并发编程知识精粹

📕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

并发编程是计算机科学中的一个核心领域，它涉及到如何高效利用多核处理器，提高程序的执行效率。在多线程环境下，如何创建、管理、同步线程以及解决并发问题成为了关键。以下是对并发编程知识体系的详细补充说明。

1. 线程基础

线程是并发编程的基础，它允许程序同时执行多个任务。以下是线程基础的详细技术实现细节：

（1）线程生命周期：线程的生命周期包括创建、就绪、运行、阻塞和终止五个阶段。在Java中，线程的创建通常使用Thread类或Runnable接口来实现。线程的调度由操作系统的线程调度器负责，它根据线程优先级、线程状态和CPU资源等因素进行。

（2）线程优先级：线程优先级决定了线程在CPU调度中的优先级。Java中的线程优先级是一个整数，范围从1（最低）到10（最高）。线程的优先级越高，被调度执行的概率越大。然而，这并不是绝对的，因为最终线程的调度还取决于操作系统的实现。

（3）守护线程：守护线程是服务线程，它不会阻塞程序运行。在Java中，可以通过调用setDaemon(true)方法将一个线程设置为守护线程。当所有的非守护线程结束时，程序将正常退出，即使守护线程仍在运行。

（4）线程池：线程池是一种管理线程的机制，它可以提高程序的性能，减少创建和销毁线程的开销。Java中的ExecutorService接口提供了线程池的实现。线程池的核心参数配置包括核心线程数、最大线程数、存活时间、工作队列和拒绝策略。这些参数对于线程池的性能至关重要，需要根据具体应用场景进行调整。

2. 同步机制

同步机制是解决并发编程中资源共享问题的关键，以下是同步机制的详细技术实现细节：

（1）悲观锁/乐观锁：悲观锁和乐观锁是解决并发数据一致性的两种策略。悲观锁在操作数据前会锁定资源，直到操作完成。乐观锁则在操作过程中检查数据是否被修改，如果被修改则重试。在Java中，可以使用synchronized关键字或ReentrantLock类来实现悲观锁，而乐观锁可以使用java.util.concurrent.atomic包中的原子类。

（2）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。这种锁可以提高程序的性能，尤其是在读多写少的场景中。Java中的ReadWriteLock类提供了读写锁的实现。

（3）条件变量：条件变量是一种线程间通信机制，它允许线程在满足一定条件时进行等待，直到条件成立后继续执行。在Java中，可以使用Object类的wait()、notify()和notifyAll()方法来实现条件变量。

（4）并发集合：Java提供了多种并发集合，如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等。这些集合在并发环境下保证了线程安全，其内部实现通常使用分段锁、循环队列等技术。

3. 并发工具类

Java提供了丰富的并发工具类，以下是并发工具类的详细技术实现细节：

（1）Phaser：Phaser是一种线程同步工具，它允许线程在执行过程中进行同步，并在某个节点等待其他线程。Phaser通过维护一个计数器来跟踪到达特定节点的线程数量。

（2）Exchanger：Exchanger是一种线程间交换数据的工具，它允许两个线程在某个节点交换数据。Exchanger可以用于实现生产者-消费者模式等场景。

（3）FutureTask：FutureTask是一种异步执行任务的工具，它允许调用者获取任务执行结果。FutureTask内部使用Thread对象来执行任务。

（4）非阻塞算法：非阻塞算法是一种在并发环境下提高程序性能的方法。它通过减少线程争抢和数据同步来提高程序效率。例如，使用java.util.concurrent.atomic包中的原子类来实现无锁编程。

4. 并发框架

并发框架是解决复杂并发问题的工具，以下是并发框架的详细技术实现细节：

（1）Netty线程模型：Netty是一种高性能的网络通信框架，它采用了主从多线程模型。主线程负责接收客户端连接请求，从线程负责处理业务逻辑。这种模型提高了程序的性能，尤其是在高并发场景中。

（2）Akka Actor模型：Akka是一种基于Actor模型的并发框架，它允许程序以事件驱动的方式处理并发问题。Actor是一个轻量级的线程，它有自己的消息队列，通过发送和接收消息来与其他Actor通信。

（3）Disruptor环形缓冲区：Disruptor是一种高性能的环形缓冲区，它通过减少线程争抢和数据同步来提高程序效率。Disruptor使用环形缓冲区来存储数据，并通过预分配内存来避免内存碎片。

二、MyBatis知识体系

MyBatis是一款优秀的持久层框架，它简化了数据库操作，提高了开发效率。以下是MyBatis知识体系的详细补充说明。

1. SQL映射

SQL映射是MyBatis的核心功能，它将Java对象与数据库表进行映射。以下是SQL映射的详细技术实现细节：

（1）注解映射：MyBatis提供了多种注解，如@Select、@Insert、@Update、@Delete等，用于定义SQL映射。这些注解可以简化XML配置，提高开发效率。

（2）结果集映射：MyBatis将数据库表与Java对象进行映射，包括字段映射、类型映射和关联映射。字段映射通过注解或XML配置实现，类型映射则依赖于MyBatis的类型处理器。

（3）关联查询：MyBatis支持多表关联查询，包括一对一、一对多、多对多等。关联查询可以通过XML配置或注解来实现。

（4）动态SQL：MyBatis支持动态SQL，可以根据条件动态构建SQL语句。动态SQL可以通过<if>、<choose>、<foreach>等标签来实现。

2. 缓存机制

MyBatis提供了两种缓存机制，分别是一级缓存和二级缓存。以下是缓存机制的详细技术实现细节：

（1）一级缓存：一级缓存是SqlSession级别的缓存，它缓存了SqlSession中最近执行过的查询结果。一级缓存的作用域较小，但速度快。

（2）二级缓存：二级缓存是Mapper级别的缓存，它缓存了Mapper中最近执行过的查询结果。二级缓存的作用域较大，但速度相对较慢。

（3）自定义缓存：MyBatis允许自定义缓存，通过实现Cache接口来实现。自定义缓存可以针对特定场景进行优化。

（4）代理模式：MyBatis使用代理模式实现缓存，提高了缓存的使用效率。代理模式通过动态代理技术，在运行时动态生成代理对象。

3. 执行流程

MyBatis的执行流程如下：

（1）构建SqlSession：通过SqlSessionFactory创建SqlSession。SqlSessionFactory负责创建和管理SqlSession。

（2）构建MapperProxy：通过MapperProxy代理Mapper接口。MapperProxy负责拦截对Mapper接口的调用，并执行相应的SQL语句。

（3）构建SqlSource：根据注解或XML配置构建SqlSource。SqlSource负责生成SQL语句。

（4）构建BoundSql：根据SqlSource构建BoundSql。BoundSql负责处理SQL语句中的参数。

（5）构建SqlExecutor：根据BoundSql构建SqlExecutor。SqlExecutor负责执行SQL语句并返回结果集。

（6）执行查询：执行查询，返回结果集。

4. 扩展机制

MyBatis提供了多种扩展机制，以下是扩展机制的详细技术实现细节：

（1）类型处理器：类型处理器用于处理Java类型与数据库类型之间的转换。类型处理器通过实现TypeHandler接口来实现。

（2）拦截器链：拦截器链允许在执行查询过程中进行拦截，如执行前、执行后、异常等。拦截器链通过实现Interceptor接口来实现。

（3）方言支持：MyBatis支持多种数据库方言，如MySQL、Oracle、SQL Server等。方言支持通过实现Dialect接口来实现。

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