并发编程知识精要

📕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

并发编程的核心在于线程的管理与调度。线程是程序执行的基本单位，它使得操作系统能够实现任务的并行执行。线程的生命周期由创建、就绪、运行、阻塞、等待、超时、终止等状态组成，每个状态都对应着线程在程序执行中的不同行为。

• 线程生命周期：线程从创建（创建状态）开始，经过就绪（就绪状态）等待被调度执行。在运行状态，线程正在执行任务。当线程执行需要等待某些条件时，会进入阻塞状态。等待状态是线程等待某个事件发生，而超时状态是指线程等待超时后，无法继续等待。线程执行完毕或被终止时，进入终止状态。

• 线程优先级：线程优先级决定了线程在资源竞争中的优先级，操作系统会根据优先级分配CPU时间。线程优先级通常由线程的创建者或操作系统设定，优先级高的线程可以获得更多的CPU时间。

• 守护线程：守护线程是服务线程，当所有的守护线程结束时，主线程也会结束。守护线程通常用于执行一些不需要用户交互的辅助任务。

• 线程池：线程池是一种管理线程资源的方式，它可以避免频繁创建和销毁线程的开销。线程池的核心参数包括核心线程数、最大线程数、线程活跃时间、队列类型和拒绝策略。

核心参数配置、拒绝策略、工作队列类型

线程池的核心参数配置对线程池的性能有重要影响。核心线程数决定了线程池在空闲时保持的线程数量，最大线程数决定了线程池可以创建的最大线程数量。线程活跃时间是指线程在空闲状态下可以被回收的时间。队列类型决定了当线程池达到最大线程数时，新任务的存储方式。拒绝策略决定了当任务无法被线程池处理时，应该采取何种措施。

• 工作队列类型：阻塞队列和非阻塞队列是两种常见的工作队列类型。阻塞队列当线程池达到最大线程数时，新任务会放在队列中等待。非阻塞队列当线程池达到最大线程数时，新任务会立即执行，或者抛出异常。

• 拒绝策略：拒绝策略包括CallerRunsPolicy、AbortPolicy、DiscardPolicy和DiscardOldestPolicy。CallerRunsPolicy策略是让调用者自己处理任务，AbortPolicy策略是抛出异常，DiscardPolicy策略是不执行也不抛出异常，DiscardOldestPolicy策略是丢弃最旧的任务。

同步机制

同步机制用于确保多个线程在访问共享资源时不会相互干扰。常见的同步机制包括悲观锁、乐观锁、读写锁和条件变量。

• 悲观锁：悲观锁在操作数据之前，先对数据加锁，确保在操作过程中不会被其他线程干扰。悲观锁通常用于读操作很少，写操作频繁的场景。

• 乐观锁：乐观锁在操作数据时，不进行加锁，而是在操作完成后检查数据是否有变化，如果有，则进行回滚。乐观锁通常用于读操作频繁，写操作不频繁的场景。

• 读写锁：读写锁允许多个线程同时读取数据，但只有一个线程可以写入数据。读写锁可以提高并发性能，特别是在读操作远多于写操作的场景。

• 条件变量：条件变量允许线程在某个条件不满足时挂起，当条件满足时被唤醒。条件变量通常与互斥锁一起使用。

并发集合

Java提供了多种并发集合，如ConcurrentHashMap、CopyOnWrite容器等。

• ConcurrentHashMap：ConcurrentHashMap使用分段锁技术提高并发性能。它将数据分为多个段，每个段有自己的锁，从而允许多个线程同时访问不同的段。

• CopyOnWrite容器：CopyOnWrite容器在写操作时，先创建一个副本，操作完成后，将原数据替换为副本。这种机制适用于读操作远多于写操作的场景。

BlockingQueue

BlockingQueue是一种线程安全的队列，支持生产者-消费者模式。

• LinkedBlockingQueue：LinkedBlockingQueue基于链表实现，它可以动态地调整队列大小。

• ArrayBlockingQueue：ArrayBlockingQueue基于数组实现，它的大小是固定的。

并发工具类

并发工具类如Phaser、Exchanger和FutureTask提供了更高级的并发控制。

• Phaser：Phaser是一种更高级的同步机制，可以支持多个线程的并发控制。Phaser允许线程在执行任务之前进行同步，并在任务执行过程中进行多次同步。

• Exchanger：Exchanger允许两个线程交换数据。当两个线程都准备好交换数据时，它们会通过Exchanger交换数据。

• FutureTask：FutureTask是异步计算任务，返回一个Future对象。Future对象可以用来获取异步执行的结果。

非阻塞算法

非阻塞算法如CAS原理和Atomic类提供了无锁编程的解决方案。

• CAS原理：CAS（Compare-And-Swap）是一种无锁算法，用于实现线程安全的更新操作。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。

• Atomic类：Atomic类提供原子操作的类，如AtomicInteger、AtomicLong等。这些类可以保证在多线程环境下对基本数据类型的操作是原子的。

并发框架

并发框架如Netty线程模型、Akka Actor模型和Disruptor环形缓冲区提供了高性能的并发编程解决方案。

• Netty线程模型：Netty使用主从多线程模型，提高并发性能。主线程负责处理连接和断开事件，从线程负责处理读写事件。

• Akka Actor模型：Akka基于Actor模型，实现消息驱动的并发编程。Actor是一种轻量级的对象，它有自己的状态和消息队列。

• Disruptor环形缓冲区：Disruptor环形缓冲区提供高性能的并发数据结构，适用于高并发场景。它使用环形缓冲区和CAS操作来保证线程安全。

二、MyBatis知识体系

SQL映射

MyBatis通过XML或注解的方式定义SQL映射，将Java对象与数据库表进行映射。

• 注解映射：使用@Select、@Insert、@Update、@Delete等注解定义SQL映射。这些注解可以简化SQL映射的定义。

• 结果集映射：将数据库表中的字段映射到Java对象中。MyBatis提供了丰富的映射配置，可以处理复杂的映射关系。

• 关联查询：通过@OneToOne、@OneToMany、@ManyToMany等注解定义关联关系。这些注解可以简化关联查询的定义。

动态SQL

MyBatis支持动态SQL，可以根据不同的条件执行不同的SQL语句。

• OGNL表达式：使用OGNL表达式进行条件判断和字段选择。OGNL是一种表达式语言，可以用于处理复杂的表达式。

• 分支语句：使用 、 、 等标签实现分支语句。这些标签可以根据条件执行不同的SQL片段。

• 批量操作：使用 标签实现批量插入、批量更新等操作。这些标签可以简化批量操作的定义。

缓存机制

MyBatis提供一级缓存和二级缓存机制。

• 一级缓存：SqlSession级别的缓存，用于缓存最近一次查询的结果。一级缓存可以提高查询性能，但数据一致性较差。

• 二级缓存：Mapper级别的缓存，用于缓存不同SqlSession之间的查询结果。二级缓存可以提高查询性能，并保证数据一致性。

自定义缓存

MyBatis支持自定义缓存，通过实现Cache接口定义缓存策略。

• Cache接口：Cache接口定义了缓存的常用操作，如获取缓存、设置缓存、清除缓存等。

• 自定义缓存实现：通过实现Cache接口，可以自定义缓存策略，如基于Redis、Memcached等缓存技术。

代理模式

MyBatis使用代理模式实现动态代理，生成代理对象进行数据库操作。

• MapperProxy：MapperProxy是MyBatis的动态代理实现，用于生成代理对象。它拦截数据库操作，实现动态代理。

• 插件：MyBatis插件机制可以拦截数据库操作，实现自定义功能。插件可以扩展MyBatis的功能，提高其可定制性。

动态代理执行流程

MyBatis解析XML或注解，生成Mapper接口的代理对象。执行数据库操作时，代理对象调用目标方法。插件拦截数据库操作，实现自定义功能。

SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心对象，负责执行数据库操作。

• 创建SqlSession：通过SqlSessionFactory创建SqlSession。SqlSessionFactory是MyBatis的核心接口，负责创建SqlSession。

• 执行数据库操作：通过SqlSession执行数据库操作。SqlSession提供了各种数据库操作的方法，如查询、插入、更新、删除等。

• 关闭SqlSession：执行完成后关闭SqlSession。关闭SqlSession可以释放数据库连接和其他资源。

执行器类型

MyBatis提供多种执行器类型，如SimpleExecutor、BatchExecutor、ReuseExecutor等，用于提高数据库操作性能。

• SimpleExecutor：SimpleExecutor是MyBatis的默认执行器，它为每个查询创建一个新的数据库连接。

• BatchExecutor：BatchExecutor可以将多个SQL语句打包成批处理执行，提高数据库操作性能。

• ReuseExecutor：ReuseExecutor复用数据库连接，减少数据库连接的开销。

延迟加载

MyBatis支持延迟加载，在查询主表时，关联表的数据延迟加载。

• 延迟加载策略：MyBatis提供了多种延迟加载策略，如按需加载、懒加载等。

• 延迟加载实现：MyBatis通过动态代理和代理模式实现延迟加载。

扩展机制

MyBatis提供多种扩展机制，如拦截器、类型处理器、方言支持等。

• 拦截器：MyBatis拦截器机制可以拦截数据库操作，实现自定义功能。拦截器可以扩展MyBatis的功能，提高其可定制性。

• 类型处理器：MyBatis类型处理器机制用于处理数据类型转换。类型处理器可以扩展MyBatis的类型处理能力。

• 拦截器链：拦截器链机制可以串联多个拦截器，实现更复杂的功能。拦截器链可以扩展MyBatis的功能，提高其可定制性。

• 方言支持：MyBatis方言支持可以根据不同的数据库类型使用不同的SQL语法。方言支持可以扩展MyBatis的数据库兼容性。

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