Java并发编程精髓

📕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）、《解密程序员的思维密码——沟通、演讲、思考的实践》作者、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。

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💡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。

线程基础

在Java中，线程的实现依赖于操作系统的线程模型。Java线程模型主要分为两种：用户级线程和内核级线程。用户级线程由应用程序创建，由应用程序管理，操作系统并不直接管理。内核级线程是由操作系统直接管理的线程。在Java中，线程模型默认是用户级线程，但是可以通过Java Native Interface (JNI)与操作系统交互，创建内核级线程。

线程的创建通常有三种方式：

1. 继承Thread类：通过继承Thread类并重写run()方法来创建线程。
2. 实现Runnable接口：通过实现Runnable接口并实现run()方法来创建线程。
3. 使用Lambda表达式：在Java 8及以后版本中，可以使用Lambda表达式来创建线程。

线程的调度是由操作系统的调度器完成的。在Java中，线程调度器采用优先级和轮转调度算法。线程的优先级决定了线程被调度执行的概率，但最终是否调度由JVM决定。

线程生命周期

线程的生命周期状态转换是线程编程中重要的概念。以下是对每个状态的详细描述：

1. 新建状态：线程创建后，处于新建状态。此时线程尚未启动，也没有分配栈空间。
2. 就绪状态：线程创建后，调用start()方法后进入就绪状态。此时线程已经准备好执行，等待CPU时间片。
3. 运行状态：线程获得CPU时间片后，进入运行状态。在运行状态中，线程可能会被中断，或者由于等待资源而进入阻塞状态。
4. 阻塞状态：线程由于某些原因（如等待I/O操作、锁等）无法继续执行，进入阻塞状态。线程在阻塞状态下，不会占用CPU资源。
5. 等待状态：线程调用了wait()方法或超时等待notify()、notifyAll()方法，进入等待状态。线程在等待状态中，会释放持有的锁。
6. 终止状态：线程执行完毕或调用了stop()方法，进入终止状态。线程一旦进入终止状态，就不能再被唤醒。

线程优先级、守护线程、线程池

线程优先级在Java中是一个整数，范围从1（最低优先级）到10（最高优先级）。线程优先级是一个建议值，JVM会根据实际情况来调度线程。

守护线程（Daemon Thread）是一种特殊类型的线程，它为其他线程提供服务。当没有非守护线程在运行时，守护线程也会随之结束。

线程池（Thread Pool）是一种管理线程的机制，它可以减少线程创建和销毁的开销，提高系统性能。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。
• 最大线程数：线程池允许的最大线程数量。
• 保持活动时间：线程空闲的时间超过这个时间值，则线程会被回收。
• 工作队列：存储等待执行的任务队列。
• 拒绝策略：当任务太多无法处理时，如何拒绝任务。

同步机制、悲观锁/乐观锁、读写锁

同步机制是并发编程中用于解决资源共享问题的手段。Java提供了多种同步机制，包括synchronized关键字、ReentrantLock和LockSupport。

悲观锁和乐观锁是两种不同的锁策略。悲观锁假设在并发环境中，多个线程会争用同一资源，因此在操作资源前先加锁；乐观锁假设在并发环境中，多个线程不会争用同一资源，因此使用版本号或时间戳等机制来检测数据在读取和更新过程中是否被其他线程修改。

读写锁允许多个读线程同时访问共享资源，但写线程会独占资源。读写锁主要包括ReentrantReadWriteLock和ReadWriteLock。

条件变量、并发集合、ConcurrentHashMap

条件变量是线程在等待某些条件成立时使用的机制。条件变量主要包括Object.wait()、Object.notify()和Object.notifyAll()方法。

并发集合是Java提供的一系列线程安全的集合类，如Vector、ConcurrentHashMap等。ConcurrentHashMap内部采用分段锁实现，提高了并发性能。

CopyOnWrite容器、BlockingQueue

CopyOnWrite容器在写操作时，会复制一个新的容器，保证数据一致性。适用于读多写少的场景。

BlockingQueue是阻塞队列，当队列为空时，获取元素的操作会阻塞；当队列已满时，添加元素的操作会阻塞。

并发工具类、Phaser、Exchanger、FutureTask

并发工具类包括CountDownLatch、Semaphore、CyclicBarrier等，用于解决并发编程中的各种问题。

Phaser是一种可重入的屏障，用于协调多个线程的执行。

Exchanger允许两个线程交换数据。

FutureTask表示异步计算的结果。

非阻塞算法、CAS原理、Atomic类

非阻塞算法在多线程环境下，不使用锁机制，而是通过比较和交换等操作实现数据一致性。

CAS原理（Compare-And-Swap）是许多并发算法的基础。

Atomic类是Java提供的原子类，用于实现无锁编程。

无锁队列、并发框架

无锁队列使用CAS操作实现，适用于高并发场景。

并发框架如Netty、Akka、Disruptor等，提供了一套完整的并发编程解决方案。

MyBatis知识体系、SQL映射、注解映射、结果集映射、关联查询、动态SQL、OGNL表达式、分支语句、批量操作、缓存机制

MyBatis将SQL映射到Java对象，简化了数据库操作。以下是MyBatis知识体系的关键点：

• SQL映射：将SQL语句映射到Java对象的方法或类。
• 注解映射：使用注解的方式定义SQL映射，提高开发效率。
• 结果集映射：将查询结果映射到Java对象或Map中。
• 关联查询：实现多表查询，获取关联数据。
• 动态SQL：根据条件动态构建SQL语句。
• OGNL表达式：表达式语言，用于在MyBatis中进行动态数据绑定。
• 分支语句：根据条件执行不同的SQL语句。
• 批量操作：批量插入、批量更新、批量删除等操作。
• 缓存机制：一级缓存、二级缓存、自定义缓存、代理模式、MapperProxy、插件拦截、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、类型处理器、拦截器链、方言支持。

SQL映射

SQL映射是MyBatis的核心功能之一，它将SQL语句映射到Java对象的方法或类。SQL映射包括以下内容：

• select：查询操作，将查询结果映射到Java对象或Map中。
• insert：插入操作，将Java对象数据插入数据库。
• update：更新操作，根据条件更新数据库中的数据。
• delete：删除操作，根据条件删除数据库中的数据。

注解映射

MyBatis提供了注解方式定义SQL映射，提高开发效率。以下是一些常用的注解：

• @Select：定义查询操作。
• @Insert：定义插入操作。
• @Update：定义更新操作。
• @Delete：定义删除操作。

结果集映射

结果集映射是将查询结果映射到Java对象或Map中的过程。MyBatis提供了以下方式实现结果集映射：

• 使用XML标签：在MyBatis的映射文件中定义结果集映射。
• 使用注解：在Java接口或Mapper接口中定义结果集映射。

关联查询

关联查询是MyBatis中实现多表查询的重要手段。以下是一些关联查询的常见方式：

• 一对一：一个实体类与另一个实体类之间存在一对一的关系。
• 一对多：一个实体类与多个实体类之间存在一对多的关系。
• 多对多：多个实体类之间存在多对多的关系。

动态SQL

动态SQL是MyBatis中根据条件动态构建SQL语句的功能。以下是一些动态SQL的常用方式：

• ：根据条件判断是否执行SQL语句。
• ：类似于Java中的switch语句，根据条件执行不同的SQL语句。
• ：遍历集合，构建SQL语句。

OGNL表达式

OGNL表达式是表达式语言，用于在MyBatis中进行动态数据绑定。以下是一些OGNL表达式的常用方式：

• #{}：用于获取参数值。
• ${}：用于拼接SQL语句。

分支语句、批量操作

• 分支语句：根据条件执行不同的SQL语句。
• 批量操作：批量插入、批量更新、批量删除等操作。

缓存机制

MyBatis提供了多种缓存机制，包括：

• 一级缓存：SqlSession级别的缓存，用于缓存查询结果。
• 二级缓存：Mapper级别的缓存，用于缓存Mapper的查询结果。
• 自定义缓存：用户自定义缓存，根据业务需求实现缓存逻辑。
• 代理模式：使用代理模式实现缓存的延迟加载。
• MapperProxy：MyBatis提供的动态代理实现，用于处理SQL执行、结果集映射等操作。
• 插件拦截：通过插件拦截SQL执行、结果集映射等操作，实现自定义逻辑。
• 动态代理执行流程：MyBatis使用动态代理实现SQL执行、结果集映射等操作。
• SqlSession生命周期：SqlSession的创建、使用、关闭等过程。
• 执行器类型：MyBatis提供了多种执行器类型，如SimpleExecutor、ReuseExecutor等。
• 延迟加载：在需要时才加载关联数据。
• 扩展机制：MyBatis提供了一系列扩展机制，如类型处理器、拦截器链、方言支持等。

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