并发编程核心知识

📕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

并发编程是现代计算机科学中的一个核心概念，它涉及到多线程的创建、管理以及同步与通信。以下是对并发编程知识体系的详细描述，旨在以专业性高且通俗易懂的方式阐述。

线程基础

线程是程序执行的最小单位，它是操作系统能够进行运算调度的最小单位。线程基础包括：

• 线程生命周期：线程的生命周期从创建（创建线程）、就绪（线程准备就绪，等待CPU调度）、运行（获得CPU时间执行任务）、阻塞（执行过程中因等待某些资源而暂停）、等待（主动进入等待状态，如调用wait方法）、超时（等待超时）、终止（线程执行完毕或被强制终止）等状态变化过程。线程状态的转换通常由线程本身的行为和外部事件触发。

• 线程优先级：线程优先级是操作系统中用来决定线程调度顺序的一个参数。不同操作系统和语言对线程优先级的支持不同，通常通过优先级高的线程获得更多的CPU时间片。线程优先级通常分为静态优先级和动态优先级，静态优先级在创建线程时设置，而动态优先级可以根据线程的执行情况进行调整。

• 守护线程：守护线程（也称为后台线程）是服务线程，它不会阻止程序终止。在Java中，如果所有的非守护线程都执行完毕，即使还有守护线程在运行，程序也会终止。守护线程通常用于执行一些不需要用户交互的任务，如垃圾回收。

• 线程池：线程池是一种管理线程的机制，它维护一组线程以执行任务。线程池可以减少线程创建和销毁的开销，提高性能。线程池的核心参数配置包括核心线程数、最大线程数、存活时间等，这些参数可以根据具体的应用场景进行调整。

核心参数配置与拒绝策略

线程池的核心参数配置包括：

• 核心线程数：线程池中始终存在的线程数量，即使没有任务执行时，这些线程也会保持活动状态。

• 最大线程数：线程池能够维护的最大线程数，当任务数量超过核心线程数时，会创建新的线程来处理任务。

• 存活时间：线程池中空闲线程的存活时间，超过这个时间后，空闲线程会被回收。

拒绝策略用于处理当任务无法被线程池接受时的情况，常见的拒绝策略有：

• CallerRunsPolicy：将任务回退给调用者线程执行，这可能导致调用者线程的负载增加。

• AbortPolicy：抛出RejectedExecutionException异常，表明任务无法被线程池接受。

• DiscardPolicy：丢弃任务，不抛出异常，适用于对任务完成没有要求的场景。

• DiscardOldestPolicy：丢弃最旧的未处理任务，这可能会导致任务执行顺序的改变。

工作队列类型

线程池的工作队列是用于存放等待执行的任务，常见的工作队列类型有：

• LinkedBlockingQueue：基于链表的阻塞队列，支持自动扩容。

• ArrayBlockingQueue：基于数组的阻塞队列，具有固定大小，不支持自动扩容。

• SynchronousQueue：不存储元素的阻塞队列，每个插入操作都需要等待另一个线程的删除操作。

同步机制

同步机制用于控制对共享资源的访问，确保线程安全。常见的同步机制包括：

• 悲观锁/乐观锁：悲观锁假设冲突将会发生，因此在访问共享资源前先加锁；乐观锁假设冲突不会发生，采用版本号或时间戳机制来检测冲突。乐观锁通常使用CAS（Compare-And-Swap）操作实现。

• 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，因为它允许多个读操作同时进行。

• 条件变量：条件变量允许线程在某个条件不满足时等待，直到条件满足时被唤醒。条件变量通常与互斥锁结合使用。

并发集合

并发集合是专为并发环境设计的集合类，如：

• ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap实现，采用分段锁（Segment Locking）机制，将数据分为多个段，每个段有自己的锁，从而提高并发性能。

• CopyOnWriteArrayList：线程安全的List实现，通过复制整个底层数组来保证线程安全。这种实现方式适用于读多写少的场景。

并发工具类

一些并发工具类，如：

• Phaser：一个灵活的同步工具，用于协调多个线程的执行。Phaser允许线程在执行过程中动态地注册和注销阶段，从而实现更复杂的同步逻辑。

• Exchanger：用于在线程间交换数据的工具。Exchanger允许两个线程在某个点交换数据，而不需要共享内存。

• FutureTask：一个表示异步计算结果的Future，它允许调用者获取计算结果或取消计算。

非阻塞算法

非阻塞算法通过无锁的方式处理并发问题，如：

• CAS（Compare-And-Swap）原理：比较并交换，用于实现无锁算法。CAS操作包括三个操作数：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：提供原子操作的类，如AtomicInteger、AtomicLong等。这些类内部使用CAS操作来保证操作的原子性。

• 无锁队列：如ConcurrentLinkedQueue，基于CAS原理实现的无锁队列。无锁队列可以提供高并发性能，因为它避免了锁的开销。

并发框架

一些并发框架，如：

• Netty线程模型：Netty采用主从多线程模型，通过NIO（非阻塞IO）提高并发性能。Netty的主线程负责处理连接、接受数据等任务，从线程负责处理实际的数据处理任务。

• Akka Actor模型：Akka是一个基于actor的并发模型，每个actor都是一个独立的线程，可以发送消息。Akka通过actor系统实现了高并发和分布式计算。

• Disruptor环形缓冲区：Disruptor是一个高性能的并发队列，基于环形缓冲区实现。Disruptor通过预分配缓冲区和无锁算法，提供了高吞吐量和低延迟的并发处理能力。

二、MyBatis知识体系

MyBatis是一个优秀的持久层框架，它消除了几乎所有的JDBC代码和手动设置参数以及获取结果集的工作。

SQL映射

MyBatis的SQL映射包括：

• 注解映射：使用注解来映射SQL语句和结果集。例如，使用@Select注解来定义查询语句，使用@Results注解来定义结果集的映射。

• 结果集映射：定义如何将数据库结果集映射到Java对象。这通常通过XML配置文件来实现，也可以使用注解。

• 关联查询：处理多表关联查询，将多个表的数据映射到Java对象。MyBatis支持多种关联查询方式，如嵌套查询、联合查询等。

动态SQL

MyBatis支持动态SQL，如：

• OGNL表达式：使用OGNL表达式来动态构建SQL语句。OGNL是一个强大的表达式语言，可以用于访问对象的属性、执行运算等。

• 分支语句：根据条件动态选择不同的SQL语句。例如，使用 标签来根据条件选择不同的SQL片段。

• 批量操作：执行批量插入、更新或删除操作。MyBatis支持批量操作，可以显著提高性能。

缓存机制

MyBatis的缓存机制包括：

• 一级缓存：SqlSession级别的缓存，用于存储最近执行的查询结果。一级缓存是MyBatis内部实现的缓存，仅在SqlSession生命周期内有效。

• 二级缓存：Mapper级别的缓存，可以跨SqlSession持久化。二级缓存可以配置为基于内存或基于其他持久化存储，如Redis。

• 自定义缓存：允许自定义缓存实现，以满足特定需求。

• 代理模式：MyBatis使用代理模式来处理Mapper接口，使得MyBatis能够拦截接口方法的调用，并执行相应的SQL语句。

MapperProxy与插件

• MapperProxy：MyBatis使用动态代理技术来实现Mapper接口。动态代理允许在运行时创建接口的代理实例，并在代理实例上拦截方法调用。

• 插件：MyBatis允许自定义插件来拦截执行过程。插件可以用于日志记录、性能监控等。

执行流程

MyBatis的执行流程包括：

• SqlSession生命周期：SqlSession的创建、使用和关闭。SqlSession是MyBatis的核心接口，用于管理数据库连接和执行SQL语句。

• 执行器类型：MyBatis提供了多种执行器类型，如简单执行器、批处理执行器等。不同的执行器类型适用于不同的场景。

• 延迟加载：MyBatis支持延迟加载，减少初始化时的资源消耗。延迟加载是指在需要时才加载数据，而不是在创建对象时就加载。

扩展机制

MyBatis的扩展机制包括：

• 类型处理器：用于处理Java类型和数据库类型之间的转换。类型处理器可以自定义以支持新的数据类型。

• 拦截器链：拦截器链允许在执行过程中插入自定义逻辑。拦截器可以用于日志记录、事务管理等。

• 方言支持：MyBatis支持多种数据库方言，如MySQL、Oracle等。方言支持使得MyBatis能够适应不同的数据库环境。

通过以上对并发编程和MyBatis知识体系的详细描述，我们不仅能够了解到每个知识点的具体内容，还能够看到它们之间的联系和在实际应用中的重要性。这种串联知识的方式有助于我们更好地理解和应用这些技术，实现高效的并发编程和数据处理。

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