并发编程核心知识

📕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

在并发编程中，线程是程序执行的最小单位，它是操作系统能够进行运算调度的最小单位。线程基础包括以下几个方面：

线程的创建：在Java中，线程可以通过实现Runnable接口或者继承Thread类来创建。创建线程时，需要重写run方法，该方法定义了线程的执行逻辑。

线程的调度：操作系统能够调度多个线程并发执行，线程调度算法包括先来先服务、时间片轮转、优先级调度等。

线程的同步和通信：线程间的同步机制主要有互斥锁、信号量、条件变量等。线程间通信可以通过管道、共享内存等方式实现。

线程生命周期

线程的生命周期包括以下六个状态：

新建（New）：线程创建后，处于新建状态，此时线程还没有分配必要的资源。

就绪（Runnable）：线程被创建后，需要等待CPU调度的状态。

运行（Running）：线程获取到CPU时间，开始执行任务的状态。

阻塞（Blocked）：线程由于等待某个资源或其他原因，无法继续执行的状态。

等待（Waiting）：线程调用了Object.wait()方法，等待另一个线程通知的状态。

超时等待（Timed Waiting）：线程调用了Object.wait(long timeout)或Object.join(long timeout)方法，等待另一个线程通知，但设置了超时时间的状态。

终止（Terminated）：线程执行完毕或被其他线程中断，进入终止状态。

线程优先级

线程优先级决定了线程在多线程环境中的调度顺序。在Java中，线程优先级分为以下三个等级：

最高（MAX_PRIORITY）：优先级最高，优先级值为10。

正常（NORM_PRIORITY）：默认优先级，优先级值为5。

最低（MIN_PRIORITY）：优先级最低，优先级值为1。

守护线程

守护线程是一种特殊的线程，它为其他线程提供服务。当所有非守护线程结束时，守护线程也会自动结束。Java中可以通过调用setDaemon(true)方法将线程设置为守护线程。

线程池

线程池是一种管理线程的机制，它可以有效地控制线程的创建、销毁和复用。线程池的核心参数配置如下：

核心线程数：线程池中保持的线程数，即使没有任务执行，这些线程也会一直存在。

最大线程数：线程池允许的最大线程数，当任务数量超过最大线程数时，线程池将根据拒绝策略处理新提交的任务。

存活时间：空闲线程存活的最长时间，超过这个时间，空闲线程会被回收。

工作队列类型：线程池的工作队列用于存放等待执行的任务，常见的工作队列类型有LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue、PriorityBlockingQueue和SynchronousQueue等。

拒绝策略：当线程池中的线程数量达到最大值时，拒绝策略决定了如何处理新提交的任务。常见的拒绝策略有AbortPolicy（抛出异常）、CallerRunsPolicy（调用者运行）、DiscardPolicy（丢弃任务）和DiscardOldestPolicy（丢弃最旧任务）。

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。常见的同步机制有悲观锁/乐观锁、读写锁和条件变量等。

悲观锁/乐观锁

悲观锁假设并发访问共享资源时，数据会被多个线程同时修改，因此需要加锁来保证数据的一致性。乐观锁则假设并发访问共享资源时，数据不会被修改，因此采用版本号或时间戳来检测数据是否发生变化。

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。读写锁可以提高并发性能，因为它允许多个线程同时读取数据。

条件变量

条件变量是一种线程间的通信机制，它可以用来实现线程间的等待和通知。

并发集合

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

ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap是Java中的一种线程安全的HashMap实现，它通过分段锁（Segment Locking）来提高并发性能。在ConcurrentHashMap中，数据被分成多个段，每个段由一个锁来管理，这样可以降低锁竞争，提高并发性能。

CopyOnWrite容器

CopyOnWrite容器是一种线程安全的容器，它通过在每次修改时创建一个新的副本来保证数据的一致性。适用于读多写少的应用场景。

BlockingQueue

BlockingQueue是一种线程安全的队列，它支持生产者-消费者模型。常见的数据结构有LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue、PriorityBlockingQueue和SynchronousQueue等。

并发工具类

并发工具类包括Phaser、Exchanger、FutureTask等，它们用于简化并发编程。

Phaser

Phaser是一种线程同步工具，它允许线程在执行过程中进行多次同步。Phaser可以应用于任务并行处理，实现线程间的协调和同步。

Exchanger

Exchanger允许两个线程在某个时刻交换数据。适用于数据交换的场景。

FutureTask

FutureTask是一个可以表示异步计算结果的Future对象。FutureTask可以用来表示异步操作的结果，并提供获取结果、取消操作等功能。

非阻塞算法

非阻塞算法是一种在多线程环境中不使用锁的算法，如CAS（Compare-And-Swap）算法。

CAS原理

CAS算法是一种无锁算法，它通过比较内存中的值和预期值，如果相等，则将内存中的值更新为新值。CAS算法可以用于实现原子操作，提高并发性能。

Atomic类

Atomic类是Java提供的一组原子操作类，如AtomicInteger、AtomicLong等。这些类提供了原子性的读、写和更新操作，可以用于实现并发编程中的原子操作。

无锁队列

无锁队列是一种不使用锁的线程安全队列，如ConcurrentLinkedQueue。无锁队列适用于读多写少的应用场景，可以提高并发性能。

并发框架

并发框架包括Netty、Akka和Disruptor等。

Netty线程模型

Netty采用主从多线程模型，它将任务分配给多个工作线程，由一个或多个Boss线程负责处理连接请求。Netty线程模型可以提高并发性能，降低系统资源消耗。

Akka Actor模型

Akka是一个基于Actor模型的并发框架，它将每个线程称为Actor，并通过消息传递来实现线程间的通信。Actor模型可以简化并发编程，提高系统的可扩展性。

Disruptor环形缓冲区

Disruptor是一种高性能的并发框架，它使用环形缓冲区来存储数据，并通过CAS算法实现线程间的同步。Disruptor可以应用于处理高并发场景，提高系统的吞吐量。

二、MyBatis知识体系

SQL映射

SQL映射是MyBatis的核心功能之一，它将Java对象与数据库表进行映射。在MyBatis中，可以通过XML配置或注解来定义SQL映射。

注解映射

MyBatis支持使用注解来定义SQL映射，如@Select、@Insert、@Update和@Delete等。注解映射可以简化SQL映射的编写，提高代码的可读性。

结果集映射

结果集映射用于将数据库查询结果映射到Java对象中，如@Results、@Result等。结果集映射可以定义字段名和Java对象属性的映射关系。

关联查询

关联查询用于处理多表之间的关系，如@One、@Many等。关联查询可以将数据库表之间的关系映射到Java对象中，简化Java对象与数据库表之间的交互。

动态SQL

动态SQL允许在运行时动态构建SQL语句，如@SelectProvider、@SqlProvider等。动态SQL可以提高SQL语句的灵活性，减少硬编码。

OGNL表达式

OGNL表达式用于在MyBatis中动态构建SQL语句，如@Sql、@If等。OGNL表达式可以简化动态SQL的编写，提高代码的可读性。

分支语句

分支语句用于在MyBatis中实现条件判断，如@Choose、@When、@Otherwise等。分支语句可以提高SQL语句的灵活性，实现复杂的业务逻辑。

批量操作

批量操作允许一次性执行多个SQL语句，如@Batch、@Options等。批量操作可以提高数据库操作效率，减少数据库访问次数。

缓存机制

MyBatis提供了缓存机制，包括一级缓存和二级缓存。

一级缓存

一级缓存是SqlSession级别的缓存，它缓存了从数据库查询到的数据。一级缓存可以提高数据库查询效率，减少数据库访问次数。

二级缓存

二级缓存是Mapper级别的缓存，它缓存了从数据库查询到的数据。二级缓存可以提高数据库查询效率，减少数据库访问次数，适用于多表查询场景。

自定义缓存

MyBatis允许自定义缓存，如@Cache、@CacheNamespace等。自定义缓存可以提高缓存命中率，适用于复杂业务场景。

代理模式

MyBatis使用代理模式来实现Mapper接口的动态代理，从而实现对数据库操作的封装。动态代理技术可以减少代码冗余，提高代码可读性。

MapperProxy

MapperProxy是MyBatis中用于实现Mapper接口动态代理的类。MapperProxy内部维护了一个InvocationHandler对象，用于拦截Mapper接口的调用。

插件拦截

MyBatis允许使用插件来拦截执行过程中的某些操作，如@Interceptor、@Interceptors等。插件拦截可以提高MyBatis的灵活性和可扩展性。

动态代理执行流程

MyBatis使用动态代理技术来实现Mapper接口的动态代理，其执行流程如下：

1. 创建Mapper接口的动态代理对象。

2. 执行代理对象的方法。

3. 调用InvocationHandler对象的invoke方法。

4. 根据Method对象获取对应的SQL映射。

5. 执行SQL映射，获取结果。

6. 返回结果。

SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心对象，它负责管理数据库连接、事务和SQL执行等。

执行器类型

MyBatis提供了多种执行器类型，如SimpleExecutor、ReuseExecutor和BatchExecutor等。执行器类型决定了MyBatis的数据库操作方式。

延迟加载

延迟加载是一种优化技术，它可以在需要时才加载数据，从而提高性能。延迟加载可以减少数据库访问次数，提高系统响应速度。

扩展机制

MyBatis提供了扩展机制，如TypeHandler、Interceptor和Plugin等。扩展机制可以提高MyBatis的灵活性和可扩展性。

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，如@TypeHandler、@Types等。类型处理器可以提高MyBatis的类型转换能力。

拦截器链

拦截器链用于拦截执行过程中的某些操作，如@Interceptor、@Interceptors等。拦截器链可以提高MyBatis的可扩展性。

方言支持

MyBatis支持多种数据库方言，如MySQL、Oracle和SQL Server等。方言支持可以提高MyBatis的兼容性。

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