并发编程与MyBatis核心知识

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📘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

并发编程是计算机科学中一个非常重要的领域，它涉及到多个线程或进程在同一个时间段内执行多个任务，以提高系统的响应速度和资源利用率。下面将从线程基础、线程生命周期、线程优先级、守护线程、线程池、核心参数配置、拒绝策略、工作队列类型、同步机制、悲观锁/乐观锁、读写锁、条件变量、并发集合、并发工具类、非阻塞算法、CAS原理、Atomic类、无锁队列、并发框架等方面进行详细讲解。

1. 线程基础

线程是程序执行的最小单元，是操作系统能够进行运算调度的最小单位。线程具有以下特点：

（1）线程拥有独立的栈空间、程序计数器、寄存器等资源，这些资源在创建线程时由操作系统进行分配； （2）线程可以并发执行，提高程序的执行效率，尤其是在多核处理器上； （3）线程之间可以共享内存，方便数据传递，但需要通过同步机制来保证数据的一致性。

2. 线程生命周期

线程生命周期包括以下状态：

（1）新建（New）：创建线程对象时，线程处于新建状态，此时线程还没有分配资源； （2）就绪（Runnable）：线程获取到CPU资源，处于就绪状态，等待被调度执行； （3）运行（Running）：线程正在执行，处于运行状态，此时线程正在占用CPU资源； （4）阻塞（Blocked）：线程因为某些原因无法继续执行，处于阻塞状态，如等待资源、等待锁等； （5）等待（Waiting）：线程主动进入等待状态，直到被其他线程唤醒； （6）超时等待（Timed Waiting）：线程在指定时间内无法继续执行，处于超时等待状态； （7）终止（Terminated）：线程执行完毕或被终止，处于终止状态。

线程在生命周期中的状态转换是通过操作系统内核调度实现的，线程状态转换的时机和原因可能包括：

• 线程请求资源失败，如等待锁、等待I/O操作完成等；
• 线程执行完毕，如完成任务、执行异常等；
• 线程被其他线程唤醒，如调用notify()、notifyAll()等；
• 线程主动进入等待状态，如调用wait()、sleep()等。

3. 线程优先级

线程优先级决定了线程在CPU上的执行顺序。Java中，线程优先级分为以下级别：

（1）最低优先级（MIN_PRIORITY）：1； （2）较低优先级（LOWER_PRIORITY）：2； （3）默认优先级（NORM_PRIORITY）：5； （4）较高优先级（HIGHER_PRIORITY）：6； （5）最高优先级（MAX_PRIORITY）：10。

线程优先级是一个相对值，不同的操作系统和JVM实现可能会有不同的优先级映射策略。在实际应用中，线程优先级主要用于影响线程调度的时机，而不是决定线程是否能够得到CPU资源。

4. 守护线程

守护线程是一种特殊的线程，它不是程序中不可或缺的部分。当所有的非守护线程执行完毕后，程序也会随之终止。守护线程主要用于执行一些清理工作，如垃圾回收等。

在Java中，可以使用Thread.setDaemon(true)方法将线程设置为守护线程。需要注意的是，守护线程的创建和启动必须在启动守护线程之前完成，否则守护线程将无法创建。

5. 线程池

线程池是一种管理线程的方式，它可以有效地降低系统资源消耗，提高程序执行效率。线程池的主要特点如下：

（1）复用线程：线程池中的线程在任务完成后不会被销毁，而是被保留在池中，以便下次任务执行时复用； （2）限制线程数量：线程池可以限制线程的数量，防止系统资源被耗尽； （3）管理线程：线程池可以管理线程的生命周期，如创建、销毁、暂停等。

线程池的常见实现包括：

• ThreadPoolExecutor：Java提供的线程池实现，支持核心线程数、最大线程数、空闲存活时间、工作队列、拒绝策略等参数配置；
• Executors：Java提供的线程池工厂类，提供了newCachedThreadPool()、newFixedThreadPool()、newSingleThreadExecutor()等工厂方法，方便创建不同类型的线程池。

6. 核心参数配置

线程池的核心参数配置如下：

（1）核心线程数（corePoolSize）：线程池中最小线程数，即使没有任务提交，线程池也会维护这么多线程； （2）最大线程数（maximumPoolSize）：线程池中最大线程数，当任务数量超过核心线程数时，线程池会创建新的线程来处理任务； （3）空闲存活时间（keepAliveTime）：空闲线程存活时间，超过这个时间的空闲线程将被回收； （4）工作队列（workQueue）：线程池中的任务队列，用于存放等待执行的任务； （5）拒绝策略（RejectedExecutionHandler）：当任务无法被线程池处理时的处理策略，如AbortPolicy、CallerRunsPolicy、DiscardPolicy、DiscardOldestPolicy等。

7. 拒绝策略

拒绝策略包括以下几种：

（1）AbortPolicy：抛出RejectedExecutionException异常，表示拒绝执行任务； （2）CallerRunsPolicy：调用者运行策略，将任务回退给调用者执行； （3）DiscardPolicy：丢弃任务，不执行任何操作； （4）DiscardOldestPolicy：丢弃最久未执行的任务。

8. 工作队列类型

工作队列类型包括以下几种：

（1）LinkedBlockingQueue：线程安全的无界队列，基于链表实现，适用于任务数量较多的情况； （2）ArrayBlockingQueue：线程安全的有限队列，基于数组实现，适用于任务数量有限的情况； （3）PriorityBlockingQueue：线程安全的优先队列，基于优先级堆实现，适用于需要按优先级执行任务的情况； （4）SynchronousQueue：线程安全的阻塞队列，基于阻塞算法实现，适用于任务数量较少的情况。

9. 同步机制

同步机制包括以下几种：

（1）互斥锁（Mutex）：保证在同一时刻，只有一个线程可以访问共享资源，如ReentrantLock、synchronized关键字等； （2）读写锁（ReadWriteLock）：允许多个线程同时读取共享资源，但只有一个线程可以写入共享资源，如ReentrantReadWriteLock等； （3）条件变量（Condition）：允许线程在某些条件下暂停执行，等待其他线程的通知，如ReentrantLock中的Condition接口等。

10. 悲观锁/乐观锁

悲观锁和乐观锁是两种处理并发控制的方法：

（1）悲观锁：假设在执行过程中数据会被修改，因此对数据进行加锁处理，如synchronized关键字、ReentrantLock等； （2）乐观锁：假设在执行过程中数据不会被修改，因此使用版本号或时间戳等方式来保证数据的一致性，如CAS算法、乐观锁机制等。

11. 读写锁

读写锁允许多个线程同时读取共享资源，但只有一个线程可以写入共享资源。读写锁的主要特点如下：

（1）读操作可以并发执行； （2）写操作独占执行； （3）读操作优先级高于写操作。

读写锁的实现通常基于互斥锁和条件变量，如ReentrantReadWriteLock等。

12. 条件变量

条件变量允许线程在某些条件下暂停执行，等待其他线程的通知。条件变量通常与互斥锁配合使用，如ReentrantLock中的Condition接口等。

13. 并发集合

并发集合是指支持多线程操作的集合类，如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等。并发集合通过内部机制保证线程安全，如使用分段锁、读写锁、CAS算法等。

14. 并发工具类

并发工具类包括以下几种：

（1）Phaser：用于控制多个线程的并发执行，如分阶段执行任务等； （2）Exchanger：用于线程间的数据交换，如生产者-消费者模式等； （3）FutureTask：用于异步执行任务，如线程池中的任务等； （4）非阻塞算法：如CompareAndSwap（CAS）算法，用于实现无锁编程。

15. CAS原理

CAS（Compare-And-Swap）算法是一种无锁编程技术，它通过比较内存中某个变量的值和预期值，如果相等，则将新值写入内存。CAS算法主要包含以下三个操作：

（1）V：当前内存变量的值； （2）A：预期值； （3）B：新值。

16. Atomic类

Atomic类是一组线程安全的类，用于实现无锁编程。例如，AtomicInteger、AtomicLong等。

17. 无锁队列

无锁队列是指不使用互斥锁的队列，如ConcurrentLinkedQueue。无锁队列通过CAS算法等机制保证线程安全，适用于任务数量较少的情况。

18. 并发框架

并发框架主要包括以下几种：

（1）Netty线程模型：基于事件驱动模型，提供高性能、可扩展的网络应用程序开发框架； （2）Akka Actor模型：基于Actor模型，实现无状态、有状态的Actor通信； （3）Disruptor环形缓冲区：基于环形缓冲区，提供高性能的消息传递机制。

二、MyBatis知识体系

MyBatis是一款优秀的持久层框架，它支持自定义SQL、存储过程以及高级映射。下面将从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、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、方言支持等方面进行详细讲解。

1. SQL映射

SQL映射是指将Java对象与数据库表进行映射的过程。MyBatis通过XML或注解的方式来实现SQL映射。

（1）XML映射：通过编写XML配置文件来定义SQL映射，包括SQL语句、参数映射、结果集映射等； （2）注解映射：通过在Java接口或实体类上添加注解来定义SQL映射，如@Select、@Insert、@Update、@Delete等。

2. 注解映射

注解映射是MyBatis提供的一种映射方式，它通过在Java对象上添加注解来定义SQL映射。注解映射具有以下优点：

（1）简化配置：通过注解，可以减少XML配置文件的使用，提高开发效率； （2）易于维护：通过注解，可以清晰地表达映射关系，方便维护和修改。

3. 结果集映射

结果集映射是指将数据库表中的数据映射到Java对象的过程。MyBatis通过XML或注解的方式来实现结果集映射。

（1）XML映射：通过编写XML配置文件来定义结果集映射，包括字段映射、类型处理器等； （2）注解映射：通过在Java实体类上添加注解来定义结果集映射，如@Results、@Result等。

4. 关联查询

关联查询是指将多个表的数据进行关联查询的过程。MyBatis通过XML或注解的方式来实现关联查询。

（1）XML映射：通过编写XML配置文件来定义关联查询，包括一对一、一对多、多对多等关联关系； （2）注解映射：通过在Java实体类上添加注解来定义关联查询，如@One、@Many等。

5. 动态SQL

动态SQL是指根据条件动态生成SQL语句的过程。MyBatis通过OGNL表达式、分支语句、片段等方式来实现动态SQL。

（1）OGNL表达式：OGNL（Object-Graph Navigation Language）是一种表达式语言，用于在MyBatis中实现动态SQL，如@SelectProvider、@UpdateProvider等； （2）分支语句：通过使用if、choose、when、otherwise等分支语句，根据条件动态生成SQL语句； （3）片段：将重复的SQL片段封装起来，方便复用。

6. OGNL表达式

OGNL（Object-Graph Navigation Language）是一种表达式语言，它允许在MyBatis中动态地访问对象属性、执行方法、调用函数等。OGNL表达式具有以下特点：

（1）支持对象属性访问、方法调用、函数调用等； （2）支持条件判断、循环、集合操作等； （3）支持动态类型转换、类型安全等。

7. 分支语句

分支语句用于在动态SQL中根据条件执行不同的SQL语句。MyBatis支持以下分支语句：

（1）if：根据条件判断是否执行SQL语句； （2）choose、when、otherwise：类似于Java中的switch语句，根据条件执行不同的SQL语句； （3）trim、where、set：用于动态地修改SQL语句的结构。

8. 批量操作

批量操作是指一次性执行多个SQL语句的过程。MyBatis通过XML或注解的方式来实现批量操作。

（1）XML映射：通过编写XML配置文件来定义批量操作，如@Batch、@InsertBatch、@UpdateBatch等； （2）注解映射：通过在Java接口或实体类上添加注解来定义批量操作，如@BatchInsert、@BatchUpdate等。

9. 缓存机制

MyBatis提供了两种缓存机制：一级缓存和二级缓存。

（1）一级缓存：MyBatis默认的缓存机制，它缓存了查询结果集。一级缓存的作用域是SqlSession，当SqlSession关闭后，一级缓存也会随之失效； （2）二级缓存：MyBatis提供的另一种缓存机制，它缓存了查询结果集的映射结果。二级缓存的作用域是Mapper，当Mapper关闭后，二级缓存也会随之失效。

10. 一级缓存

一级缓存是MyBatis默认的缓存机制，它缓存了查询结果集。一级缓存的作用域是SqlSession，当SqlSession关闭后，一级缓存也会随之失效。

一级缓存的工作原理如下：

（1）当执行查询操作时，MyBatis首先会检查一级缓存中是否存在该查询的结果集； （2）如果一级缓存中存在该查询的结果集，则直接从一级缓存中获取结果集，避免再次查询数据库； （3）如果一级缓存中不存在该查询的结果集，则执行数据库查询操作，并将查询结果集缓存到一级缓存中。

11. 二级缓存

二级缓存是MyBatis提供的另一种缓存机制，它缓存了查询结果集的映射结果。二级缓存的作用域是Mapper，当Mapper关闭后，二级缓存也会随之失效。

二级缓存的工作原理如下：

（1）当执行查询操作时，MyBatis首先会检查二级缓存中是否存在该查询的结果集映射结果； （2）如果二级缓存中存在该查询的结果集映射结果，则直接从二级缓存中获取映射结果，避免再次执行SQL语句； （3）如果二级缓存中不存在该查询的结果集映射结果，则执行SQL语句，并将查询结果集的映射结果缓存到二级缓存中。

12. 自定义缓存

自定义缓存是指根据需求自定义缓存机制，如Redis缓存。自定义缓存可以提供更丰富的缓存策略和功能，如分布式缓存、缓存穿透、缓存雪崩等。

13. 代理模式

代理模式是指使用代理对象来代替目标对象，实现对目标对象的控制。在MyBatis中，代理模式主要用于实现动态代理，如MapperProxy。

14. MapperProxy

MapperProxy是MyBatis中用于实现代理模式的一个类。它通过代理模式实现了Mapper接口的动态代理，从而实现了延迟加载、缓存等功能。

15. 插件拦截

MyBatis插件拦截是指在执行SQL语句的过程中，拦截特定操作，实现自定义逻辑。插件拦截可以用于实现日志记录、性能监控、参数校验等功能。

16. 动态代理

动态代理是一种在运行时创建代理对象的技术。在MyBatis中，动态代理主要用于实现Mapper接口的代理，从而实现延迟加载、缓存等功能。

17. 执行流程

MyBatis的执行流程包括以下步骤：

（1）解析XML配置文件：MyBatis会解析XML配置文件，包括SQL映射、缓存配置、插件配置等； （2）生成SqlSession：SqlSession是MyBatis的核心对象，它负责执行SQL语句、管理事务等； （3）执行SQL语句：MyBatis会根据SQL映射和参数信息，生成SQL语句，并执行SQL语句； （4）处理结果集：MyBatis会处理SQL语句的执行结果，包括结果集映射、类型转换等； （5）关闭SqlSession：执行完毕后，MyBatis会关闭SqlSession，释放资源。

18. SqlSession生命周期

SqlSession的生命周期包括以下阶段：

（1）创建SqlSession：通过SqlSessionFactory创建SqlSession； （2）执行SQL语句：使用SqlSession执行SQL语句，包括查询、更新、删除等； （3）提交或回滚事务：根据操作结果，提交或回滚事务； （4）关闭SqlSession：关闭SqlSession，释放资源。

19. 执行器类型

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

（1）SimpleExecutor：简单执行器，适用于单条SQL语句执行； （2）ReuseExecutor：重用执行器，适用于多条SQL语句执行，它会重用预处理语句和连接； （3）BatchExecutor：批处理执行器，适用于批量操作，它会将多条SQL语句合并为一条批量SQL语句执行。

20. 延迟加载

延迟加载是指将关联数据在需要时才加载，以提高程序执行效率。在MyBatis中，可以通过@Lazy注解来实现延迟加载。

21. 扩展机制

MyBatis提供了扩展机制，允许用户自定义插件、拦截器等。

（1）插件：MyBatis插件可以拦截MyBatis的执行过程，实现自定义逻辑，如日志记录、性能监控等； （2）拦截器：MyBatis拦截器可以拦截MyBatis的执行过程，实现自定义逻辑，如参数校验、类型转换等。

22. 类型处理器

类型处理器是指将Java类型与数据库类型进行转换的机制。MyBatis提供了多种类型处理器，如StringTypeHandler、DateTypeHandler等。

23. 拦截器链

拦截器链是指将多个拦截器按照顺序连接起来，形成一个拦截器链。在MyBatis中，拦截器链可以用于实现自定义逻辑，如日志记录、性能监控等。

24. 方言支持

方言支持是指MyBatis对特定数据库的SQL语句进行适配。MyBatis提供了多种方言支持，如MySQL方言、Oracle方言等。

总结

本文详细讲解了并发编程和MyBatis相关知识体系，从线程基础、线程生命周期、线程优先级、守护线程、线程池、核心参数配置、拒绝策略、工作队列类型、同步机制、悲观锁/乐观锁、读写锁、条件变量、并发集合、并发工具类、非阻塞算法、CAS原理、Atomic类、无锁队列、并发框架等方面进行了阐述。同时，对MyBatis的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、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

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