并发编程核心知识体系

📕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

在深入探讨并发编程之前，我们需要构建一个坚实的知识体系，这个体系涵盖了从线程的基础知识到高级并发框架的各个方面。

线程基础

线程是并发编程的核心概念，它是程序执行的最小单位。

线程生命周期

线程从创建到销毁，经历了以下几个阶段：

1. 新建（New）：线程对象被创建，此时线程仅存在于程序中，还没有开始执行。
2. 就绪（Runnable）：线程准备好执行，等待被调度器选中。在Java中，就绪状态包括可运行和可中断两种情况。
3. 运行（Running）：线程正在执行，这通常发生在调度器将线程选中并分配处理器资源时。
4. 阻塞（Blocked）：线程因为某些原因无法执行，如等待资源（如I/O操作）或等待锁。
5. 等待（Waiting）：线程主动放弃CPU资源，等待其他线程的通知。线程会进入等待状态直到被唤醒。
6. 超时等待（Timed Waiting）：线程在等待一段时间后自动唤醒，这在需要线程等待一定时间后继续执行的场景中使用。
7. 终止（Terminated）：线程执行完毕或被强制终止，此时线程不再占用任何资源。

线程优先级

线程优先级决定了线程在就绪队列中的位置，优先级高的线程更有可能被调度。Java线程优先级分为1到10共十个等级，其中1是最低优先级，10是最高优先级。

守护线程

守护线程是服务线程，当所有非守护线程结束时，守护线程也会自动结束。Java中的守护线程通过调用setDaemon(true)方法来设置。

线程池

线程池管理一组线程，可以重用这些线程来执行多个任务，提高效率。线程池的核心参数包括核心线程数、最大线程数、存活时间、队列类型等。其中，核心线程数是指线程池维护的最少线程数，即使没有任务提交时也保持在线程池中。

拒绝策略

当线程池达到最大容量时，拒绝策略决定了如何处理新任务。常见的拒绝策略包括：AbortPolicy（抛出异常）、CallerRunsPolicy（调用者运行）、DiscardPolicy（丢弃任务）、DiscardOldestPolicy（丢弃最早的任务）。

工作队列类型

工作队列用于存放等待执行的任务，常见的队列类型有：LinkedBlockingQueue（链表实现的阻塞队列）、ArrayBlockingQueue（数组实现的阻塞队列）等。

同步机制

同步机制用于保护共享资源，防止数据竞争。Java提供了多种同步机制，如synchronized关键字、ReentrantLock、ReadWriteLock等。

悲观锁/乐观锁

悲观锁

悲观锁假设并发访问会导致数据不一致，因此在访问共享资源时，会先加锁，确保在同一时刻只有一个线程可以访问。Java中的synchronized关键字和ReentrantLock都是实现悲观锁的机制。

乐观锁

乐观锁假设并发访问不会导致数据不一致，因此在访问共享资源时，不会立即加锁，而是在更新数据时检查版本号或时间戳。Java中的乐观锁通常使用CAS（Compare-And-Swap）操作实现。

读写锁

读写锁允许多个读线程同时访问资源，但写线程访问时需要独占资源。Java中的读写锁实现包括ReentrantReadWriteLock和ReadWriteLock。

条件变量

条件变量允许线程在某些条件下等待，直到其他线程通知它们。Java中的条件变量是Object类的一部分，通过调用wait()、notify()和notifyAll()方法实现。

并发集合

并发集合是专门为并发环境设计的集合类，如ConcurrentHashMap、ConcurrentLinkedQueue等。

ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap是Java并发编程中常用的线程安全集合，它通过分段锁实现高效的并发访问。ConcurrentHashMap内部将数据结构划分为多个段，每个段独立进行锁处理，从而减少锁的竞争。

CopyOnWrite容器

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。Java中的CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet都是实现CopyOnWrite容器的示例。

BlockingQueue

BlockingQueue是线程安全的队列，支持生产者-消费者模型。Java中的ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue和PriorityBlockingQueue都是BlockingQueue的实现。

并发工具类

Phaser、Exchanger、FutureTask等是Java并发工具类，用于简化并发编程。这些工具类提供了一些高级的并发编程功能，如线程间的协作、交换数据、异步执行等。

非阻塞算法

非阻塞算法通过原子操作和条件变量实现，避免了锁的使用。Java中的原子类（如AtomicInteger、AtomicLong等）和Lock-Free算法是实现非阻塞算法的关键。

CAS原理

CAS（Compare-And-Swap）是一种无锁算法，通过比较和交换操作实现线程安全。Java中的原子类和Lock-Free算法都是基于CAS原理实现的。

Atomic类

Atomic类提供原子操作，如AtomicInteger、AtomicLong等。这些类提供了一些原子操作，如原子增加、原子比较和交换等。

无锁队列

无锁队列通过CAS操作实现线程安全，适用于高并发场景。Java中的ConcurrentLinkedQueue和LinkedBlockingQueue都是无锁队列的实现。

并发框架

Netty、Akka、Disruptor等是高性能的并发框架。

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。这种模型可以提高网络应用程序的性能和可扩展性。

Akka Actor模型

Akka使用Actor模型实现并发编程，每个Actor独立运行，通过消息传递进行通信。这种模型可以提高应用程序的可靠性和可伸缩性。

Disruptor环形缓冲区

Disruptor使用环形缓冲区实现高性能的消息传递。这种环形缓冲区可以有效地处理高并发场景下的消息传递，提高应用程序的性能。

二、MyBatis知识体系

MyBatis是一个优秀的持久层框架，它消除了几乎所有的JDBC代码和手动设置参数以及获取结果集的工作。

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。

注解映射

MyBatis支持使用注解来映射SQL语句和Java对象。通过在Java接口或类上使用注解，可以简化SQL映射过程。

结果集映射

MyBatis可以将SQL查询结果映射到Java对象。通过在SQL映射文件或注解中使用resultMap标签，可以定义查询结果的映射关系。

关联查询

MyBatis支持关联查询，可以将多个表的数据映射到同一个Java对象。通过在SQL映射文件或注解中使用 association 标签，可以定义关联关系。

动态SQL

MyBatis支持动态SQL，可以根据条件动态构建SQL语句。通过在SQL映射文件或注解中使用if、choose、when、otherwise等标签，可以动态构建SQL语句。

OGNL表达式

OGNL表达式用于动态获取对象属性值或执行表达式。OGNL表达式支持丰富的操作，如条件判断、循环等。

分支语句

MyBatis支持分支语句，可以根据条件执行不同的SQL片段。通过在SQL映射文件或注解中使用if标签，可以定义分支语句。

批量操作

MyBatis支持批量操作，可以同时执行多个SQL语句。通过在SQL映射文件或注解中使用 标签，可以定义批量操作。

缓存机制

MyBatis支持一级缓存和二级缓存。

一级缓存

一级缓存是SqlSession级别的缓存，用于缓存查询结果。一级缓存是MyBatis默认开启的缓存机制。

二级缓存

二级缓存是全局缓存，可以跨SqlSession共享。二级缓存需要手动开启，并配置缓存实现。

自定义缓存

MyBatis允许自定义缓存实现，满足特定需求。通过实现Cache接口，可以自定义缓存机制。

代理模式

MyBatis使用代理模式实现延迟加载，提高性能。通过代理模式，可以在需要时才加载对象，减少内存消耗。

MapperProxy插件拦截

MyBatis使用MapperProxy实现动态代理，拦截方法调用。通过拦截方法调用，MyBatis可以动态构建SQL语句并执行。

动态代理执行流程

MyBatis通过动态代理拦截方法调用，动态构建SQL语句并执行。当调用Mapper接口的方法时，动态代理会拦截该方法调用，并根据Mapper接口和映射文件构建SQL语句，然后执行SQL语句并返回结果。

SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心对象，负责执行SQL语句。

执行器类型

MyBatis提供多种执行器类型，如SimpleExecutor、BatchExecutor等。不同类型的执行器具有不同的性能特点。

延迟加载

MyBatis支持延迟加载，提高性能。延迟加载是指在需要时才加载对象，减少内存消耗。

扩展机制

MyBatis提供扩展机制，允许自定义插件和拦截器。通过自定义插件和拦截器，可以扩展MyBatis的功能。

类型处理器

MyBatis提供类型处理器，用于处理Java类型和数据库类型之间的转换。类型处理器可以自定义转换规则，提高数据转换的准确性。

拦截器链

MyBatis使用拦截器链来拦截SQL执行过程。拦截器链可以用于日志记录、参数校验、SQL优化等操作。

方言支持

MyBatis支持多种数据库方言，如MySQL、Oracle等。通过配置数据库方言，MyBatis可以自动识别数据库类型并使用相应的SQL语法。

通过以上知识体系的构建，我们可以深入理解并发编程和MyBatis的核心概念和原理，为实际应用提供坚实的理论基础。在实际开发中，我们可以根据具体需求选择合适的并发策略和MyBatis配置，以提高系统性能和可维护性。

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