并发编程核心解析

原创于 2025-07-10 12:04:45 发布 · 250 阅读

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#Concurrency # Programming # Java

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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的一个重要领域，它涉及多个任务同时执行时的管理、协调和优化。以下是对并发编程知识体系的详细解析，旨在使专业知识和通俗易懂性相结合。

线程基础

线程是程序执行的最小单位，是操作系统能够进行运算调度的基本单位。线程基础包括：

线程生命周期：线程从创建（创建状态）、可运行（就绪状态）、运行、阻塞（如I/O操作）、等待（如等待锁）、超时等待（如join操作超时）、终止（终止状态）的整个过程。线程生命周期管理涉及到操作系统调度算法，如时间片轮转、优先级调度等，这些算法决定了线程的执行顺序和优先级。
线程优先级：线程优先级决定了线程在多线程环境中的执行顺序，操作系统根据优先级分配CPU时间。优先级通常分为高、中、低三个等级，或者使用数值表示，数值越高优先级越高。线程优先级的管理需要考虑系统负载和用户需求，避免优先级反转和饥饿现象。
守护线程：守护线程是服务其他线程的线程，当没有任何非守护线程在运行时，程序即终止。守护线程通常用于处理一些不需要用户交互的辅助任务，如垃圾回收、日志记录等。
线程池：线程池是一组预先创建的线程，用于执行多个任务。线程池包括核心参数配置、拒绝策略、工作队列类型等。线程池的优势在于减少线程创建和销毁的开销，提高系统资源利用率。

核心参数配置

线程池的核心参数配置包括：

核心线程数：线程池中最小的线程数，即即使任务数量较少，线程池也会保持一定数量的线程处于空闲状态，以应对突发的大量任务。
最大线程数：线程池中最大的线程数，即线程池可以创建的最大线程数量，用于处理大量并发任务。
保持活跃时间：线程在空闲时等待新任务的最长时间，超过这个时间线程将被回收。
工作队列：用于存放等待执行的任务，常见的工作队列有数组队列、链表队列、阻塞队列等。

拒绝策略

当任务过多，无法放入工作队列时，线程池会根据拒绝策略处理。常见的拒绝策略有：

AbortPolicy：抛出RejectedExecutionException异常，直接拒绝任务。
CallerRunsPolicy：调用任务的线程自己执行该任务，避免任务丢失。
DiscardPolicy：不执行该任务，也不抛出异常，适用于任务不重要的情况。
DiscardOldestPolicy：丢弃队列头部的任务，执行当前任务，适用于任务不重要且队列较长的场景。

同步机制

同步机制用于控制多个线程对共享资源的访问，包括：

悲观锁/乐观锁：悲观锁认为冲突一定发生，乐观锁认为冲突很少发生。悲观锁通常使用互斥锁（如synchronized、ReentrantLock）实现，乐观锁通常使用CAS操作实现。
读写锁：允许多个线程同时读取，但只允许一个线程写入。读写锁（如ReentrantReadWriteLock）可以提高并发性能，尤其是在读多写少的场景。
条件变量：允许线程在某些条件成立时阻塞，条件不成立时继续执行。条件变量（如Object.wait、Object.notify）通常与互斥锁结合使用。

并发集合

并发集合是专为并发环境设计的集合类，包括：

ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap实现，使用分段锁（Segment Lock）技术，提高并发性能。
CopyOnWrite容器：在写操作时复制整个容器，适用于读多写少的场景，如ArrayList、LinkedList等。

并发工具类

并发工具类提供了一系列并发操作的实用方法，包括：

Phaser：用于控制多个线程的执行顺序，类似于CyclicBarrier，但提供了更灵活的等待条件。
Exchanger：允许两个线程交换数据，适用于需要交换数据的场景。
FutureTask：代表异步计算的结果，可以获取计算结果或取消任务。

非阻塞算法

非阻塞算法是利用CAS（Compare-And-Swap）原理实现的，包括：

CAS原理：比较内存中的值和预期值，如果相等，则更新为新值。CAS操作通常用于实现乐观锁。
Atomic类：提供了一系列原子操作类，如AtomicInteger、AtomicLong等，用于实现原子操作。
无锁队列：利用CAS操作实现的线程安全队列，如ConcurrentLinkedQueue。

并发框架

并发框架提供了更高级的并发编程抽象，包括：

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，提高网络应用程序的并发性能。
Akka Actor模型：基于Actor模型构建的并发框架，每个Actor是一个独立的消息处理器，具有高度的并发性和容错性。
Disruptor环形缓冲区：提供高性能的并发队列，适用于高并发场景，如金融交易系统、实时数据处理等。

二、MyBatis知识体系

MyBatis是一个基于Java的持久层框架，它简化了数据库操作，提高了开发效率。以下是对MyBatis知识体系的详细解析。

SQL映射

SQL映射是MyBatis的核心概念，包括：

注解映射：使用注解来定义SQL语句和映射关系，如@Select、@Insert、@Update、@Delete等。
结果集映射：将查询结果映射到Java对象，如使用@Results、@Result等注解。
关联查询：处理多表关联查询，实现级联加载，如使用@One、@Many等注解。
动态SQL：根据条件动态构建SQL语句，如使用、、等标签。

OGNL表达式

OGNL（Object-Graph Navigation Language）表达式用于在MyBatis中动态获取对象的属性值，包括：

表达式语法：点号（.）用于访问对象的属性，方括号（[]）用于访问集合的元素，如user.name、user.orders[0]等。

分支语句

分支语句用于处理条件查询，包括：

if：根据条件判断是否执行SQL语句，如使用标签。
choose（when-then-otherwise）：类似于if-else语句，支持多条件判断，如使用、、标签。

批量操作

批量操作用于执行多条SQL语句，提高数据库操作效率，包括：

批量插入：同时插入多条数据，如使用标签。
批量更新：同时更新多条数据，如使用标签。

缓存机制

MyBatis提供了一级缓存和二级缓存机制，包括：

一级缓存：SqlSession级别的缓存，用于缓存SQL语句的执行结果，提高查询效率。
二级缓存：Mapper级别的缓存，用于缓存Mapper的查询结果，提高查询效率。

自定义缓存

自定义缓存允许开发者根据需求实现自己的缓存策略，包括：

实现Cache接口：自定义缓存实现，需要实现多个方法，如clear、putObject、getObject、removeObject等。
缓存配置：在MyBatis配置文件中配置自定义缓存，如type、eviction、flushInterval等。

代理模式

MyBatis使用代理模式实现Mapper接口，包括：

MapperProxy：代理Mapper接口，实现数据库操作，如查询、插入、更新、删除等。
插件拦截：通过插件拦截数据库操作，实现自定义逻辑，如日志记录、性能监控等。

执行流程

MyBatis执行流程包括：

构建Configuration：读取配置文件，构建Configuration对象，包括数据源、事务管理器、映射器等。
构建SqlSession：创建SqlSession对象，执行数据库操作，如查询、插入、更新、删除等。
执行器类型：根据配置选择执行器类型，如简单执行器、缓存执行器等。

延迟加载

延迟加载用于在需要时才加载关联对象，提高性能，包括：

@Lazy：使用注解控制关联对象的加载时机，如懒加载、按需加载等。

扩展机制

MyBatis提供了一系列扩展机制，包括：

类型处理器：处理Java类型和数据库类型的转换，如使用TypeHandler接口。
拦截器链：拦截数据库操作，实现自定义逻辑，如使用Interceptor接口。
方言支持：支持不同的数据库方言，如MySQL、Oracle等，如使用Dialect接口。

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