并发编程知识精粹

📕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。

🌾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。

一、并发编程知识体系

1. 线程基础

线程是并发编程的核心概念，它是程序执行流的最小单元。在Java中，线程分为用户线程和守护线程两种类型。

（1）线程生命周期：线程的生命周期通常分为六个状态：新建（New）、可运行（Runnable）、阻塞（Blocked）、等待（Waiting）、计时等待（Timed Waiting）和终止（Terminated）。线程的创建、运行和销毁涉及到复杂的状态转换，其中，线程的创建通常通过Thread类或Runnable接口实现，线程的终止则是通过调用线程的stop()方法（已不推荐使用）或等待线程自然结束。

（2）线程优先级：Java线程的优先级分为1到10级，优先级高的线程可以获得更多的CPU时间。线程的优先级通过Thread类中的setPriority()方法设置，但优先级设置并不能保证高优先级线程一定会获得更多的CPU时间，因为线程的调度还受到线程状态、系统负载等因素的影响。

（3）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。当没有非守护线程正在运行时，Java虚拟机（JVM）会退出。因此，所有非守护线程运行完毕后，JVM会自动终止，包括守护线程。在Java应用中，守护线程通常用于执行一些后台任务，如垃圾回收。

2. 线程池

线程池是管理一组线程的容器，可以有效地控制线程的数量和复用线程。在Java中，可以通过Executors工厂类创建不同类型的线程池。

（1）核心线程数：线程池中最小的工作线程数。核心线程在启动时就会创建，即使线程池中没有任务需要执行。

（2）最大线程数：线程池中最大工作线程数。当核心线程无法处理任务时，线程池会创建新的线程，直到达到最大线程数。

（3）存活时间：空闲线程存活的最大时间。在空闲时间超过存活时间后，线程池会自动回收空闲线程。

（4）拒绝策略：当任务过多，线程池无法处理时，如何拒绝任务。常见的拒绝策略有：抛出异常、返回Future、丢弃任务等。

（5）工作队列：存储等待执行的任务。常见的工作队列有：LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue、SynchronousQueue等。

3. 同步机制

同步机制用于保证多个线程在访问共享资源时，不会发生冲突。在Java中，同步机制主要依靠synchronized关键字实现。

（1）悲观锁：悲观锁在操作共享资源之前，先获取锁，确保在操作过程中不会被其他线程干扰。在Java中，synchronized关键字可以用来实现悲观锁。

（2）乐观锁：乐观锁在操作共享资源时，不先获取锁，而是通过版本号或时间戳等机制来确保操作的原子性。常见的乐观锁实现方式有：基于版本号的乐观锁、基于时间戳的乐观锁等。

（3）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。读写锁可以提高并发性能，特别是在读多写少的场景下。在Java中，可以使用ReentrantReadWriteLock实现读写锁。

（4）条件变量：条件变量允许线程在某些条件下暂停执行，直到满足条件后继续执行。在Java中，可以使用Object类中的wait()、notify()和notifyAll()方法实现条件变量。

4. 并发集合

并发集合是专为并发环境设计的集合类，主要包括以下几种：

（1）ConcurrentHashMap：ConcurrentHashMap内部采用分段锁机制，将数据分成若干段，每个段有自己的锁。这样可以提高并发性能，尤其是在高并发场景下。

（2）CopyOnWrite容器：CopyOnWrite容器在写操作时，先复制底层数据结构，然后进行修改，最后将新数据结构赋值给原容器。这种机制可以保证读操作的线程安全性，但在写操作较多的情况下，性能会有所下降。

（3）BlockingQueue：BlockingQueue是线程安全的队列，支持生产者-消费者模式。BlockingQueue内部采用ReentrantLock和Condition实现线程同步，保证了线程安全。

5. 并发工具类

（1）Phaser：Phaser是一种可扩展的同步工具，用于解决多个线程间的同步问题。Phaser支持线程的注册、取消、等待、完成等操作。

（2）Exchanger：Exchanger允许两个线程在某个条件下交换数据。当两个线程都到达Exchanger时，它们可以交换数据，然后继续执行。

（3）FutureTask：FutureTask是一个可以异步执行任务的线程，返回Future对象，可以获取执行结果。FutureTask内部使用Thread类实现线程的执行。

（4）非阻塞算法：在多线程环境下，不使用锁或同步机制，通过CAS原理和Atomic类实现原子操作。非阻塞算法可以提高并发性能，但实现难度较大。

6. 并发框架

（1）Netty线程模型：Netty采用主从多线程模型，将任务分配给多个工作线程，提高并发性能。主线程负责接收和处理连接，工作线程负责处理业务逻辑。

（2）Akka Actor模型：Akka是一个基于Actor模型的并发框架，通过Actor之间的消息传递实现并发编程。Actor模型可以简化并发编程的复杂性，提高并发性能。

（3）Disruptor环形缓冲区：Disruptor是一种高性能的并发框架，通过环形缓冲区和事件发布者实现并发处理。Disruptor可以保证高吞吐量和低延迟，适用于高并发场景。

二、MyBatis知识体系

1. SQL映射

MyBatis通过XML或注解的方式定义SQL映射，实现数据库操作。

（1）注解映射：使用@Select、@Insert、@Update、@Delete等注解定义SQL语句。注解映射可以提高开发效率，降低代码量。

（2）结果集映射：定义SQL查询结果与Java对象的映射关系。MyBatis提供了丰富的映射方式，如一对一、一对多、多对多等。

（3）关联查询：通过@One、@Many等注解实现一对一、一对多关联查询。关联查询可以简化SQL语句，提高开发效率。

（4）动态SQL：使用 、 、 等标签实现动态SQL语句。动态SQL可以提高SQL的灵活性和可重用性。

2. 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：会话级别的缓存，默认开启。一级缓存可以减少数据库的访问次数，提高系统性能。

（2）二级缓存：映射级别的缓存，需要手动开启。二级缓存可以跨会话使用，提高系统性能。

（3）自定义缓存：通过实现Cache接口自定义缓存。自定义缓存可以实现复杂的缓存策略，如本地缓存、分布式缓存等。

（4）代理模式：MyBatis使用代理模式实现动态代理，将SQL操作封装在代理类中。代理模式可以提高开发效率，降低代码量。

3. 执行流程

MyBatis执行流程如下：

（1）构建SqlSession：通过SqlSessionFactory创建SqlSession。SqlSession是MyBatis的会话对象，负责数据库连接、事务管理、SQL执行等功能。

（2）构建MapperProxy：通过代理模式生成MapperProxy。MapperProxy是MyBatis的映射代理，负责执行SQL操作。

（3）执行方法：通过MapperProxy执行SQL操作。MapperProxy会根据SQL映射生成对应的SQL语句，并执行SQL操作。

（4）SqlSession生命周期：SqlSession在执行完成后，需要关闭。关闭SqlSession会释放数据库连接、提交或回滚事务等功能。

4. 执行器类型

MyBatis提供了以下几种执行器类型：

（1）SimpleExecutor：简单执行器，适用于单条SQL执行。SimpleExecutor不缓存预处理语句和参数。

（2）ReusingExecutor：重用执行器，适用于批量SQL执行。ReusingExecutor会缓存预处理语句和参数，提高批量执行的性能。

（3）BatchExecutor：批量执行器，适用于大量SQL执行。BatchExecutor会批量提交SQL语句，减少数据库访问次数，提高系统性能。

5. 延迟加载

MyBatis支持延迟加载，通过@Lazy注解实现。延迟加载可以提高系统性能，特别是在数据量大、查询复杂的情况下。

6. 扩展机制

MyBatis提供了以下扩展机制：

（1）类型处理器：自定义类型转换器。类型处理器可以将数据库类型转换为Java类型，也可以将Java类型转换为数据库类型。

（2）拦截器链：自定义拦截器，实现SQL执行过程中的拦截。拦截器可以用来监控SQL执行过程，或者实现特定的业务逻辑。

（3）方言支持：自定义方言，支持不同数据库的语法。MyBatis提供了丰富的数据库方言支持，如MySQL、Oracle、SQL Server等。

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