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)、《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。

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一、并发编程知识体系

线程基础

在并发编程中,线程的创建是实现多任务并行执行的关键。Java中的线程创建方法,如通过继承Thread类或实现Runnable接口,本质上是将任务封装成线程对象,由JVM进行调度。而使用Lambda表达式则简化了线程的创建,通过匿名类直接定义任务逻辑。

线程生命周期

线程生命周期管理是并发编程的重要环节。Java线程的生命周期经历了多个阶段,从线程的创建到销毁,每个阶段都有其特定的状态和职责。例如,NEW状态表示线程已经被创建但尚未启动,而RUNNABLE状态表示线程准备好执行,正在JVM的线程队列中等待CPU的调度。

线程优先级

线程优先级由操作系统调度器负责,它决定了线程在多个可执行线程中的执行顺序。在Java中,线程的优先级可以通过getPriority()setPriority()方法获取和设置。线程的优先级设置需要谨慎,因为不当的优先级设置可能会导致死锁或资源竞争。

守护线程

守护线程在程序结束时会随着主线程的结束而结束,通常用于执行辅助任务。在Java应用程序中,所有非守护线程都在守护线程结束时退出,因此,主线程总是最后退出的。

线程池

线程池通过管理一组线程来减少资源消耗和提高性能。线程池的核心参数配置,如核心线程数、最大线程数和队列容量,直接影响了线程池的吞吐量和资源利用效率。例如,在任务密集型应用中,可以设置较大的核心线程数以保持任务处理的高效。

拒绝策略

拒绝策略是线程池管理中不可或缺的一部分。当线程池已满且无法接纳新任务时,拒绝策略将决定如何处理新提交的任务。合理配置拒绝策略可以防止资源耗尽,同时避免任务丢弃。

工作队列类型

线程池的工作队列是实现任务缓冲的重要手段。不同类型的工作队列适用于不同的场景,例如,LinkedBlockingQueue适合无限长队列,而ArrayBlockingQueue适用于固定长队列。

同步机制

Java中的synchronized关键字和ReentrantLock等锁机制,是实现线程同步的关键技术。它们通过互斥锁来确保在任意时刻只有一个线程可以访问共享资源。

悲观锁/乐观锁

悲观锁和乐观锁是两种不同的锁策略。悲观锁在访问共享资源前先加锁,而乐观锁则假设线程不会争用资源,通过版本号或时间戳来检测资源是否被修改。

读写锁

读写锁允许多个线程同时读取数据,但写入数据时必须互斥。这种锁策略可以显著提高多线程环境中读操作的效率。

条件变量

条件变量是线程间的协调工具,它允许一个线程等待某个条件成立,而另一个线程在条件成立时唤醒等待的线程。

并发集合

Java并发集合,如ConcurrentHashMapCopyOnWriteArrayList,是设计用于高并发场景的数据结构。它们通过内置的并发控制机制,确保在多线程环境下数据的一致性和安全性。

ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap内部通过分段锁来实现并发访问。它将整个映射分为若干个段,每个段都有自己的锁,这样多个线程可以同时访问不同的段而不会相互干扰。

CopyOnWrite容器

CopyOnWriteArrayList等CopyOnWrite容器在写操作时复制整个容器,以避免读写冲突。这种策略适用于读多写少的数据场景。

BlockingQueue

BlockingQueue是一个线程安全的队列,它通过阻塞操作来保证线程间的协调。例如,当队列满时,添加操作的线程会被阻塞,直到队列中有可用空间。

并发工具类

Java并发工具类,如CountDownLatchCyclicBarrierSemaphore,提供了多种同步原语,用于实现复杂的并发控制逻辑。

Phaser

Phaser是一种灵活的同步工具,可以用于多个线程之间复杂的同步场景,如分阶段同步。

Exchanger

Exchanger允许两个线程在某个点交换数据,这在并行算法中非常有用。

FutureTask

FutureTask实现了Future接口,它用于表示异步计算的结果,并提供了方法来获取结果和取消任务。

非阻塞算法

非阻塞算法如CAS(Compare-And-Swap)通过原子操作来避免锁的使用,从而提高并发性能。

CAS原理

CAS算法通过比较和交换操作来原子地更新变量,它包括三个操作数: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类提供了一系列原子操作,它们保证了操作的结果要么全部完成,要么完全不发生。

无锁队列

无锁队列如LinkedBlockingQueue通过无锁设计避免了锁的开销,提高了并发性能。

并发框架

Netty、Akka和Disruptor等并发框架提供了更高级别的并发抽象和同步机制。

Netty线程模型

Netty采用主从多线程模型,其中主线程负责接受新的连接,从线程负责处理业务逻辑。

Akka Actor模型

Akka基于Actor模型,允许程序通过独立的Actor组件进行分布式计算。

Disruptor环形缓冲区

Disruptor使用环形缓冲区来存储数据,它通过预分配内存和环形数据结构来减少内存分配和复制的开销。

二、MyBatis知识体系

SQL映射

MyBatis通过XML配置或注解方式定义SQL映射,将Java对象与数据库表进行映射,实现了对象关系映射(ORM)。

注解映射

MyBatis的注解映射简化了SQL映射的配置,通过在Java接口或实体类上添加注解来指定SQL语句。

结果集映射

MyBatis通过反射和类型处理器将数据库查询结果映射到Java对象中,支持复杂的映射关系。

关联查询

MyBatis支持关联查询,通过嵌套结果或联合查询,可以将多表数据映射到Java对象中。

动态SQL

MyBatis的动态SQL功能允许根据条件动态构建SQL语句,支持if、choose、foreach等条件控制。

OGNL表达式

OGNL表达式用于在MyBatis中访问对象的属性和集合,提供了灵活的属性访问方式。

分支语句

MyBatis支持使用if和choose语句来动态构建SQL语句,根据不同的条件执行不同的SQL片段。

批量操作

MyBatis的批量操作功能允许一次性执行多个插入、更新或删除操作,提高了数据库操作的效率。

缓存机制

MyBatis的缓存机制可以缓存SQL查询结果,减少数据库访问次数,提高查询效率。

一级缓存/二级缓存

一级缓存是SqlSession级别的缓存,仅对当前SqlSession有效。二级缓存是全局缓存,可以跨SqlSession共享。

自定义缓存

MyBatis允许自定义缓存实现,通过实现org.apache.ibatis.cache.Cache接口来扩展缓存功能。

代理模式

MyBatis使用代理模式来实现Mapper接口,无需编写接口实现类即可使用Mapper。

MapperProxy

MapperProxy是MyBatis内部用于实现Mapper接口的代理类,它通过动态代理机制拦截对Mapper接口方法的调用。

插件拦截

MyBatis插件拦截器可以在执行SQL语句前后执行自定义逻辑,如SQL执行统计、日志记录等。

动态代理执行流程

MyBatis通过动态代理机制来实现Mapper接口,执行流程包括代理对象的创建、方法调用和结果处理。

SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的工作单元,其生命周期包括创建、使用和关闭。合理管理SqlSession的生命周期对于防止资源泄露至关重要。

执行器类型

MyBatis提供了多种执行器类型,如SimpleExecutor和ReuseExecutor,它们决定了数据库操作的执行方式。

延迟加载

MyBatis支持延迟加载,可以在需要时才加载数据,减少初始加载时间。

扩展机制

MyBatis允许通过插件扩展其功能,如自定义TypeHandler、插件拦截器等。

类型处理器

类型处理器用于将Java类型和数据库类型进行转换,如将Java的String类型转换为数据库的VARCHAR类型。

拦截器链

MyBatis的拦截器链允许多个拦截器按照一定顺序执行,可以用于实现复杂的数据库操作逻辑。

方言支持

MyBatis支持多种数据库方言,如MySQL、Oracle等,通过方言可以简化数据库操作的配置。

通过上述对并发编程和MyBatis知识体系的深入探讨,我们可以更好地理解这两个领域在技术实现上的细节和原理,为实际应用提供有力的技术支持。

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