并发编程知识精要

原创于 2025-07-29 12:09:11 发布 · 389 阅读

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#concurrent programming # multithreading # thread management

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📕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）、《解密程序员的思维密码——沟通、演讲、思考的实践》作者、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。

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Java程序员廖志伟

💡在这个美好的时刻，笔者不再啰嗦废话，现在毫不拖延地进入文章所要讨论的主题。接下来，我将为大家呈现正文内容。

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一、并发编程知识体系

线程基础

在并发编程领域，线程作为程序执行的最小单元，承载着程序并行执行的能力，极大地提高了程序的执行效率。以下是线程基础知识的详细解析：

线程生命周期：线程从创建到销毁，经历了多个阶段。这些阶段包括新建（New）、就绪（Runnable）、运行（Running）、阻塞（Blocked）、等待（Waiting）、超时等待（Timed Waiting）和终止（Terminated）。线程生命周期管理是确保线程安全、提高程序效率的关键。
- 新建阶段：线程对象被创建，但尚未启动。
- 就绪阶段：线程已准备好执行，等待CPU调度。
- 运行阶段：线程正在CPU上执行。
- 阻塞阶段：线程由于某些原因（如等待资源）无法继续执行。
- 等待阶段：线程主动放弃CPU资源，等待特定条件满足。
- 超时等待阶段：线程等待特定条件，但设置了一个超时时间。
- 终止阶段：线程完成执行或被终止。
线程优先级：线程优先级决定了线程在CPU上的调度顺序。Java中线程优先级分为最高（10）、分高（7）、中（5）、分低（3）、最低（1）五个等级。线程优先级设置不当可能导致死锁、优先级反转等问题。
守护线程：守护线程是一类特殊的线程，它不干涉主线程的执行。当所有非守护线程结束时，守护线程也会自动结束。守护线程常用于执行后台任务，如垃圾回收。
线程池：线程池是管理一组线程的集合，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包括核心线程数、最大线程数、存活时间、任务队列和拒绝策略。
- 核心线程数：线程池中最小的工作线程数量，即使没有任务也会保持运行。
- 最大线程数：线程池中最大的工作线程数量，当任务数量超过核心线程数时，线程池会创建新线程。
- 存活时间：空闲线程在终止前可以存活的时间。
- 任务队列：存储等待执行的任务，常见的队列类型有LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue、PriorityBlockingQueue、SynchronousQueue。
- 拒绝策略：当任务队列已满时，如何处理新任务，常见的策略有CallerRunsPolicy、AbortPolicy、DiscardPolicy、DiscardOldestPolicy。
工作队列类型：工作队列是线程池中存储任务的队列，常见的队列类型有：
- LinkedBlockingQueue：基于链表的阻塞队列，具有可预定的容量。
- ArrayBlockingQueue：基于数组的阻塞队列，具有可预定的容量。
- PriorityBlockingQueue：具有优先级的阻塞队列。
- SynchronousQueue：同步队列，不存储元素，每个插入操作必须等待对应的移除操作。
同步机制：同步机制是保证线程安全的关键技术，包括以下几种：
- 悲观锁：假设多个线程会同时访问共享资源，因此对共享资源进行加锁，直到某个线程完成操作才释放锁。Java中的synchronized关键字、ReentrantLock等都是悲观锁的实现。
- 乐观锁：假设多个线程不会同时访问共享资源，因此不对共享资源进行加锁，通过版本号或时间戳等方式来保证线程安全。Java中的乐观锁实现有AtomicInteger、AtomicLong等。
- 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中的读写锁实现有ReadWriteLock、ReentrantReadWriteLock等。
- 条件变量：线程在等待某个条件成立时，会进入等待状态，当条件成立时，线程会被唤醒。Java中的条件变量实现有Condition接口。

并发集合

ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap，支持高并发访问。其内部采用分段锁技术，将数据分成多个段，每个段有自己的锁，从而提高并发访问性能。
CopyOnWrite容器：当有线程进行写操作时，容器会创建一个新的副本，然后写入新副本，完成后再将原容器指向新副本。这种策略适用于读多写少的场景。
BlockingQueue：线程安全的队列，支持生产者-消费者模型。常见的实现有ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue等。

并发工具类

Phaser：用于协调一组线程的并发执行。Phaser提供了一种灵活的线程同步机制，可以方便地实现线程间的协作。
Exchanger：允许两个线程交换数据。Exchanger常用于线程间的数据交换，如生产者-消费者模型中的缓冲区。
FutureTask：用于异步执行任务，并获取结果。FutureTask是Future接口的实现，可以用于异步编程。

非阻塞算法

CAS原理：Compare-And-Swap，比较并交换操作，用于实现无锁编程。CAS操作包含三个操作数：内存位置V、预期原值A和新值B。当内存位置V的值与预期原值A相同时，将内存位置V的值修改为新值B，否则不做任何操作。
Atomic类：提供线程安全的原子操作。Java中的Atomic类包括AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference等。
无锁队列：基于CAS原理实现的线程安全队列。无锁队列通过CAS操作保证线程安全，适用于高并发场景。

并发框架

Netty线程模型：Netty采用主从多线程模型，主线程负责接收客户端连接，从线程负责处理业务逻辑。这种模型提高了系统的吞吐量和并发处理能力。
Akka Actor模型：Akka采用Actor模型，每个Actor是一个消息处理器，可以并发地处理消息。Actor模型具有高可用性、可伸缩性等特点。
Disruptor环形缓冲区：Disruptor使用环形缓冲区存储数据，提供高并发、低延迟的数据处理能力。Disruptor通过减少锁的使用，提高了系统的并发性能。

二、MyBatis知识体系

SQL映射

注解映射：使用注解将Java对象与数据库表进行映射。MyBatis提供了一系列注解，如@Select、@Insert、@Update、@Delete等，方便地进行数据库操作。
结果集映射：将查询结果映射到Java对象。MyBatis通过配置XML文件或注解，将查询结果映射到Java对象，实现了对象关系映射（ORM）。
关联查询：处理多表关联查询，实现一对多、多对多等关系。MyBatis通过配置XML文件或注解，实现多表关联查询。

动态SQL

OGNL表达式：表达式语言，用于动态生成SQL语句。OGNL表达式可以方便地实现动态SQL的编写。
分支语句：根据条件执行不同的SQL语句。MyBatis支持if、choose、when、otherwise等分支语句，实现动态SQL。
批量操作：一次性执行多条SQL语句。MyBatis支持批量插入、批量更新等操作，提高数据库操作效率。

缓存机制

一级缓存：MyBatis在SqlSession级别提供的一级缓存，用于存储最近执行的SQL语句及其结果。一级缓存可以提高查询效率，但无法跨SqlSession共享数据。
二级缓存：MyBatis在全局范围内提供的一级缓存，用于存储不同SqlSession之间的共享数据。二级缓存可以提高整个应用的数据查询效率，但配置和管理相对复杂。
自定义缓存：用户可以根据需求自定义缓存实现。自定义缓存可以扩展MyBatis的功能，满足特定场景的需求。

代理模式

MapperProxy：MyBatis使用代理模式实现Mapper接口的动态代理。动态代理可以拦截Mapper接口的方法调用，实现SQL执行、结果集映射等操作。
插件拦截：MyBatis允许用户自定义插件，拦截SQL执行过程。插件可以扩展MyBatis的功能，如日志记录、性能监控等。

动态代理执行流程

创建SqlSession。
获取Mapper接口的代理实例。
调用代理实例的方法，执行SQL语句。
根据结果集映射规则，将结果集映射到Java对象。

SqlSession生命周期

创建SqlSession。
使用SqlSession执行数据库操作。
关闭SqlSession。

执行器类型

SimpleExecutor：简单执行器，适用于单条SQL语句执行。SimpleExecutor直接执行SQL语句，不进行预处理。
ReuseExecutor：重用执行器，适用于批量执行相同SQL语句。ReuseExecutor会重用预处理后的SQL语句，提高执行效率。
BatchExecutor：批量执行器，适用于批量执行不同SQL语句。BatchExecutor将多条SQL语句合并成一条批量执行，提高执行效率。

延迟加载

延迟加载：在需要时才加载关联数据，提高程序执行效率。延迟加载可以减少数据库访问次数，提高系统性能。

扩展机制

类型处理器：将数据库类型转换为Java类型。类型处理器可以扩展MyBatis的功能，支持更多数据库类型。
拦截器链：拦截SQL执行过程，实现自定义功能。拦截器链可以扩展MyBatis的功能，如日志记录、性能监控等。
方言支持：支持不同的数据库方言。方言支持可以扩展MyBatis的功能，支持更多数据库。

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Java程序员廖志伟

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