并发编程核心技术

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原创 2025-08-06 12:10:50 723 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）、《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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Java程序员廖志伟

💡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。

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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，它涉及到如何让多个任务同时执行，以提高程序的执行效率和响应速度。以下是对并发编程知识体系的详细解析，并补充技术实现细节。

线程基础线程是并发编程的基本单位，是程序执行的最小单元。线程具有以下特点：
- 独立性：线程可以独立执行，互不干扰。在Java中，线程的独立执行是通过虚拟机的线程调度器来实现的，调度器负责在多个线程之间分配CPU时间。
- 并行性：多个线程可以同时执行。并行性通常依赖于多核处理器的支持，线程调度器会尽量将线程分配到不同的处理器核心上执行。
- 共享性：线程共享进程的内存空间。共享内存空间使得线程之间可以相互通信，但也带来了同步和并发控制的问题。
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：通过Thread类或实现Runnable接口创建线程。在Java中，可以通过直接继承Thread类或实现Runnable接口来实现线程的创建。
- 就绪：线程创建后，进入就绪状态，等待CPU调度。线程就绪状态下的线程已经准备好执行，但还没有获得CPU时间片。
- 运行：线程获得CPU时间，开始执行。线程运行状态下的线程正在使用CPU执行任务。
- 阻塞：线程执行过程中，由于某些原因（如等待锁）无法继续执行。线程阻塞状态下的线程需要等待某个条件满足后才能继续执行。
- 终止：线程执行完毕或被强制终止。线程终止状态下的线程已经完成了执行任务，或者被其他线程或线程组终止。
线程优先级线程优先级决定了线程在CPU调度时的优先级。Java中，线程优先级分为以下等级：
- MAX_PRIORITY：最高优先级。在Java中，MAX_PRIORITY的值为10。
- MIN_PRIORITY：最低优先级。在Java中，MIN_PRIORITY的值为1。
- NORM_PRIORITY：默认优先级。在Java中，NORM_PRIORITY的值为5。
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。当所有的非守护线程结束时，守护线程也会自动结束。在Java中，可以通过调用setDaemon(true)方法将线程设置为守护线程。
线程池线程池是一种管理线程的机制，它可以提高程序的性能。线程池的主要特点如下：
- 核心线程数：线程池中始终保持活跃的线程数。核心线程数是线程池的最小线程数，它决定了线程池的基本并发能力。
- 最大线程数：线程池中允许的最大线程数。最大线程数是线程池能够同时处理的线程的最大数量。
- 队列：用于存放等待执行的线程任务。队列的类型和容量对线程池的性能有很大影响。
核心参数配置线程池的核心参数配置包括：
- 核心线程数：线程池中始终保持活跃的线程数。核心线程数通常设置为处理器核心数加一，以确保CPU的使用率。
- 最大线程数：线程池中允许的最大线程数。最大线程数通常是核心线程数的几倍，以应对突发的高并发请求。
- 队列类型：存放等待执行的线程任务。常用的队列类型有LinkedBlockingQueue和ArrayBlockingQueue，它们分别适用于不同的场景。
- 拒绝策略：当任务无法放入队列时，采取的处理策略。常见的拒绝策略有AbortPolicy、CallerRunsPolicy等。
工作队列类型线程池的工作队列有以下几种类型：
- 阻塞队列：当任务无法放入队列时，线程池会阻塞等待。阻塞队列适用于高并发场景，可以避免资源浪费。
- 非阻塞队列：当任务无法放入队列时，线程池会返回错误。非阻塞队列适用于对性能要求较高的场景，但可能导致资源浪费。
同步机制同步机制用于保证多个线程在执行过程中，对共享资源进行有序访问。同步机制主要有以下几种：
- 悲观锁：假设所有线程都会对共享资源进行修改，因此在访问共享资源时，需要加锁。悲观锁的实现方式有synchronized关键字、ReentrantLock等。
- 乐观锁：假设大多数线程都不会对共享资源进行修改，因此在访问共享资源时，不需要加锁。乐观锁的实现方式有CAS（Compare-And-Swap）算法等。
- 读写锁：允许多个线程同时读取共享资源，但只允许一个线程修改共享资源。读写锁的实现方式有ReentrantReadWriteLock等。
条件变量条件变量用于在线程之间进行通信，它允许线程在某些条件下等待，直到其他线程通知其继续执行。条件变量的实现方式有Object的wait()、notify()、notifyAll()方法等。
并发集合并发集合是为了提高并发程序的性能而设计的集合类，如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等。并发集合通过内部机制保证线程安全，例如使用分段锁、CAS算法等。
BlockingQueue BlockingQueue是一种线程安全的队列，它支持生产者和消费者模型，如ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue等。BlockingQueue通过内部锁和条件变量实现线程安全，支持线程间的阻塞和唤醒操作。
并发工具类并发工具类主要包括Phaser、Exchanger、FutureTask等，它们用于简化并发编程。这些工具类通常提供了一系列的线程间通信机制，例如Phaser用于协调多个线程的执行顺序，Exchanger用于线程间的数据交换，FutureTask用于异步执行任务。
非阻塞算法非阻塞算法是指在不使用锁的情况下，保证多个线程对共享资源进行有序访问。非阻塞算法通常依赖于CAS算法、原子变量等机制。
CAS原理 CAS（Compare-And-Swap）是一种无锁算法，它通过比较内存中的值和期望值，如果相同，则将期望值写入内存。CAS算法通常用于实现乐观锁。
Atomic类 Atomic类是Java提供的一组原子操作类，如AtomicInteger、AtomicLong等。这些类通过内部机制保证原子性，例如使用volatile关键字、LockSupport等。
无锁队列无锁队列是一种不使用锁的队列，它通过CAS算法保证线程安全。无锁队列通常用于高性能的场景，例如在高并发环境下处理大量任务。
并发框架并发框架是为了简化并发编程而设计的框架，如Netty、Akka、Disruptor等。这些框架提供了一系列的并发编程工具和组件，例如线程池、锁、原子变量等。

二、MyBatis知识体系

MyBatis是一款优秀的持久层框架，它支持定制化SQL、存储过程以及高级映射。以下是对MyBatis知识体系的详细解析，并补充技术实现细节。

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通过XML或注解的方式定义SQL映射。在XML映射中，可以使用标签定义映射关系，而在注解映射中，可以使用@Results、@Result等注解来定义映射关系。
注解映射注解映射是MyBatis提供的一种轻量级映射方式，它通过在Java实体类上添加注解来定义映射关系。例如，可以使用@TableName、@Column等注解来定义表名和字段名。
结果集映射结果集映射是指将数据库查询结果映射到Java对象的过程。MyBatis提供了多种映射方式，如一对一、一对多、多对多等。一对一映射可以通过标签实现，一对多映射可以通过标签实现。
关联查询关联查询是指查询多个表之间的关联关系。MyBatis提供了多种关联查询方式，如嵌套查询、关联映射等。嵌套查询可以通过标签实现，关联映射可以通过@One、@Many等注解实现。
动态SQL 动态SQL是指根据条件动态生成SQL语句。MyBatis提供了动态SQL标签，如if、choose、when等。这些标签可以根据条件动态地包含或排除SQL片段。
OGNL表达式 OGNL（Object-Graph Navigation Language）是一种表达式语言，它用于在MyBatis中动态获取Java对象的属性值。OGNL表达式可以用于动态生成SQL语句，例如动态指定查询条件。
分支语句分支语句用于在动态SQL中实现条件判断。分支语句可以根据条件动态地执行不同的SQL片段。
批量操作批量操作是指同时执行多个数据库操作。MyBatis提供了批量操作的机制，如批量插入、批量更新等。批量操作可以通过标签实现。
缓存机制 MyBatis提供了两种缓存机制：一级缓存和二级缓存。一级缓存是指SqlSession级别的缓存，它存储了当前SqlSession中执行的查询结果。二级缓存是指全局缓存，它存储了所有SqlSession中执行的查询结果。
一级缓存一级缓存是指SqlSession级别的缓存，它存储了当前SqlSession中执行的查询结果。一级缓存的作用是减少数据库访问次数，提高查询效率。
二级缓存二级缓存是指全局缓存，它存储了所有SqlSession中执行的查询结果。二级缓存的作用是提高整个应用程序的查询效率，减少数据库访问次数。
自定义缓存自定义缓存是指通过实现Cache接口，自定义缓存策略。自定义缓存可以用于实现更复杂的缓存策略，例如基于时间、大小等条件进行缓存数据的淘汰。
代理模式代理模式是指通过代理类来控制对目标对象的访问，MyBatis中，Mapper接口就是通过代理模式实现的。代理模式可以用于实现延迟加载、缓存等机制。
MapperProxy MapperProxy是MyBatis中用于实现Mapper接口代理的类。MapperProxy通过动态代理技术，实现Mapper接口的代理，从而实现方法拦截和动态SQL的生成。
插件拦截插件拦截是指通过实现Interceptor接口，拦截MyBatis的执行流程。插件拦截可以用于实现日志记录、性能监控等功能。
动态代理执行流程动态代理执行流程是指MyBatis通过动态代理技术，实现Mapper接口的代理。动态代理技术利用Java的反射机制，在运行时创建代理对象，并拦截目标对象的方法调用。
SqlSession生命周期 SqlSession是MyBatis的核心对象，它负责执行数据库操作。SqlSession的生命周期包括创建、使用和关闭。SqlSession在创建时建立数据库连接，在使用时执行数据库操作，在关闭时关闭数据库连接。
执行器类型执行器类型是指MyBatis中负责执行数据库操作的类，如SimpleExecutor、ReuseExecutor等。不同的执行器类型适用于不同的场景，例如SimpleExecutor适用于简单的查询操作，ReuseExecutor适用于需要频繁提交事务的场景。
延迟加载延迟加载是指将关联查询的数据延迟加载，以提高程序性能。延迟加载可以通过@Lazy注解实现，它可以将关联查询的结果延迟到真正需要时才加载。
扩展机制扩展机制是指MyBatis提供的自定义扩展点，如类型处理器、拦截器链、方言支持等。通过实现相应的接口，可以扩展MyBatis的功能，使其适应更复杂的场景。

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