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

线程基础

在并发编程中，线程是操作系统进行任务调度的基本单位，是进程中的实际执行者。线程管理是并发编程的核心，其生命周期和状态转换对于理解并发编程至关重要。

线程生命周期：

• 新建状态：线程对象创建后，还未启动，此时线程不占用系统资源，不占用CPU时间片。
• 就绪状态：线程调用start()方法后，进入就绪状态，此时线程已经准备好执行，等待被调度器选中。
• 运行状态：线程获得CPU时间片后，开始执行任务，此时线程处于运行状态。
• 阻塞状态：线程因为某些原因（如等待锁、I/O操作）无法继续执行，进入阻塞状态。在Java中，线程可以通过调用sleep()、wait()等方法进入阻塞状态。
• 终止状态：线程执行结束，进入终止状态。终止的线程无法再次被调度执行。

线程优先级、守护线程

线程优先级决定了线程在多线程环境中的执行顺序，但优先级并不是绝对的，操作系统会根据实际情况进行调度。

线程优先级：

• Java中的线程优先级由整数表示，范围从1（最低）到10（最高），默认优先级为5。
• 优先级高的线程获得CPU时间片的机会更大，但并不意味着优先级高的线程一定会先执行。

守护线程：

• 守护线程是服务于其他线程的线程，当所有非守护线程结束时，守护线程也会自动结束。
• 守护线程通常用于后台任务，如垃圾回收、网络连接监控等。

线程池

线程池是一种管理线程的集合，可以提高应用程序的性能和资源利用率。

核心参数配置：

• 核心线程数：线程池中最小保持的线程数，即使空闲也不会回收。
• 最大线程数：线程池中最大线程数，当任务数量超过最大线程数时，会创建新的线程来执行任务。
• 队列类型：工作队列的类型，如LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue等，用于存储等待执行的线程。
• 拒绝策略：当线程池中的线程数量达到最大时，如何处理新任务，如抛出异常、丢弃任务等。

同步机制

同步机制用于解决多线程并发访问共享资源时的竞争条件，确保资源的正确访问。

• 悲观锁/乐观锁：

  • 悲观锁：在操作资源前先加锁，操作完成后释放锁，如Java中的synchronized关键字。
  • 乐观锁：在操作资源时不加锁，操作完成后检查是否有冲突，如Java中的CAS操作。

• 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，如Java中的ReentrantReadWriteLock。

• 条件变量：

  • 条件变量允许线程在等待某个条件成立时暂时挂起，当条件成立时被唤醒，如Java中的Object.wait()和Object.notify()。

并发集合

并发集合是为多线程环境设计的集合，如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等，它们提供了线程安全的操作。

• ConcurrentHashMap：

  • ConcurrentHashMap基于分段锁实现，将数据分为多个段，每个段有自己的锁，提高并发访问效率。
  • ConcurrentHashMap提供了高效的并发读写操作，适用于高并发场景。

• CopyOnWriteArrayList：

  • CopyOnWriteArrayList在添加、删除、修改操作时，会创建原数组的副本，在副本上进行操作，操作完成后将副本复制回原数组，保证线程安全。

并发工具类

并发工具类提供了方便的并发编程支持，如Phaser、Exchanger、FutureTask等。

• Phaser：

  • Phaser用于线程之间的协作，支持线程的预启动、等待和中断。
  • Phaser可以看作是一个灵活的屏障，线程在执行到某个点时可以等待其他线程，直到所有线程都到达该点后，再继续执行。

• Exchanger：

  • Exchanger用于在线程之间交换数据。
  • Exchanger允许两个线程在某个点交换数据，然后继续执行。

• FutureTask：

  • FutureTask用于异步执行任务，并获取执行结果。
  • FutureTask可以作为Thread或ExecutorService的参数，用于创建异步任务。

非阻塞算法

非阻塞算法提供了一种无锁编程的方式，可以提高并发程序的效率。

• CAS原理：

  • CAS（Compare-And-Swap）是一种无锁算法，用于实现线程安全的操作。
  • CAS包含三个操作数：内存位置、预期值和新值。如果内存位置的值与预期值相等，则将内存位置的值更新为新值。

• Atomic类：

  • Java提供了Atomic类，用于实现原子操作，如AtomicInteger、AtomicLong等。
  • Atomic类通过内部锁保证操作的原子性。

• 无锁队列：

  • 无锁队列使用CAS操作实现线程安全，可以提高并发访问效率。

并发框架

并发框架提供了更高层次的并发编程支持，如Netty、Akka、Disruptor等。

• Netty线程模型：

  • Netty采用主从多线程模型，主线程负责接收客户端连接，从线程负责处理业务逻辑。
  • Netty提供了高性能、可扩展的网络编程框架，适用于开发高性能网络应用。

• Akka Actor模型：

  • Akka是一个基于Actor模型的并发框架，每个Actor独立运行，通过消息传递进行通信。
  • Akka提供了高性能、可扩展的并发编程框架，适用于开发分布式、高并发应用。

• Disruptor环形缓冲区：

  • Disruptor是一个高性能的并发队列，使用环形缓冲区来存储数据。
  • Disruptor提供了高性能、低延迟的并发编程框架，适用于高并发场景。

二、MyBatis知识体系

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，简化了数据库操作。

注解映射：

• @Select、@Insert、@Update、@Delete等注解用于定义数据库操作方法。

结果集映射：

• @Result、@Results等注解用于映射查询结果。

关联查询：

• @One、@Many等注解用于映射一对一、一对多关系。

动态SQL

MyBatis支持动态SQL，可以根据条件动态生成SQL语句，提高代码的灵活性。

OGNL表达式：

• OGNL（Object-Graph Navigation Language）用于在MyBatis中动态获取对象属性。

分支语句：

• <if>、<choose>等标签用于根据条件执行不同的SQL语句。

批量操作：

• MyBatis支持批量插入、批量更新和批量删除，提高数据库操作的效率。

缓存机制

MyBatis支持一级缓存和二级缓存，提高数据库操作的效率。

• 一级缓存：

  • 在SqlSession级别缓存，当SqlSession关闭时，缓存失效。

• 二级缓存：

  • 在Mapper级别缓存，当Mapper关闭时，缓存失效。

自定义缓存：

• 可以通过实现org.apache.ibatis.cache.Cache接口自定义缓存。

代理模式：

• MyBatis使用代理模式实现动态代理，将Mapper接口转换为实现类。

MapperProxy插件拦截动态代理执行流程

MyBatis使用动态代理技术，在运行时生成代理类，拦截方法调用。

执行流程：

1. 创建MapperProxy实例。
2. 调用代理方法。
3. MapperProxy调用MyBatis内部逻辑处理。
4. 返回执行结果。

SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心对象，负责执行SQL语句。

• 创建SqlSession：

  • 通过SqlSessionFactory创建SqlSession。

• 执行SQL语句：

  • 使用SqlSession执行查询、插入、更新、删除等操作。

• 关闭SqlSession：

  • 释放资源，提交事务。

执行器类型

MyBatis提供多种执行器类型，如SimpleExecutor、ReuseExecutor、BatchExecutor等。

• SimpleExecutor：

  • 简单的执行器，适用于单条SQL语句执行。

• ReuseExecutor：

  • 可重用预处理语句的执行器，适用于多条相同的SQL语句执行。

• BatchExecutor：

  • 批量执行SQL语句的执行器，适用于批量操作。

延迟加载扩展机制

MyBatis支持延迟加载，将关联查询的结果延迟到真正需要时才加载。

类型处理器拦截器链方言支持

MyBatis提供类型处理器、拦截器链和方言支持，用于扩展MyBatis的功能。

• 类型处理器：

  • 用于处理Java类型与数据库类型之间的转换。

• 拦截器链：

  • 用于拦截SQL执行过程，如记录日志、统计执行时间等。

• 方言支持：

  • 支持不同的数据库方言，如MySQL、Oracle等。

通过以上对并发编程和MyBatis知识体系的详细介绍，我们可以更好地理解和应用这些技术，提高应用程序的性能和可扩展性。在实际开发中，我们可以根据具体需求选择合适的技术，实现高效的并发处理和灵活的数据库操作。

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