并发编程精要-优快云博客

📕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，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：

独立性：线程可以独立执行，互不干扰。每个线程都有自己的堆栈空间、程序计数器、局部变量等，但共享进程的内存空间、文件描述符等资源。

技术实现细节：在Java中，线程的创建可以通过Thread类或者Runnable接口来实现。线程的生命周期管理涉及到线程状态的变化，如新建（New）、就绪（Runnable）、运行（Running）、阻塞（Blocked）、等待（Waiting）、超时等待（Timed Waiting）和终止（Terminated）等状态。

核心参数配置

线程池的核心参数配置是确保线程池高效运行的关键，包括：

（1）核心线程数：线程池中保持活跃的最小线程数。当任务提交到线程池时，如果有空闲的核心线程，则直接分配给核心线程执行。

技术实现细节：在Java中，可以通过ThreadPoolExecutor类来创建线程池，并设置核心线程数、最大线程数、存活时间、队列容量和拒绝策略等参数。

（2）最大线程数：线程池中允许的最大线程数。当核心线程数无法满足任务执行需求时，线程池会创建新的线程来处理任务。

（3）存活时间：线程空闲时，线程池等待线程死亡的时间。超过这个时间，空闲的线程会被回收。

（4）队列容量：工作队列的最大容量。当线程池中的线程数达到最大线程数时，新提交的任务会放入工作队列中等待执行。

（5）拒绝策略：当任务提交到线程池，但线程池已满时，如何处理新提交的任务。常见的拒绝策略包括：丢弃任务、丢弃当前任务并抛出异常、丢弃当前任务并执行后续任务、抛出RejectedExecutionException异常。

同步机制

同步机制用于解决多线程并发访问共享资源时出现的问题，主要包括：

（1）悲观锁：假设并发访问共享资源时，必定会发生冲突，因此在访问共享资源前，先加锁。Java中常用的悲观锁实现有synchronized关键字和ReentrantLock类。

技术实现细节：在Java中，使用synchronized关键字可以实现同步块或同步方法，确保同一时刻只有一个线程可以访问同步代码块或方法。ReentrantLock类提供了更丰富的锁操作，如尝试锁定、可中断的锁定等。

（2）乐观锁：假设并发访问共享资源时，冲突的可能性较小，因此在访问共享资源时，不进行加锁，而是在更新数据时进行版本控制。Java中常用的乐观锁实现有AtomicInteger、AtomicLong等原子类。

技术实现细节：原子类基于CAS（Compare-And-Swap）操作，确保操作的原子性。当多个线程同时操作同一个原子变量时，只有一个线程能够成功更新该变量的值。

（3）读写锁：读写锁允许多个线程同时读取共享资源，但只允许一个线程写入共享资源。Java中常用的读写锁实现有ReentrantReadWriteLock类。

技术实现细节：ReentrantReadWriteLock类提供了读锁和写锁，读锁可以多个线程同时持有，写锁只能由一个线程持有。

（4）条件变量：线程在等待某个条件成立时，可以挂起自己，当条件成立时，被唤醒。Java中常用的条件变量实现有Object.wait()、Object.notify()和Object.notifyAll()方法。

技术实现细节：线程调用wait()方法会释放当前持有的锁，并进入等待状态。当其他线程调用notify()或notifyAll()方法时，等待线程会从等待状态唤醒。

并发集合

并发集合是线程安全的集合，主要包括：

（1）ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap，采用分段锁技术。Java中，ConcurrentHashMap内部将数据分为多个段，每个段使用独立的锁来控制并发访问。

技术实现细节：ConcurrentHashMap通过分段锁，将数据分为多个段，每个段使用独立的锁，从而允许多个线程同时访问不同的段。

（2）CopyOnWrite容器：当有写操作时，复制整个容器，保证线程安全。Java中，CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet是典型的CopyOnWrite容器。

技术实现细节：当有写操作时，CopyOnWrite容器会创建一个新的容器来存储数据，原容器保持不变。读操作直接访问原容器，写操作使用新容器。

（3）BlockingQueue：线程安全的队列，支持阻塞操作。Java中，ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue等都是BlockingQueue的实现。

技术实现细节：BlockingQueue内部使用锁来保证线程安全，支持阻塞操作，如put()、take()、offer()、poll()等。

并发工具类

并发工具类主要包括：

（1）Phaser：用于协调多个线程的执行顺序。Java中，Phaser类提供了register()、arrive()、await()等方法来协调线程执行。

技术实现细节：Phaser通过注册和到达阶段来协调线程执行，确保所有线程都到达某个阶段后，才继续执行。

（2）Exchanger：用于在线程间交换数据。Java中，Exchanger类提供了exchange()方法来交换数据。

技术实现细节：Exchanger允许两个线程在某个点交换数据，确保交换操作原子性。

（3）FutureTask：用于异步执行任务。Java中，FutureTask类实现了Runnable接口，可以提交给线程池执行，并返回一个Future对象来获取执行结果。

技术实现细节：FutureTask内部维护了一个CountDownLatch来阻塞等待结果的线程，当任务执行完成后，唤醒等待线程。

非阻塞算法

非阻塞算法包括：

（1）CAS原理：Compare-And-Swap，比较并交换，用于实现无锁编程。Java中，Atomic类提供了基于CAS操作的各种原子类。

技术实现细节：CAS操作包含三个操作数：内存位置V、预期原值A和新值B。如果内存位置的值与预期原值A相等，则将内存位置的值修改为新值B。

（2）Atomic类：提供原子操作的工具类。Java中，AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference等都是Atomic类的实现。

技术实现细节：Atomic类内部使用CAS操作来保证操作的原子性，从而实现无锁编程。

（3）无锁队列：线程安全的队列，采用CAS原理实现。Java中，ConcurrentLinkedQueue是典型的无锁队列实现。

技术实现细节：ConcurrentLinkedQueue内部使用CAS操作来保证线程安全，支持高并发操作。

并发框架

并发框架主要包括：

（1）Netty线程模型：基于NIO的异步事件驱动框架。Netty采用主从多线程模型，一个Boss线程负责接收客户端连接，多个Worker线程负责处理业务逻辑。

技术实现细节：Netty通过Channel和ChannelHandler来处理网络事件，通过EventLoopGroup和ChannelPipeline来管理线程和事件。

（2）Akka Actor模型：基于Actor模型的并发框架。Akka将每个线程称为Actor，通过消息传递来实现线程间的通信。

技术实现细节：Akka通过ActorSystem来创建Actor系统，通过Actor来创建Actor实例，通过ActorRef来引用Actor。

（3）Disruptor环形缓冲区：高性能的并发队列。Disruptor采用环形缓冲区来存储数据，通过CAS操作来保证线程安全。

技术实现细节：Disruptor通过RingBuffer来存储数据，通过Sequence来维护环形缓冲区的位置，通过WaitStrategy来处理生产者和消费者之间的协作。

二、MyBatis知识体系

SQL映射

SQL映射是MyBatis的核心功能，主要包括：

（1）注解映射：使用注解定义SQL映射关系。MyBatis提供了多种注解，如@Select、@Insert、@Update、@Delete等。

技术实现细节：在MyBatis中，使用注解可以直接在Mapper接口的方法上定义SQL映射关系，简化了XML映射文件的编写。

（2）结果集映射：将数据库查询结果映射到Java对象。MyBatis提供了多种映射方式，如类型别名、自动映射、映射配置等。

技术实现细节：在MyBatis中，通过配置映射关系，可以将数据库查询结果映射到Java对象的属性上。

（3）关联查询：处理一对多、多对多等关联关系。MyBatis提供了多种关联查询方式，如嵌套查询、关联映射等。

技术实现细节：在MyBatis中，可以通过配置关联关系，实现一对多、多对多等关联查询。

（4）动态SQL：根据条件动态生成SQL语句。MyBatis提供了动态SQL功能，可以根据条件动态生成SQL语句。

技术实现细节：在MyBatis中，可以使用<if>、<choose>、<foreach>等标签来动态生成SQL语句。

OGNL表达式

OGNL表达式用于在MyBatis中处理复杂的数据绑定，主要包括：

（1）分支语句：根据条件执行不同的SQL语句。MyBatis支持使用OGNL表达式进行条件判断。

技术实现细节：在MyBatis中，可以使用OGNL表达式来根据条件执行不同的SQL语句。

（2）批量操作：同时执行多个SQL语句。MyBatis支持使用OGNL表达式进行批量操作。

技术实现细节：在MyBatis中，可以使用OGNL表达式来同时执行多个SQL语句。

缓存机制

MyBatis提供一级缓存和二级缓存机制，主要包括：

（1）一级缓存：SqlSession级别的缓存，用于存储查询结果。当SqlSession关闭时，一级缓存会失效。

技术实现细节：在MyBatis中，一级缓存是基于HashMap实现的，用于存储查询结果。

（2）二级缓存：Mapper级别的缓存，用于存储Mapper查询结果。当Mapper关闭时，二级缓存会失效。

技术实现细节：在MyBatis中，二级缓存是基于Map实现的，用于存储Mapper查询结果。

（3）自定义缓存：自定义缓存实现，满足特定需求。MyBatis支持自定义缓存实现，通过实现Cache接口来实现。

技术实现细节：在MyBatis中，可以通过实现Cache接口来自定义缓存实现。

（4）代理模式：通过代理模式实现缓存。MyBatis使用代理模式来实现缓存，通过代理Mapper接口的方法来拦截方法调用，实现缓存功能。

MapperProxy插件拦截

MyBatis插件拦截器机制，主要包括：

（1）MapperProxy：MyBatis的代理实现，用于拦截Mapper接口的方法。

技术实现细节：在MyBatis中，MapperProxy类实现了InvocationHandler接口，用于拦截Mapper接口的方法。

（2）插件拦截：通过实现Interceptor接口，拦截Mapper接口的方法。

技术实现细节：在MyBatis中，可以通过实现Interceptor接口来拦截Mapper接口的方法，实现自定义功能。

（3）动态代理：使用动态代理技术实现插件拦截。

技术实现细节：在MyBatis中，使用动态代理技术来实现插件拦截，通过Proxy.newProxyInstance()方法创建代理对象。

SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心对象，主要包括：

（1）创建SqlSession：获取SqlSession实例。

技术实现细节：在MyBatis中，可以通过SqlSessionFactory来获取SqlSession实例。

（2）执行SQL语句：通过SqlSession执行SQL语句。

技术实现细节：在MyBatis中，可以通过SqlSession的<select>、<insert>、<update>、<delete>等标签来执行SQL语句。

（3）关闭SqlSession：释放资源，关闭SqlSession。

技术实现细节：在MyBatis中，关闭SqlSession会释放资源，并关闭数据库连接。

执行器类型

MyBatis提供多种执行器类型，主要包括：

（1）SimpleExecutor：简单执行器，适用于单条SQL语句。

技术实现细节：在MyBatis中，SimpleExecutor会为每条SQL语句创建一个新的数据库连接。

（2）ReusingExecutor：重用执行器，适用于多条SQL语句。

技术实现细节：在MyBatis中，ReusingExecutor会重用数据库连接，提高性能。

（3）BatchExecutor：批量执行器，适用于批量操作。

技术实现细节：在MyBatis中，BatchExecutor会将多条SQL语句合并成一个批量操作，提高性能。

延迟加载

MyBatis支持延迟加载，主要包括：

（1）延迟加载策略：根据需求选择合适的延迟加载策略。

技术实现细节：在MyBatis中，可以通过配置延迟加载策略来实现延迟加载。

（2）延迟加载实现：通过代理模式实现延迟加载。

技术实现细节：在MyBatis中，通过代理模式来实现延迟加载，当访问关联对象时，才会加载关联对象的数据。

扩展机制

MyBatis提供多种扩展机制，主要包括：

（1）类型处理器：处理Java类型与数据库类型之间的转换。

技术实现细节：在MyBatis中，可以通过实现TypeHandler接口来处理Java类型与数据库类型之间的转换。

（2）拦截器链：拦截器链可以拦截MyBatis的执行过程。

技术实现细节：在MyBatis中，可以通过实现Interceptor接口来拦截MyBatis的执行过程。

（3）方言支持：支持不同的数据库方言。

技术实现细节：在MyBatis中，可以通过实现Dialect接口来支持不同的数据库方言。

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