并发编程核心解析-优快云博客

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📕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

在计算机科学中，并发编程是处理多个任务同时执行的一种技术，它能够显著提高程序的性能和响应速度。以下是对并发编程核心知识点的深入解析，我们将从专业角度出发，结合实际应用场景，探讨其技术实现细节。

线程基础

线程是并发编程的基本执行单元，它允许操作系统在单个程序中同时执行多个任务。线程的生命周期管理是并发编程的基础。

线程生命周期

线程的生命周期包括以下几个阶段：

新建（New）：线程对象被创建，但尚未启动。在这个阶段，线程不占用任何系统资源。
就绪（Runnable）：线程调用start()方法后，进入就绪状态。此时线程等待CPU的调度，一旦获得CPU资源，就可以开始执行。
运行（Running）：线程获得CPU资源，开始执行其任务。在这个阶段，线程可能会因为系统调用的原因而阻塞。
阻塞（Blocked）：线程因为等待某些资源（如锁、I/O等）而无法继续执行。在这个状态下，线程不会消耗CPU资源。
等待（Waiting）：线程在特定条件下（如调用Object.wait()方法）会进入等待状态，直到其他线程调用Object.notify()或Object.notifyAll()方法。
超时等待（Timed Waiting）：线程在等待一段时间后，会自动唤醒。这是通过调用Object.wait(long timeout)或Thread.sleep(long millis)实现的。
终止（Terminated）：线程执行完毕或被其他线程中断，进入终止状态。

线程优先级

线程优先级决定了线程在可运行状态下的调度顺序。Java中的线程优先级分为10个等级，优先级高的线程有更高的执行机会。

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，程序会自动退出。

线程池

线程池是一种管理线程的机制，它可以复用线程，提高性能。线程池的核心参数配置如下：

核心线程数：线程池维护的最少线程数。
最大线程数：线程池能够维护的最大线程数。
队列类型：线程池中的任务队列类型，如直接提交队列、有界队列、同步队列等。
拒绝策略：当任务无法被队列接受时，线程池采取的拒绝策略。

同步机制

同步机制用于确保在同一时间只有一个线程可以访问共享资源，以避免数据竞争和条件竞争。

悲观锁/乐观锁

悲观锁：假设冲突一定会发生，所以在开始操作前先加锁。例如，Java中的synchronized关键字和ReentrantLock。
乐观锁：假设冲突不会发生，在操作过程中检查是否有冲突。例如，Java中的AtomicInteger和ConcurrentHashMap。

读写锁

读写锁：允许多个线程同时读取资源，但只有一个线程可以写入资源。例如，Java中的ReadWriteLock。

条件变量

条件变量用于在线程间同步，允许线程在满足特定条件时等待，直到其他线程满足条件并通知它们。例如，Java中的Condition。

并发集合

ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap实现，采用分段锁技术，提高并发性能。
CopyOnWrite容器：在写操作时复制整个底层数组，适用于读多写少的场景。

BlockingQueue

阻塞队列是实现生产者-消费者模式的关键，如ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue。

并发工具类

Phaser：控制线程执行的同步工具，适用于多个线程需要协同完成某个任务的情况。
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

非阻塞算法通过减少锁的使用，提高并发性能。例如，Java中的Atomic类。

CAS原理

CAS（Compare-And-Swap）是一种无锁算法，用于在多线程环境中实现变量的原子操作。例如，Java中的AtomicInteger。

Atomic类

Atomic类提供了一系列原子操作的工具类，如AtomicInteger、AtomicLong等。

无锁队列

无锁队列允许多个线程并发地访问队列，如ConcurrentLinkedQueue。

并发框架

Netty：高性能的NIO框架，适用于网络编程。
Akka：基于Actor模型的并发框架，适用于分布式系统。
Disruptor：环形缓冲区，用于解决生产者-消费者问题。

二、MyBatis知识体系

MyBatis是一个优秀的持久层框架，它对JDBC的数据库操作进行了封装，让开发者只需关注SQL映射和业务逻辑。

SQL映射

MyBatis使用XML或注解的方式定义SQL映射，将SQL语句与Java对象映射起来。

注解映射

@Select、@Insert、@Update、@Delete：用于定义SQL操作。
@Results、@Result：用于定义结果集映射。

结果集映射

MyBatis通过映射文件或注解将SQL结果集映射到Java对象，包括字段映射、关联映射等。

关联查询

MyBatis支持复杂的关联查询，如一对一、一对多、多对多。例如，使用<resultMap>标签定义关联关系。

动态SQL

MyBatis使用<if>、<choose>、<foreach>等标签实现动态SQL，根据条件动态构建SQL语句。

OGNL表达式

OGNL（Object-Graph Navigation Language）用于在MyBatis中访问对象属性，如@Property注解。

分支语句

分支语句用于处理多条件查询，如<choose>标签。

批量操作

MyBatis支持批量插入和批量更新操作，如<foreach>标签。

缓存机制

MyBatis提供了一级缓存和二级缓存，用于提高查询性能。

一级缓存

一级缓存是SqlSession级别的缓存，当SqlSession关闭时，缓存会失效。

二级缓存

二级缓存是Mapper级别的缓存，适用于多个SqlSession共享缓存的情况。

自定义缓存

MyBatis允许自定义缓存实现，通过实现org.apache.ibatis.cache.Cache接口。

代理模式

MyBatis使用代理模式实现延迟加载，提高性能。

MapperProxy

MapperProxy是MyBatis的动态代理实现，用于生成Mapper接口的代理对象。

插件

MyBatis允许自定义插件，拦截SQL执行过程，如Interceptor接口。

动态代理

MyBatis使用动态代理技术实现Mapper接口。

执行流程

MyBatis的执行流程包括：解析配置、构建执行器、执行SQL、处理结果。

SqlSession生命周期

SqlSession的生命周期从创建到销毁，包括打开、提交、回滚、关闭等操作。

执行器类型

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

延迟加载

MyBatis支持延迟加载，提高性能。

扩展机制

MyBatis提供扩展机制，如自定义类型处理器、拦截器链、方言支持。

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