并发编程精讲

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原创 2025-07-05 12:07:22 721 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

📕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

线程基础

线程是并发编程的基石，它涉及到操作系统层面的调度和同步。在操作系统中，线程的创建、销毁、切换等操作都是通过线程控制块（Thread Control Block, TCB）来管理的。

线程生命周期：线程的生命周期从创建开始，经过新建、就绪、运行、阻塞、等待、超时等待和终止等状态。在创建过程中，操作系统会为线程分配TCB，包括线程的状态、优先级、寄存器等。线程的切换是通过上下文切换（Context Switch）来实现的，操作系统会保存当前线程的状态，加载新线程的状态，从而实现线程的切换。
线程优先级：线程优先级是操作系统用来调度线程的一种策略。在Java中，线程优先级分为1到10共10个等级，优先级高的线程有更大的机会获得CPU资源。线程优先级是由线程的优先级策略和操作系统调度算法共同决定的。
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，而不是执行用户任务。Java虚拟机中的垃圾回收线程就是一个典型的守护线程。当所有非守护线程结束时，虚拟机会自动退出，即使还有守护线程在运行。

线程池

线程池是管理一组线程的机制，它能够提高应用程序的性能，减少线程创建和销毁的开销。

核心线程数：核心线程数是线程池中始终存在的线程数量。即使没有任务执行，这些线程也会保持活动状态，以应对突然增加的任务量。
最大线程数：最大线程数是线程池中允许的最大线程数量。当任务数量超过最大线程数时，线程池会根据拒绝策略处理新任务。
工作队列类型：工作队列用来存放等待执行的任务。常见的队列类型有FIFO队列、优先队列、阻塞队列等。工作队列的选择取决于任务的特性和线程池的调度策略。

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，需要采用拒绝策略来处理新任务。

AbortPolicy：直接抛出异常，通知调用者任务无法被执行。
CallerRunsPolicy：调用任务的线程自己执行该任务，将任务回退到任务提交者所在的线程。
DiscardPolicy：不执行任务，也不抛出异常，直接丢弃任务。
DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最旧的任务，并执行当前任务。

同步机制

同步机制是防止多个线程同时访问共享资源导致数据不一致的重要手段。

悲观锁：悲观锁假设并发冲突很常见，在操作数据之前先加锁，确保其他线程不能同时操作。常见的悲观锁实现有synchronized关键字、ReentrantLock等。
乐观锁：乐观锁假设并发冲突不常见，在更新数据时检查版本号或时间戳，只有版本号或时间戳匹配，才执行更新。常见的乐观锁实现有乐观锁机制、时间戳等。
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。常见的读写锁实现有ReentrantReadWriteLock等。
条件变量：条件变量允许线程在某些条件不满足时等待，直到条件满足时被唤醒。常见的条件变量实现有Object.wait()、Object.notify()等。

并发集合

Java提供了许多线程安全的集合类，以支持多线程环境下的数据操作。

ConcurrentHashMap：ConcurrentHashMap使用分段锁（Segment Lock）来提高并发性能，将数据分为多个段，每个段都有自己的锁。
CopyOnWrite容器：CopyOnWrite容器在遍历时复制底层数据结构，保证遍历时的线程安全。
BlockingQueue：BlockingQueue是线程安全的队列，支持阻塞式操作，常见于生产者-消费者模式。

并发工具类

Java提供了一些并发工具类，帮助开发者简化并发编程。

Phaser：Phaser是一种可以控制线程到达特定阶段的工具，类似于CountDownLatch，但功能更强大。
Exchanger：Exchanger允许两个线程在某个点交换数据，常见于数据交换场景。
FutureTask：FutureTask代表异步计算的结果，可以用来获取异步计算的结果。

非阻塞算法

非阻塞算法是一种不需要锁或同步机制的算法，常见于并发编程。

CAS原理：CAS（Compare-And-Swap）是一种无锁算法，通过比较和交换操作来保证线程安全。
Atomic类：Atomic类提供了一系列原子操作的工具类，如AtomicInteger、AtomicLong等。
无锁队列：无锁队列不使用锁，通过CAS操作保证线程安全。

并发框架

一些并发框架提供了更高层次的抽象，帮助开发者更方便地进行并发编程。

Netty线程模型：Netty使用主从多线程模型，可以有效地处理高并发连接。
Akka Actor模型：Akka是一个基于actor模型的并发框架，可以轻松地实现并发和分布式应用。
Disruptor环形缓冲区：Disruptor是一个高性能的环形缓冲区实现，可以用于消息队列、事件流处理等场景。

二、MyBatis知识体系

SQL映射

MyBatis的核心是SQL映射，它将Java对象与SQL语句关联起来。

注解映射：MyBatis使用注解来指定SQL语句与Java对象的映射关系，如@Select、@Insert、@Update、@Delete等。
结果集映射：MyBatis将SQL查询结果映射到Java对象，如使用标签来定义映射关系。
关联查询映射：MyBatis支持多表关联查询，如使用、标签来处理关联查询。

动态SQL

MyBatis提供了强大的动态SQL功能，允许在运行时动态生成SQL语句。

OGNL表达式：MyBatis使用OGNL表达式来动态构造SQL语句，如使用#{property}来获取Java对象的属性值。
分支语句：MyBatis支持根据条件动态选择SQL语句的分支，如使用、、、等标签。
批量操作：MyBatis支持批量插入、更新、删除等操作，如使用标签。

缓存机制

MyBatis提供了两级缓存机制，用于提高查询效率。

一级缓存：一级缓存是本地缓存，每个SqlSession都有自己的缓存。一级缓存的作用域是SqlSession，当SqlSession关闭时，一级缓存会自动失效。
二级缓存：二级缓存是全局缓存，多个SqlSession共享缓存。二级缓存的作用域是应用程序，当应用程序关闭时，二级缓存会自动失效。

自定义缓存

MyBatis允许自定义缓存，通过实现Cache接口来定义自己的缓存策略。

自定义缓存实现：自定义缓存实现需要实现Cache接口，并实现其中的基本方法，如putObject、getObject、removeObject、clear等。

代理模式

MyBatis使用代理模式来实现SqlSession的生命周期管理。

代理模式：代理模式是一种设计模式，它允许在运行时动态创建代理对象，代理对象可以拦截被代理对象的方法调用，并实现相应的逻辑。
SqlSession代理：MyBatis使用SqlSessionProxy来代理Mapper接口，实现动态代理执行流程。

SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心接口，它负责管理数据库连接、事务等。

创建：通过SqlSessionFactory创建SqlSession，SqlSessionFactory由SqlSessionFactoryBuilder负责创建。
使用：执行数据库操作，如查询、插入、更新、删除等。
关闭：关闭SqlSession，释放资源，如关闭数据库连接、提交或回滚事务等。

执行器类型

MyBatis提供了多种执行器类型，用于处理SQL语句的执行。

SimpleExecutor：SimpleExecutor是MyBatis默认的执行器，逐条执行SQL语句。
ReusingExecutor：ReusingExecutor重用预处理语句执行器，复用预处理语句，提高执行效率。
BatchExecutor：BatchExecutor支持批量操作，可以提高批量插入、更新、删除等操作的效率。

延迟加载

MyBatis支持延迟加载，即在需要时才加载关联数据，提高查询效率。

延迟加载：延迟加载是指在实际需要关联数据时才加载关联数据，而不是在查询主数据时就加载关联数据。
延迟加载实现：MyBatis使用Cglib动态代理技术来实现延迟加载，当访问关联数据时，动态生成代理对象，代理对象负责加载关联数据。

扩展机制

MyBatis提供了一系列扩展机制，包括类型处理器、拦截器链、方言支持等。

类型处理器：类型处理器负责处理Java类型与数据库类型的映射，如IntegerTypeHandler、StringTypeHandler等。
拦截器链：拦截器链可以拦截SQL执行的各个环节，实现自定义逻辑，如分页拦截器、日志拦截器等。
方言支持：MyBatis支持不同的数据库方言，如MySQL、Oracle、SQL Server等，开发者可以根据需要选择合适的数据库方言。

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