并发编程核心技术-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

线程基础

并发编程的核心是线程，它是程序执行的最小单位。线程在操作系统中具有以下特点：

独立性：线程可以独立运行和独立调度，这意味着每个线程都可以执行不同的任务，且它们之间的调度互不干扰。
并行性：在多核处理器环境中，多个线程可以同时运行在不同的核心上，从而实现真正的并行执行。
共享性：线程共享进程的内存空间，包括堆内存、方法区等，这为线程间的通信和数据共享提供了便利。

线程基础包括以下几个方面：

线程生命周期：线程从创建到销毁经历了创建（New）、就绪（Runnable）、运行（Running）、阻塞（Blocked）、等待（Waiting）、超时等待（Timed Waiting）和终止（Terminated）七个状态。线程状态之间的转换是由线程的调度策略和操作系统的调度算法共同决定的。
线程优先级：线程优先级决定了线程的调度顺序，优先级高的线程更有可能获得CPU时间。线程优先级通常在创建线程时设置，也可以在运行过程中进行调整。
守护线程：守护线程是服务线程，当守护线程结束时，主线程也会结束。守护线程通常用于执行后台任务，如垃圾回收。
线程池：线程池是管理线程的一种方式，可以提高程序性能。线程池可以复用线程，避免频繁创建和销毁线程的开销。线程池的核心参数配置包括核心线程数、最大线程数、队列类型和拒绝策略。

核心参数配置

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，即使任务量很少，也会保持这么多线程空闲。
最大线程数：线程池可以维护的最大线程数，当任务量超出核心线程数时，会创建新线程来处理任务。
队列类型：工作队列存储等待执行的任务，常见的队列类型有LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue和SynchronousQueue等。
拒绝策略：当任务无法被线程池执行时，采用的拒绝策略，常见的拒绝策略有AbortPolicy、CallerRunsPolicy、DiscardPolicy和DiscardOldestPolicy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可能出现的数据不一致问题。同步机制包括以下几种：

悲观锁：假设在多线程环境中，数据被多个线程访问，那么在访问数据时，会先加锁，然后进行操作，操作完成后释放锁。常见的悲观锁实现方式有synchronized关键字、ReentrantLock等。
乐观锁：假设在多线程环境中，数据被多个线程访问，那么在访问数据时，不会加锁，而是通过版本号或时间戳来判断数据是否被修改。常见的乐观锁实现方式有乐观锁版本号、乐观锁时间戳等。
读写锁：读写锁允许多个线程同时读取数据，但只允许一个线程写入数据。常见的读写锁实现方式有ReentrantReadWriteLock等。
条件变量：条件变量是一种线程同步机制，用于等待某个条件成立。常见的条件变量实现方式有Object.wait()、Object.notify()和Object.notifyAll()等。

并发集合

并发集合用于在多线程环境中安全地存储和操作数据。并发集合包括以下几种：

ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap，支持高并发。ConcurrentHashMap采用分段锁技术，将数据分成若干段，每段使用一把锁，从而提高并发性能。
CopyOnWrite容器：在写操作时，先复制底层数据结构，然后进行修改，修改完成后，再替换底层数据结构。CopyOnWrite容器适用于读多写少的应用场景。
BlockingQueue：线程安全的队列，支持阻塞操作。BlockingQueue在多线程环境中可以安全地添加和移除元素。

并发工具类

并发工具类提供了一些用于实现多线程同步的实用工具。并发工具类包括以下几种：

Phaser：Phaser是一种线程同步工具，用于实现多线程的协作。Phaser允许线程在执行任务时等待其他线程到达某个特定阶段。
Exchanger：Exchanger是一种线程同步工具，用于实现线程间的数据交换。Exchanger允许两个线程在某个同步点交换数据。
FutureTask：FutureTask是一种线程池任务，用于异步执行任务。FutureTask可以获取异步执行任务的结果。

非阻塞算法

非阻塞算法用于在多线程环境中实现高效的同步。非阻塞算法包括以下几种：

CAS原理：CAS（Compare-And-Swap）是一种无锁算法，用于实现线程间的同步。CAS操作包括三个操作数：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，否则不做任何操作。
Atomic类：Atomic类提供了一系列原子操作，用于实现线程安全的操作。常见的Atomic类包括AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference等。
无锁队列：无锁队列是一种线程安全的队列，支持高并发。无锁队列通过CAS操作实现线程间的同步，避免了锁的开销。

并发框架

并发框架提供了一系列用于实现并发编程的库和工具。并发框架包括以下几种：

Netty线程模型：Netty是一种高性能的NIO框架，采用主从多线程模型。Netty的主线程负责处理连接和读写操作，从线程负责处理业务逻辑。
Akka Actor模型：Akka是一种基于Actor模型的并发框架，用于构建高并发、高可用、高容错的分布式系统。Akka将并发编程抽象为Actor模型，每个Actor负责处理特定的任务。
Disruptor环形缓冲区：Disruptor是一种高性能的并发框架，采用环形缓冲区实现线程间的协作。Disruptor通过环形缓冲区减少了线程间的争用，从而提高了并发性能。

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。SQL映射包括以下几个方面：

注解映射：使用@Select、@Insert、@Update、@Delete等注解，将SQL语句与Java对象进行映射。注解映射的优点是代码简洁，易于阅读和维护。
结果集映射：将查询结果集映射到Java对象。结果集映射可以通过XML或注解实现，可以映射单个字段、关联字段、集合等。
关联查询：支持一对一、一对多、多对多等关联查询。关联查询可以通过XML或注解实现，可以设置外键、级联关系等。

动态SQL

MyBatis支持动态SQL，可以编写复杂的SQL语句。动态SQL包括以下几个方面：

OGNL表达式：OGNL（Object-Graph Navigation Language）是一种表达式语言，用于在MyBatis中编写动态SQL。OGNL表达式可以访问Java对象的属性和方法，实现动态SQL的编写。
分支语句：支持if、choose、when、otherwise等分支语句，可以编写复杂的条件查询。
批量操作：支持批量插入、批量更新、批量删除等操作，可以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。缓存机制包括以下几个方面：

一级缓存：默认开启，用于缓存SQL查询结果。一级缓存的作用域是SqlSession，当SqlSession关闭时，一级缓存会失效。
二级缓存：支持自定义缓存，可以缓存对象、集合等数据。二级缓存的作用域是应用程序，当应用程序关闭时，二级缓存会失效。

代理模式

MyBatis使用代理模式实现Mapper接口。代理模式包括以下几个方面：

MapperProxy：MapperProxy是MyBatis的代理类，用于实现Mapper接口。MapperProxy内部维护了一个Mapper接口的实例，并通过反射调用该实例的方法。
插件拦截：MyBatis支持插件拦截，可以自定义插件实现拦截功能。插件拦截可以用于实现日志记录、性能监控等功能。

执行流程

MyBatis的执行流程包括以下几个步骤：

创建SqlSession：SqlSession是MyBatis的核心对象，用于执行SQL语句。SqlSession内部维护了数据库连接、事务管理等功能。
执行器：执行器负责执行SQL语句。MyBatis支持多种执行器类型，如SimpleExecutor、ReuseExecutor、BatchExecutor等。
执行器类型：MyBatis支持多种执行器类型，如SimpleExecutor、ReuseExecutor、BatchExecutor等。不同的执行器类型具有不同的性能特点。
延迟加载：MyBatis支持延迟加载，可以降低内存消耗。延迟加载是指在需要时才加载对象的数据，而不是在创建对象时就加载所有数据。

扩展机制

MyBatis提供了一系列扩展机制，如：

类型处理器：类型处理器用于将Java类型与数据库类型进行转换。MyBatis内置了多种类型处理器，也可以自定义类型处理器。
拦截器链：拦截器链用于拦截SQL执行过程，可以自定义拦截器实现功能。拦截器链可以用于实现日志记录、性能监控等功能。
方言支持：MyBatis支持多种数据库方言，如MySQL、Oracle、SQLServer等。可以通过设置方言来支持不同的数据库。

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