并发编程精髓

📕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

并发编程是现代计算机科学中一个核心概念，它允许系统同时处理多个任务，从而提高资源利用率和响应速度。以下是对并发编程知识体系的详细描述，旨在提供专业且通俗易懂的理解。

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最小单位。线程具有以下特点：

• 轻量级：线程的创建、销毁和切换开销较小，相比于进程，线程在内存占用和上下文切换方面更为高效。
• 共享资源：线程共享进程的地址空间、文件描述符等资源，这使得线程间的通信和数据共享变得更加容易。
• 独立调度：线程可以独立地被调度执行，操作系统可以根据CPU的可用性动态地分配线程执行时间。

线程生命周期：

• 新建（New）：线程通过Thread类或其子类创建后，处于新建状态，此时线程尚未启动，也没有分配CPU时间片。
• 就绪（Runnable）：线程创建后，调用start()方法，进入就绪状态。此时线程已经准备好执行，但可能因为CPU调度而尚未获得CPU时间片。
• 运行（Running）：线程就绪后，获得CPU时间片，进入运行状态。线程在运行状态时，会执行其任务。
• 阻塞（Blocked）：线程因为某些原因（如等待资源、执行I/O操作等）无法继续执行，进入阻塞状态。线程在阻塞状态时，不会占用CPU时间片。
• 等待（Waiting）：线程调用wait()方法，进入等待状态，直到被其他线程唤醒。等待状态下的线程不会占用CPU时间片。
• 超时等待（Timed Waiting）：线程调用wait(long timeout)或sleep(long millis)，进入超时等待状态。在超时时间内，线程将被唤醒，否则继续等待。
• 终止（Terminated）：线程执行完毕或被其他线程强制终止，进入终止状态。终止的线程将释放其占用的资源。

线程优先级、守护线程

线程优先级用于表示线程的优先级，Java提供了Thread类中的getPriority()和setPriority()方法来获取和设置线程的优先级。线程优先级分为以下等级：

• 最低优先级：线程的优先级最低，通常为1。
• 正常优先级：线程的优先级为默认值，通常为5。
• 最高优先级：线程的优先级最高，通常为10。

守护线程（Daemon Thread）是一种在后台运行的线程，它不参与CPU的计算任务，只负责执行一些辅助性工作。当所有的非守护线程结束时，程序将自动退出。守护线程的创建通常使用Thread.setDaemon(true)方法。

线程池

线程池是管理一组线程的集合，它能够有效地控制线程的创建、销毁、执行和回收，从而提高应用程序的响应速度和吞吐量。线程池的核心参数配置如下：

• 核心线程数：线程池在运行时能够保持的最小线程数，即使任务量很少，线程池也会维持这个数量的线程。
• 最大线程数：线程池能够创建的最大线程数，当任务量超过核心线程数时，线程池会创建新的线程来处理任务。
• 队列类型：用于存放等待执行的任务队列，常见的队列类型有LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue、PriorityBlockingQueue等。
• 拒绝策略：当任务无法被处理时，线程池采取的策略，常见的拒绝策略有AbortPolicy、CallerRunsPolicy、DiscardPolicy、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。

悲观锁/乐观锁：

• 悲观锁：在操作数据前先加锁，直到操作完成才释放锁。悲观锁适用于数据竞争激烈、冲突概率高的场景，如synchronized关键字、ReentrantLock等。
• 乐观锁：在操作数据时不加锁，只在操作完成后检查是否有其他线程修改了数据。乐观锁适用于数据竞争不激烈、冲突概率低的场景，如CAS操作、version字段等。

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。读写锁适用于读操作远多于写操作的场景，如ReentrantReadWriteLock等。

条件变量：

• 条件变量允许线程在满足特定条件时等待，直到条件成立时被唤醒。条件变量通常与ReentrantLock结合使用，如Condition接口等。

并发集合

并发集合是专为并发环境设计的集合类，如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等。

ConcurrentHashMap：

• 分段锁：将数据分成多个段，每个段有自己的锁。读操作可以并行执行，写操作需要锁定所有段。
• 锁分离：读操作和写操作可以并行执行，提高了并发性能。

CopyOnWrite容器：

• 写操作：创建一个新的容器，将原容器的数据复制到新容器中，然后修改新容器。写操作开销较大，适用于读操作远多于写操作的场景。
• 读操作：直接返回原容器的数据。读操作性能较高，适用于读操作远多于写操作的场景。

BlockingQueue：

• 阻塞队列：当队列为空时，线程会等待直到有元素加入；当队列满时，线程会等待直到有元素被移除。阻塞队列适用于生产者-消费者模型。

并发工具类

Phaser：

• Phaser是一个灵活的同步工具，用于协调多个线程的执行顺序。Phaser支持线程的注册、等待、到达等操作，可以用于实现复杂的同步逻辑。

Exchanger：

• Exchanger允许两个线程在某个点交换数据。Exchanger通常用于实现生产者-消费者模型。

FutureTask：

• FutureTask是Future接口的实现，用于异步执行任务。FutureTask可以用来获取异步执行的结果，也可以用来取消任务。

非阻塞算法

CAS原理：

• CAS（Compare-And-Swap）是一种无锁算法，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操作包括三个操作数：内存位置、预期值和新值。

Atomic类：

• Atomic类提供了原子操作的支持，如AtomicInteger、AtomicLong等。Atomic类可以用于实现无锁编程。

无锁队列：

• 无锁队列是一种基于CAS原理实现的并发队列。无锁队列可以提高并发性能，适用于高并发场景。

并发框架

Netty线程模型：

• Netty使用主从多线程模型，一个线程负责接收客户端连接，多个线程负责处理客户端请求。Netty的线程模型可以有效地提高并发性能。

Akka Actor模型：

• Akka使用Actor模型，每个Actor是一个独立的线程，负责处理自己的消息。Actor模型可以有效地提高并发性能和容错性。

Disruptor环形缓冲区：

• Disruptor使用环形缓冲区来存储数据，并提供高效的并发访问。Disruptor可以用于实现高性能的并发队列。

二、MyBatis知识体系

MyBatis是一个基于Java的持久层框架，它使用XML或注解来配置SQL映射，简化了数据库操作。

SQL映射

注解映射：

• MyBatis提供了多种注解来映射SQL语句，如@Select、@Insert、@Update、@Delete等。注解映射可以简化SQL语句的编写，提高开发效率。

结果集映射：

• MyBatis可以将数据库结果集映射到Java对象。结果集映射可以通过XML配置或注解实现。

关联查询：

• MyBatis支持关联查询，可以将多个表的数据关联起来。关联查询可以通过XML配置或注解实现。

动态SQL：

• MyBatis支持动态SQL，可以根据条件动态生成SQL语句。动态SQL可以通过XML配置或@SelectProvider注解实现。

OGNL表达式、分支语句、批量操作

OGNL表达式：

• OGNL（Object-Graph Navigation Language）是一种表达式语言，用于在MyBatis中访问对象属性。OGNL表达式可以方便地访问对象的属性、方法、集合等。

分支语句：

• MyBatis支持分支语句，可以根据条件执行不同的SQL语句。分支语句可以通过<if>标签实现。

批量操作：

• MyBatis支持批量操作，可以提高数据库操作的效率。批量操作可以通过<foreach>标签实现。

缓存机制

一级缓存：

• 一级缓存是MyBatis在同一个SqlSession中共享的缓存，用于缓存查询结果。一级缓存可以减少数据库的访问次数，提高查询效率。

二级缓存：

• 二级缓存是MyBatis在同一个namespace中共享的缓存，用于缓存查询结果。二级缓存可以跨SqlSession共享查询结果，提高查询效率。

自定义缓存：

• MyBatis支持自定义缓存，可以通过实现Cache接口来实现。自定义缓存可以满足不同的缓存需求。

代理模式：

• MyBatis使用代理模式来实现数据库操作。代理模式可以隐藏数据库操作的细节，简化开发。

MapperProxy插件拦截、动态代理执行流程

MapperProxy：

• MapperProxy是MyBatis的代理类，用于拦截数据库操作。MapperProxy可以拦截SQL执行、参数处理、结果处理等操作。

插件拦截：

• MyBatis支持插件拦截，可以通过实现Interceptor接口来实现。插件拦截可以扩展MyBatis的功能。

动态代理执行流程：

• MyBatis使用动态代理技术来创建代理对象，拦截数据库操作。动态代理技术可以提高代码的执行效率。

SqlSession生命周期、执行器类型、延迟加载

SqlSession生命周期：

• SqlSession是MyBatis的核心对象，用于执行数据库操作。SqlSession的生命周期包括创建、使用和关闭。

执行器类型：

• MyBatis提供了多种执行器类型，如SimpleExecutor、ReuseExecutor、BatchExecutor等。不同的执行器类型适用于不同的场景。

延迟加载：

• MyBatis支持延迟加载，可以延迟加载关联对象。延迟加载可以提高查询效率，减少内存消耗。

扩展机制

类型处理器：

• 类型处理器用于将数据库类型转换为Java类型。类型处理器可以自定义，以满足不同的数据类型转换需求。

拦截器链：

• MyBatis使用拦截器链来拦截数据库操作。拦截器链可以扩展MyBatis的功能。

方言支持：

• MyBatis支持方言，可以针对不同的数据库进行优化。方言可以自定义，以满足不同的数据库特性。

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