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

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，不同的操作系统和编程语言对线程的实现机制有所不同。在Java中，线程通过Thread类和Runnable接口实现。

线程具有以下特点：

• 独立调度：线程可以独立地被操作系统调度执行，操作系统负责分配CPU时间片给各个线程，实现并发执行。
• 独立拥有资源：线程可以拥有自己的数据空间，互不干扰。在Java中，线程的数据空间包括堆内存中的对象和线程栈。
• 交互：线程之间可以通过共享内存进行通信，但需要通过同步机制保证数据的一致性和安全性。

2. 线程生命周期

线程从创建到销毁经历了以下生命周期：

• 新建状态：通过Thread类的构造方法或继承Thread类并重写run()方法创建线程，此时线程处于新建状态。线程创建后，需要调用start()方法启动线程。
• 就绪状态：线程创建后，调用start()方法，线程进入就绪状态，等待CPU时间片。
• 运行状态：线程获取到CPU时间片后，进入运行状态，执行线程的run()方法。
• 阻塞状态：线程在执行过程中，由于某些原因（如等待资源、等待锁等）进入阻塞状态。线程阻塞后，会释放CPU时间片，等待条件满足后继续执行。
• 死亡状态：线程执行完毕或被终止，进入死亡状态。死亡状态的线程无法再次被启动。

3. 线程优先级

线程优先级表示线程执行的机会，Java中线程优先级分为10个等级，范围从1（最低优先级）到10（最高优先级）。线程优先级并不能保证线程的执行顺序，但可以影响线程的执行机会。

线程优先级由线程的Thread类中的优先级属性决定，可以通过setPriority()方法设置线程的优先级。需要注意的是，线程优先级只是影响线程执行机会的一个因素，并不能保证线程的执行顺序。

4. 守护线程

守护线程（Daemon Thread）是一种特殊的线程，当所有的非守护线程执行完毕后，守护线程也会随之结束。守护线程通常用于在后台执行一些不需要用户交互的任务，如垃圾回收线程。

在Java中，可以通过调用Thread类的setDaemon()方法将线程设置为守护线程。需要注意的是，在程序结束前，不能在守护线程中启动新的非守护线程。

5. 线程池

线程池是一种管理线程的资源池，它预先创建一定数量的线程，并缓存起来，当有任务需要执行时，从线程池中分配线程来执行任务。

线程池的核心参数配置包括：

• 核心线程数：线程池中的核心线程数，即使没有任务也会一直在线程池中等待。
• 最大线程数：线程池中允许的最大线程数，当任务数量超过核心线程数时，会创建新线程。
• 非核心线程存活时间：非核心线程的存活时间，当线程池中的线程数量超过核心线程数时，非核心线程会等待一段时间（存活时间）后被销毁。
• 队列类型：线程池中的任务队列类型，常见的有ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue等。
• 拒绝策略：当任务数量超过线程池的最大线程数和队列容量时，采用的拒绝策略，常见的有AbortPolicy、CallerRunsPolicy、DiscardPolicy、DiscardOldestPolicy等。

6. 同步机制

同步机制用于保证线程在访问共享资源时的正确性和一致性。

• 悲观锁/乐观锁：悲观锁假设并发环境下一定会发生冲突，因此在访问共享资源时采取加锁的方式，保证资源在一段时间内只被一个线程访问。乐观锁假设并发环境下冲突的概率较低，因此采用不加锁的方式，只有在更新资源时才检查冲突，并采取相应的措施。
• 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。读写锁分为共享锁（读锁）和排他锁（写锁）。
• 条件变量：条件变量用于线程间的通信，允许线程在某些条件下暂停执行，直到其他线程满足条件后继续执行。
• 并发集合：Java提供了多种并发集合，如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等，用于在并发环境下保证集合操作的正确性和一致性。

7. 并发工具类

• Phaser：Phaser是一种可扩展的同步工具，用于协调多个线程的执行顺序。Phaser允许线程在执行过程中动态地加入或退出，并且可以设置多个阶段的同步点。
• Exchanger：Exchanger允许两个线程在某个点上交换数据。Exchanger通常用于线程之间的数据交换，例如生产者-消费者模型。
• FutureTask：FutureTask是一个可以表示异步计算结果的Future对象，用于线程间的通信。FutureTask可以用于实现线程之间的异步通信，例如异步任务执行。

8. 非阻塞算法

非阻塞算法通过使用原子操作、无锁队列等手段，避免线程间的锁竞争，提高程序性能。

• CAS原理：CAS（Compare-And-Swap）是一种原子操作，用于无锁编程。CAS操作包含三个操作数：内存位置V、预期值A和新值B。当V的值等于A时，将V的值修改为B，否则不做任何操作。
• Atomic类：Java提供了Atomic类，如AtomicInteger、AtomicLong等，用于实现无锁编程。Atomic类提供了原子操作的方法，例如compareAndSet()、getAndIncrement()等。

9. 并发框架

• Netty线程模型：Netty使用主从多线程模型，一个Boss线程负责接收客户端连接，多个Worker线程负责处理客户端请求。Netty的线程模型可以有效地处理高并发网络请求。
• Akka Actor模型：Akka是一个基于Actor模型的并发框架，它将每个线程封装成一个Actor，Actor之间通过消息传递进行通信。Akka的Actor模型可以有效地处理并发编程中的复杂问题。
• Disruptor环形缓冲区：Disruptor是一个高性能的并发框架，它使用环形缓冲区来存储数据，并通过无锁编程技术实现线程间的通信。Disruptor可以有效地处理高并发数据传输。

二、MyBatis知识体系

1. SQL映射

MyBatis通过XML或注解的方式将SQL语句与Java对象进行映射，实现数据库操作。

• 注解映射：使用@Select、@Insert、@Update、@Delete等注解定义SQL语句。例如，使用@Select注解定义查询语句，使用@Insert注解定义插入语句等。
• 结果集映射：定义SQL查询结果的映射关系，如@Result、@Results等。例如，使用@Result注解定义查询结果中某个字段与Java对象属性的映射关系。
• 关联查询：定义实体类之间的关系，如@One、@Many等。例如，使用@One注解定义一对一关系，使用@Many注解定义一对多关系。

2. 动态SQL

MyBatis支持动态SQL，可以根据条件动态生成SQL语句。

• OGNL表达式：使用OGNL表达式动态获取实体类属性值。OGNL表达式类似于EL表达式，可以用于动态获取对象的属性值。
• 分支语句：使用 、 等标签实现条件分支。例如，使用 标签根据条件动态生成SQL语句的一部分。
• 批量操作：使用 标签实现批量插入、更新等操作。例如，使用 标签将多个实体类对象批量插入数据库。

3. 缓存机制

MyBatis提供了缓存机制，用于提高数据库操作性能。

• 一级缓存：基于SqlSession的缓存，当同一个SqlSession中执行相同的SQL语句时，会从一级缓存中获取结果。一级缓存的作用域是SqlSession。
• 二级缓存：基于namespace的缓存，当同一个namespace中执行相同的SQL语句时，会从二级缓存中获取结果。二级缓存的作用域是namespace。
• 自定义缓存：自定义缓存实现，通过实现Cache接口实现自定义缓存机制。自定义缓存可以适用于不同的场景，例如，可以将缓存存储在Redis、Memcached等缓存系统中。

4. 代理模式

MyBatis使用代理模式实现Mapper接口，通过动态代理技术创建Mapper实例。

• MapperProxy：MapperProxy是MyBatis中用于实现Mapper接口的动态代理类。MapperProxy通过代理技术拦截对Mapper接口的调用，实现数据库操作。
• 插件拦截：MyBatis支持插件拦截，通过实现Interceptor接口实现拦截器功能。插件可以用于拦截数据库操作，例如，可以用于实现日志记录、性能监控等功能。

5. 动态代理执行流程

MyBatis动态代理执行流程如下：

• 扫描Mapper接口：MyBatis在启动时会扫描指定包下的Mapper接口，并将接口信息存储在内存中。
• 创建MapperProxyFactory：MyBatis根据Mapper接口信息创建MapperProxyFactory实例。
• 使用MapperProxyFactory创建MapperProxy实例：MapperProxyFactory通过代理技术创建MapperProxy实例。
• 使用MapperProxy实例创建Mapper接口的代理对象：MapperProxy实例创建Mapper接口的代理对象。
• 执行代理对象的方法，实现数据库操作：执行代理对象的方法时，MyBatis会根据代理对象的方法调用相应的SQL语句，实现数据库操作。

6. SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心对象，用于执行数据库操作。

• 获取SqlSession：通过SqlSessionFactory获取SqlSession。SqlSessionFactory负责创建SqlSession实例。
• 执行数据库操作：通过SqlSession执行SQL语句。例如，使用SqlSession的selectOne()、selectList()等方法执行查询操作。
• 关闭SqlSession：关闭SqlSession，释放资源。关闭SqlSession后，MyBatis会释放与SqlSession相关的资源，例如数据库连接、事务等。

7. 执行器类型

MyBatis提供了多种执行器类型，如SimpleExecutor、BatchExecutor、ReuseExecutor等，用于执行数据库操作。

• SimpleExecutor：每次执行SQL语句时都会创建新的Statement对象。SimpleExecutor适用于简单的数据库操作。
• BatchExecutor：将多个SQL语句合并为一个批处理语句执行。BatchExecutor可以显著提高数据库操作的性能。
• ReuseExecutor：重用Statement对象，提高性能。ReuseExecutor适用于需要多次执行相同SQL语句的场景。

8. 延迟加载

MyBatis支持延迟加载，即在需要时才加载关联实体，提高性能。

延迟加载可以通过@Lazy注解实现。例如，使用@Lazy注解定义实体类之间的关系，MyBatis会在需要访问关联实体时才加载关联实体。

9. 扩展机制

MyBatis提供了多种扩展机制，如类型处理器、拦截器、方言支持等。

• 类型处理器：用于处理实体类属性与数据库字段之间的类型转换。类型处理器可以自定义类型转换规则，例如，将Java中的日期类型转换为数据库中的日期格式。
• 拦截器：用于拦截数据库操作，如查询、更新、删除等。拦截器可以用于实现日志记录、性能监控等功能。
• 方言支持：支持不同数据库的方言，如MySQL、Oracle等。方言支持可以自定义数据库的SQL语法，例如，自定义MySQL的日期函数。

总结：

并发编程和MyBatis是Java开发中常用的技术，掌握这些技术对于提高程序性能和开发效率具有重要意义。本文从并发编程和MyBatis的知识体系出发，详细介绍了线程基础、线程生命周期、线程池、同步机制、并发工具类、非阻塞算法、并发框架、SQL映射、动态SQL、缓存机制、代理模式、动态代理执行流程、SqlSession生命周期、执行器类型、延迟加载、扩展机制等方面的知识。通过学习这些知识，可以更好地理解并发编程和MyBatis的原理，并将其应用于实际项目中，提高程序性能和开发效率。

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