并发编程与MyBatis核心解析

📕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

并发编程是计算机科学中的一个重要领域，它涉及到多线程的创建、同步以及调度。在多核处理器和分布式计算的大背景下，并发编程对于提高程序性能和资源利用率至关重要。以下将详细阐述并发编程的核心知识点，并深入探讨其技术实现细节。

1. 线程基础

线程是程序执行的最小单元，是操作系统能够进行运算调度的最小单位。线程的实现依赖于操作系统的线程调度机制。

（1）线程生命周期

线程的生命周期分为新建（New）、就绪（Runnable）、运行（Running）、阻塞（Blocked）、等待（Waiting）、超时等待（Timed Waiting）和终止（Terminated）六个状态。线程状态之间的转换依赖于线程的调度策略和同步机制。

• 新建状态：线程被创建后处于此状态，此时线程尚未分配资源。
• 就绪状态：线程分配到资源后，等待被调度执行。
• 运行状态：线程被调度执行，正在执行任务。
• 阻塞状态：线程由于某些原因无法执行，如等待锁、等待I/O操作等。
• 等待状态：线程处于等待某个条件成立，如等待某个对象的通知。
• 超时等待状态：线程等待某个条件成立，但设置了超时时间。
• 终止状态：线程执行完毕或被终止。

（2）线程优先级

线程优先级表示线程在执行过程中的优先程度，优先级高的线程获得更多的执行机会。Java中，线程优先级分为1到10共10个等级，1为最低优先级，10为最高优先级。线程优先级由操作系统根据线程的优先级和线程调度策略进行调度。

（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，当其他线程执行完毕时，守护线程也会随之结束。Java虚拟机保证在JVM关闭之前，所有非守护线程都执行完毕。守护线程常用于后台任务处理，如垃圾回收器。

（4）线程池

线程池是一种管理线程的机制，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：线程池维护的最少线程数，即使没有任务提交，这些线程也会一直在线程池中等待。
• 最大线程数：线程池允许的最大线程数，当任务提交过多时，超出核心线程数的任务将等待线程池中有空闲线程。
• 队列类型：线程池中用来存放等待执行的任务队列类型，如LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue等。不同类型的队列具有不同的性能特点。
• 拒绝策略：当任务无法被处理时，如何拒绝任务，如AbortPolicy、CallerRunsPolicy等。拒绝策略的选择会影响线程池的稳定性和性能。

2. 同步机制

同步机制是保证线程安全的重要手段，以下介绍几种常见的同步机制。

（1）悲观锁/乐观锁

悲观锁假设在执行过程中，数据会被多个线程并发访问，因此采用锁定机制，防止数据冲突。乐观锁则认为数据冲突的概率较低，采用非锁定机制，仅在检测到冲突时进行回滚。

• 悲观锁：使用锁（如synchronized关键字、ReentrantLock等）来保证数据的一致性。在Java中，悲观锁的实现通常依赖于监视器锁（Monitor）机制。
• 乐观锁：在操作数据时，不使用锁，而是通过版本号或时间戳来检测数据是否被其他线程修改。当检测到数据冲突时，进行回滚操作。

（2）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。读写锁分为共享锁（读锁）和排他锁（写锁）。

• 读写锁：读写锁（如ReentrantReadWriteLock）允许多个线程同时读取数据，但写入数据时需要独占访问。读写锁可以提高并发性能，特别是在读操作远多于写操作的场景。

（3）条件变量

条件变量允许线程在某个条件下等待，直到其他线程通知该线程继续执行。

• 条件变量：条件变量（如Object.wait()、Object.notify()、Object.notifyAll()）允许线程在某个条件下等待，直到其他线程通过调用notify()或notifyAll()方法唤醒等待的线程。

3. 并发集合

并发集合是专为并发环境设计的集合类，以下介绍几种常见的并发集合。

（1）ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap是Java中线程安全的HashMap实现，它通过分段锁的方式提高并发性能。

• 分段锁：ConcurrentHashMap将数据分为多个段（Segment），每个段使用独立的锁来保证线程安全。当多个线程访问不同段的数据时，可以并发进行，从而提高并发性能。

（2）CopyOnWrite容器

CopyOnWrite容器在修改元素时，会创建一个新容器，并将修改后的元素复制到新容器中，从而保证线程安全。

• CopyOnWrite机制：CopyOnWrite容器在修改元素时，会复制整个容器，然后对复制的容器进行修改。这样可以避免在修改过程中出现数据不一致的问题。

（3）BlockingQueue

BlockingQueue是一种线程安全的队列，它支持生产者-消费者模式。

• 生产者-消费者模式：BlockingQueue允许生产者线程将数据放入队列，消费者线程从队列中取出数据。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。

4. 并发工具类

以下介绍几种常见的并发工具类。

（1）Phaser

Phaser是一种协调多个线程执行顺序的工具，它允许线程在执行过程中进行等待和通知。

• Phaser机制：Phaser通过维护一个计数器来协调线程的执行顺序。线程在执行过程中可以调用await()方法等待其他线程，也可以调用arriveAndDeregister()方法通知其他线程。

（2）Exchanger

Exchanger允许两个线程交换数据，适用于需要交换数据的场景。

• Exchanger机制：Exchanger允许两个线程在某个时刻交换数据。当两个线程都到达交换点时，它们会交换数据，然后继续执行。

（3）FutureTask

FutureTask是一个异步执行任务的工具，它可以获取任务执行的结果。

• FutureTask机制：FutureTask通过继承Runnable接口和实现Future接口来实现异步执行任务。当任务执行完成后，可以通过Future接口获取任务执行的结果。

（4）非阻塞算法

非阻塞算法是一种在并发环境下，不使用锁机制保证线程安全的算法。

• 非阻塞算法：非阻塞算法通过原子操作、比较交换（CAS）等机制实现线程安全，避免了锁的开销，提高了并发性能。

5. 并发框架

以下介绍几种常见的并发框架。

（1）Netty线程模型

Netty采用主从多线程模型，主线程负责接收客户端连接，从线程负责处理客户端请求。

• 主从多线程模型：主线程负责接收客户端连接，从线程负责处理客户端请求。这种模型可以提高并发性能，降低主线程的负载。

（2）Akka Actor模型

Akka是一个基于Actor模型的并发框架，它将并发编程抽象为消息传递。

• Actor模型：Actor模型是一种并发编程模型，它将并发编程抽象为消息传递。每个Actor独立执行，通过发送和接收消息进行通信。

（3）Disruptor环形缓冲区

Disruptor是一种高性能的环形缓冲区，它采用无锁编程技术，提供高性能的并发访问。

• 环形缓冲区：Disruptor使用环形缓冲区来存储数据，通过无锁编程技术实现线程安全。环形缓冲区具有高性能、低延迟的特点，适用于高并发场景。

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Java对象，简化了数据库编程。以下介绍MyBatis的核心知识点，并深入探讨其技术实现细节。

1. SQL映射

SQL映射是指将Java对象与数据库表之间的映射关系。MyBatis支持以下几种映射方式：

（1）注解映射

使用注解将Java对象属性与SQL语句中的列进行映射。

• 注解映射：MyBatis提供了一系列注解，如@Select、@Insert、@Update、@Delete等，用于将Java对象属性与SQL语句中的列进行映射。

（2）结果集映射

将查询结果集中的列映射到Java对象属性。

• 结果集映射：MyBatis通过XML映射文件或注解的方式，将查询结果集中的列映射到Java对象属性。

（3）关联查询映射

将多表查询结果映射到Java对象属性。

• 关联查询映射：MyBatis支持多表关联查询，并将查询结果映射到Java对象属性。

2. 动态SQL

动态SQL允许根据不同条件生成不同的SQL语句。MyBatis支持以下动态SQL功能：

（1）OGNL表达式

使用OGNL表达式动态生成SQL语句。

• OGNL表达式：OGNL（Object-Graph Navigation Language）是一种表达式语言，用于在运行时动态生成SQL语句。

（2）分支语句

根据条件执行不同的SQL语句。

• 分支语句：MyBatis支持if、choose、when、otherwise等分支语句，根据条件执行不同的SQL语句。

（3）批量操作

支持批量插入、更新、删除等操作。

• 批量操作：MyBatis支持批量插入、更新、删除等操作，提高数据库操作效率。

3. 缓存机制

MyBatis支持一级缓存和二级缓存，以下介绍两种缓存机制。

（1）一级缓存

一级缓存是SqlSession级别的缓存，用于存储SqlSession执行过的查询结果。

• SqlSession缓存：一级缓存存储在SqlSession对象中，当SqlSession关闭时，一级缓存也随之失效。

（2）二级缓存

二级缓存是全局缓存，用于存储多个SqlSession共享的查询结果。

• 全局缓存：二级缓存存储在MyBatis的全局配置文件中，多个SqlSession可以共享二级缓存。

（3）自定义缓存

自定义缓存允许开发者自定义缓存实现。

• 自定义缓存：MyBatis允许开发者自定义缓存实现，以满足特定需求。

4. 代理模式

MyBatis使用代理模式实现Mapper接口的动态代理，以下介绍代理模式相关概念。

（1）MapperProxy

MapperProxy是MyBatis中实现动态代理的类。

• MapperProxy：MapperProxy是MyBatis中实现动态代理的类，它负责生成代理对象，并处理代理对象的方法调用。

（2）动态代理

动态代理允许在运行时创建代理对象，实现接口功能。

• 动态代理：动态代理是一种在运行时创建代理对象的技术，它允许在不修改原有代码的情况下，实现接口功能。

5. 执行流程

以下介绍MyBatis的执行流程：

（1）SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心对象，负责执行SQL语句、管理事务等。

• SqlSession生命周期：SqlSession的创建、使用和关闭都遵循一定的生命周期规则。在创建SqlSession时，会初始化数据库连接、事务管理器等资源；在关闭SqlSession时，会释放资源、提交或回滚事务等。

（2）执行器类型

MyBatis支持多种执行器类型，如SimpleExecutor、BatchExecutor、ReuseExecutor等。

• 执行器类型：MyBatis提供多种执行器类型，以满足不同场景的需求。SimpleExecutor适用于简单查询；BatchExecutor适用于批量操作；ReuseExecutor适用于多次执行相同SQL语句的场景。

（3）延迟加载

延迟加载是指在需要时才加载对象属性，提高程序性能。

• 延迟加载：延迟加载是一种优化技术，它可以在需要时才加载对象属性，避免不必要的资源消耗。

（4）扩展机制

MyBatis提供多种扩展机制，如类型处理器、拦截器、方言支持等。

• 扩展机制：MyBatis提供多种扩展机制，如类型处理器、拦截器、方言支持等，以满足不同场景的需求。

通过以上对并发编程和MyBatis知识体系的详细介绍，我们可以了解到这两个领域的核心概念、技术要点以及应用场景。在实际开发中，灵活运用这些知识点，可以提高程序的性能和可维护性。

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