并发编程精髓解析

最新推荐文章于 2025-09-10 00:27:18 发布

原创最新推荐文章于 2025-09-10 00:27:18 发布 · 562 阅读

29 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#Concurrency # Programming # Multithreading

Java场景面试宝典专栏收录该内容

713 篇文章

订阅专栏

📕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。

📙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。

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。

优快云

一、并发编程知识体系

并发编程是现代计算机科学中一个重要且复杂的领域，它涉及到多线程、多进程以及线程池等多种概念。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解析。

线程基础

线程是程序执行的最小单元，它是并发编程的基础。线程具有以下特点：

线程标识：每个线程都有一个唯一的标识符，通常由操作系统分配，用于区分不同的线程。
状态：线程可以处于创建、就绪、运行、阻塞、等待和终止等状态。这些状态反映了线程在程序执行过程中的不同生命周期阶段。
优先级：线程的优先级决定了线程的执行顺序，优先级高的线程可以获得更多的CPU时间。在Java中，线程优先级是通过Thread类的getPriority()和setPriority()方法进行设置的。

线程生命周期

线程从创建到销毁，经历了以下几个阶段：

新建（New）：通过Thread类或其子类构造函数创建。在这个阶段，线程已经被创建，但是还没有开始执行。
就绪（Runnable）：线程被创建后，进入就绪状态，等待CPU分配时间。就绪状态的线程已经准备好了执行，但是可能由于线程调度策略的原因还没有获得CPU时间。
运行（Running）：就绪状态的线程被调度执行。在这个阶段，线程正在使用CPU资源执行任务。
阻塞（Blocked）：线程由于等待某个资源或条件而无法执行。例如，线程可能在等待一个锁或其他线程的通知。
等待（Waiting）：线程处于等待状态，直到其他线程调用notify()或notifyAll()。在这个状态下，线程不会占用CPU资源。
终止（Terminated）：线程执行完毕或被其他线程终止。终止的线程不再占用任何系统资源。

线程优先级与守护线程

线程优先级用于决定线程的执行顺序，Java提供了10个优先级，从最低的1到最高的10。守护线程（Daemon Thread）是服务其他线程的线程，当没有非守护线程运行时，Java虚拟机将退出。

线程池

线程池是一种管理线程的方法，它可以减少线程的创建和销毁开销，提高程序的响应速度。线程池的核心参数包括：

核心线程数：线程池中始终存在的线程数量，这些线程会一直处于就绪状态，等待执行任务。
最大线程数：线程池中最大线程数量，当任务量增加时，可以创建更多线程来处理任务。
存活时间：空闲线程在终止前可以存活的时间，超过这个时间后，空闲线程会被回收。
工作队列：保存等待执行的任务，可以是数组、链表或优先队列等。

拒绝策略和工作队列类型：

拒绝策略：当线程池达到最大线程数时，如何处理新提交的任务。常见的拒绝策略包括抛出异常、返回Future对象、丢弃任务等。
工作队列类型：包括有界和无界队列，以及优先队列等。有界队列可以防止内存溢出，但可能会拒绝任务；无界队列可以接受所有任务，但可能导致内存溢出。

同步机制

同步机制用于保证多个线程在访问共享资源时不会相互干扰，主要有以下几种：

悲观锁：假定所有并发访问者都会修改共享资源，因此对共享资源进行加锁。Java中常用的悲观锁实现包括synchronized关键字和ReentrantLock类。
乐观锁：假定所有并发访问者都不会修改共享资源，只在必要时进行锁。Java中常用的乐观锁实现包括Atomic类和CAS（Compare-And-Swap）算法。
读写锁：允许多个线程同时读取资源，但只有一个线程可以写入资源。Java中常用的读写锁实现包括ReentrantReadWriteLock类。
条件变量：线程在等待某个条件成立时，可以挂起自身，当条件成立时被唤醒。Java中常用的条件变量实现包括Object类的wait()、notify()和notifyAll()方法。

并发集合

Java提供了多种并发集合，如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等，它们通过不同的方式保证线程安全。例如，ConcurrentHashMap使用分段锁（Segment Locking）机制，将数据分为多个段，每个段有自己的锁，从而提高并发性能。

并发工具类

一些并发工具类，如Phaser、Exchanger、FutureTask等，提供了更高级的并发控制。

非阻塞算法

非阻塞算法，如CAS（Compare-And-Swap）算法，通过原子操作保证线程安全。CAS算法包括三个操作数：内存位置（V）、预期原值（A）和新值（B）。如果内存位置的值与预期原值相等，就将内存位置的值修改为新值，否则不做任何操作。

CAS原理与Atomic类

CAS算法是一种无锁编程技术，Atomic类提供了各种原子操作，如AtomicInteger、AtomicLong等。这些原子操作可以保证在多线程环境下对共享资源的操作是原子的，即不可分割的。

无锁队列

无锁队列通过无锁编程技术实现，提高了线程之间的协作效率。无锁队列可以保证线程安全，同时避免了锁的开销。

并发框架

一些并发框架，如Netty、Akka、Disruptor等，提供了高性能的并发编程解决方案。

Netty线程模型

Netty采用主从多线程模型，通过主线程负责接收客户端连接，从线程负责处理业务逻辑。这种模型可以提高系统的吞吐量和并发处理能力。

Akka Actor模型

Akka是一种基于Actor模型的并发框架，通过Actor之间的消息传递实现并发。每个Actor都是一个轻量级的线程，可以独立地处理消息，从而实现高并发。

Disruptor环形缓冲区

Disruptor是一种高性能的并发框架，使用环形缓冲区和CAS算法实现高并发。环形缓冲区可以存储大量数据，并且可以快速地读取和写入数据，从而提高系统的性能。

二、MyBatis知识体系

MyBatis是一个优秀的持久层框架，它消除了几乎所有的JDBC代码和手动设置参数以及获取结果集的过程。

SQL映射

MyBatis通过XML或注解的方式定义SQL映射，将SQL语句与Java对象映射。SQL映射定义了SQL语句与Java对象的对应关系，包括输入参数、输出结果和关联关系等。

注解映射

使用注解的方式可以简化SQL映射的配置。MyBatis提供了多种注解，如@Select、@Insert、@Update和@Delete等，用于定义SQL映射。

结果集映射

MyBatis支持多种结果集映射方式，包括单列映射、多列映射等。单列映射将结果集中的单个列映射到Java对象的属性，多列映射将结果集中的多个列映射到Java对象的多个属性。

关联查询

MyBatis支持复杂的关联查询，如一对一、一对多、多对多等。通过使用<resultMap>元素和<association>或<collection>元素，可以定义复杂的关联关系。

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。通过使用<if>、<choose>、<when>和<otherwise>等元素，可以构建动态的SQL语句。

OGNL表达式

OGNL表达式用于动态构建SQL语句。OGNL表达式可以访问Java对象的属性和方法，从而实现动态的SQL构建。

分支语句与批量操作

MyBatis支持分支语句和批量操作，提高了SQL语句的灵活性。分支语句可以根据不同的条件执行不同的SQL语句，批量操作可以一次性执行多个SQL语句。

一级缓存与二级缓存

MyBatis提供了两种缓存机制：一级缓存和二级缓存。

一级缓存：一级缓存是SqlSession级别的缓存，用于缓存查询结果。当同一个SqlSession查询相同的数据时，可以直接从缓存中获取结果，从而提高查询效率。
二级缓存：二级缓存是全局缓存，用于缓存数据库中相同的数据。当多个SqlSession查询相同的数据时，可以从缓存中获取结果，从而提高查询效率。

自定义缓存与代理模式

MyBatis支持自定义缓存，通过代理模式实现。自定义缓存可以扩展MyBatis的缓存机制，满足特定的业务需求。

MapperProxy插件与动态代理

MapperProxy是MyBatis中用于实现动态代理的关键类，它负责拦截Mapper接口的方法调用。通过动态代理，MyBatis可以拦截方法调用，执行SQL映射和缓存操作。

SqlSession生命周期与执行器类型

SqlSession是MyBatis的核心对象，负责执行数据库操作。SqlSession的生命周期通常与数据库会话相对应，包括创建、使用和关闭等阶段。

执行器类型包括简单执行器、批量执行器和缓存执行器：

简单执行器：简单执行器直接执行SQL语句，不进行缓存和预处理。
批量执行器：批量执行器可以将多个SQL语句合并为一个批量操作，从而提高执行效率。
缓存执行器：缓存执行器结合了缓存和批量执行器的功能，可以同时提高执行效率和缓存命中率。

延迟加载与扩展机制

MyBatis支持延迟加载，可以通过扩展机制自定义加载逻辑。延迟加载可以减少初始化时的资源消耗，提高应用程序的性能。

类型处理器与拦截器链

MyBatis提供了类型处理器和拦截器链，用于处理数据类型转换和拦截数据库操作。

类型处理器：类型处理器用于将数据库中的数据类型转换为Java对象的数据类型，或反之。
拦截器链：拦截器链可以拦截数据库操作，例如，可以用于记录日志、监控性能等。

方言支持

MyBatis支持多种数据库方言，如MySQL、Oracle等。通过方言，MyBatis可以针对不同的数据库进行优化，提高查询效率。

通过以上对并发编程和MyBatis知识体系的详细描述，我们可以看到这两个领域之间存在着紧密的联系。并发编程是MyBatis实现高并发性能的基础，而MyBatis则将并发编程应用于数据库操作，提高了应用程序的响应速度和效率。在学习和应用这两个技术时，我们可以举一反三，将并发编程的理念和方法应用于MyBatis的各个方面，从而更好地优化和提升应用程序的性能。

优快云

博主分享

📥博主的人生感悟和目标

Java程序员廖志伟

📙经过多年在优快云创作上千篇文章的经验积累，我已经拥有了不错的写作技巧。同时，我还与清华大学出版社签下了四本书籍的合约，并将陆续出版。

《Java项目实战—深入理解大型互联网企业通用技术》基础篇的购书链接：https://item.jd.com/14152451.html
《Java项目实战—深入理解大型互联网企业通用技术》基础篇繁体字的购书链接：http://product.dangdang.com/11821397208.html
《Java项目实战—深入理解大型互联网企业通用技术》进阶篇的购书链接：https://item.jd.com/14616418.html
《Java项目实战—深入理解大型互联网企业通用技术》架构篇待上架
《解密程序员的思维密码--沟通、演讲、思考的实践》购书链接：https://item.jd.com/15096040.html

面试备战资料

八股文备战

场景	描述	链接
时间充裕（25万字）	Java知识点大全（高频面试题）	Java知识点大全
时间紧急（15万字）	Java高级开发高频面试题	Java高级开发高频面试题

理论知识专题（图文并茂，字数过万）

技术栈	链接
RocketMQ	RocketMQ详解
Kafka	Kafka详解
RabbitMQ	RabbitMQ详解
MongoDB	MongoDB详解
ElasticSearch	ElasticSearch详解
Zookeeper	Zookeeper详解
Redis	Redis详解
MySQL	MySQL详解
JVM	JVM详解

集群部署（图文并茂，字数过万）

技术栈	部署架构	链接
MySQL	使用Docker-Compose部署MySQL一主二从半同步复制高可用MHA集群	Docker-Compose部署教程
Redis	三主三从集群（三种方式部署/18个节点的Redis Cluster模式）	三种部署方式教程
RocketMQ	DLedger高可用集群（9节点）	部署指南
Nacos+Nginx	集群+负载均衡（9节点）	Docker部署方案
Kubernetes	容器编排安装	最全安装教程