会为每个SqlSession创建一个一级缓存，用于存储查询结果。一级缓存是SqlSession级别的，当SqlSession关闭时，一级缓存也随之消失。

• 二级缓存：MyBatis支持二级缓存，它可以在多个SqlSession之间共享查询结果。二级缓存是Mapper级别的，可以被多个SqlSession共享。

• 自定义缓存：MyBatis允许自定义缓存，通过实现Cache接口实现。自定义缓存可以提供更灵活的缓存策略，如LRU缓存、FIFO缓存等。

• 代理模式：MyBatis使用代理模式来实现缓存，通过MapperProxy代理Mapper接口。MapperProxy在执行方法时，会根据缓存策略判断是否需要从缓存中获取数据或更新缓存。

执行流程

MyBatis的执行流程如下：

1. 创建SqlSession对象，它是MyBatis的入口点。
2. 创建Mapper接口的代理对象，代理对象将调用MyBatis的XML映射文件中的SQL语句。
3. 调用Mapper接口的方法，执行SQL语句。MyBatis根据SQL语句生成执行计划。
4. 执行数据库操作，返回结果。MyBatis将结果集映射到Java对象中。
5. 关闭SqlSession，释放资源。

执行器类型

MyBatis提供了多种执行器类型，包括：

• 简单执行器：简单执行器适用于单线程环境，它直接执行SQL语句并返回结果。
• 批量执行器：批量执行器适用于批量操作，可以提高性能。批量执行器将多个SQL语句合并为一个批量执行，减少数据库交互次数。
• 缓存执行器：缓存执行器结合了缓存和执行器的优势，它首先尝试从缓存中获取结果，如果缓存中没有，则执行数据库操作并更新缓存。

扩展机制

MyBatis提供了多种扩展机制，包括：

• 类型处理器：类型处理器用于将数据库类型转换为Java类型。MyBatis提供了多种内置的类型处理器，如IntegerTypeHandler、BigDecimalTypeHandler等。用户也可以自定义类型处理器。

• 拦截器：拦截器可以拦截MyBatis的执行过程，实现自定义逻辑。MyBatis提供了多种内置的拦截器，如ExecutorInterceptor、StatementHandlerInterceptor等。用户也可以自定义拦截器。

• 拦截器链：拦截器链可以串联多个拦截器，实现更复杂的逻辑。MyBatis使用拦截器链来拦截MyBatis的执行过程，拦截器链中的每个拦截器都可以执行自己的逻辑。

• 方言支持：MyBatis支持多种数据库方言，如MySQL、Oracle和SQL Server等。MyBatis通过方言支持可以简化数据库操作，提高开发效率。

通过以上对并发编程和MyBatis知识体系的详细描述，我们可以了解到这两个领域的核心概念、技术和应用场景。在实际开发中，我们需要根据具体需求选择合适的并发编程模型和MyBatis功能，以提高程序的性能和可维护性。

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