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。

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💡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。

一、并发编程知识体系

并发编程是计算机科学中的一个重要领域，它关注的是如何在多线程环境下高效地完成计算任务。本部分将从并发编程的知识体系出发，详细阐述线程基础、线程生命周期、线程优先级、守护线程、线程池、核心参数配置、拒绝策略、工作队列类型、同步机制、悲观锁/乐观锁、读写锁、条件变量、并发集合、ConcurrentHashMap、CopyOnWrite容器、BlockingQueue、并发工具类、Phaser、Exchanger、FutureTask、非阻塞算法、CAS原理、Atomic类、无锁队列、并发框架（Netty线程模型、Akka Actor模型、Disruptor环形缓冲区）等知识点。

1. 线程基础

线程是并发编程的基本单位，是程序执行的最小单元。线程具有以下特点：

（1）独立执行：线程可以独立地执行任务，互不干扰。线程的执行是并行的，但操作系统通过时间片轮转调度，使得多个线程看起来是同时执行的。

（2）共享资源：线程共享进程的地址空间、文件描述符等资源。这意味着多个线程可以访问相同的内存区域，但需要通过同步机制来避免资源竞争。

（3）并发执行：多个线程可以同时执行，提高程序运行效率。并发执行能够充分利用多核处理器的计算能力，加快程序的执行速度。

2. 线程生命周期

线程从创建到销毁，经历了以下生命周期：

（1）新建状态：线程被创建，但尚未启动。此时线程尚未分配到CPU资源，无法执行任务。

（2）就绪状态：线程创建后，等待CPU时间片。线程就绪状态意味着它已经准备好执行，但需要等待CPU调度。

（3）运行状态：线程获得CPU时间片，开始执行。线程在运行状态时，会执行其任务，直到任务完成或被阻塞。

（4）阻塞状态：线程因某些原因无法执行，如等待锁。线程在阻塞状态时，不会占用CPU资源，等待条件满足后进入就绪状态。

（5）终止状态：线程执行完毕或被终止。线程在终止状态时，已经释放了所有资源，无法再被调度。

3. 线程优先级

线程优先级表示线程在CPU时间分配上的优先程度。Java线程优先级分为1-10级，优先级高的线程获得更多的CPU时间片。线程优先级具有以下特点：

（1）优先级高的线程不一定先执行。线程的执行顺序取决于线程调度策略和CPU状态。

（2）线程优先级不保证线程的绝对执行顺序。在多线程环境中，线程的执行顺序可能会受到其他线程的影响。

4. 守护线程

守护线程是一种特殊的线程，它为其他线程提供服务。当守护线程执行完毕或被终止时，程序将退出。守护线程通常用于执行一些后台任务，如垃圾回收。

5. 线程池

线程池是一种管理线程的机制，它将多个线程封装在一个容器中，按需创建、销毁和复用线程。线程池具有以下优点：

（1）提高线程复用率。线程池中的线程可以重复使用，避免了频繁创建和销毁线程的开销。

（2）减少线程创建和销毁的开销。线程池可以减少系统资源的消耗，提高程序性能。

（3）控制并发执行线程的数量。线程池可以限制并发执行线程的数量，避免系统资源过度消耗。

6. 核心参数配置

线程池的核心参数包括：

（1）核心线程数：线程池中始终存在的线程数量。核心线程数决定了线程池的最小线程数量。

（2）最大线程数：线程池中最多存在的线程数量。最大线程数决定了线程池的最大线程数量，以应对高并发场景。

（3）存活时间：空闲线程的存活时间。当线程池中的线程空闲时间超过存活时间时，线程池会回收这些空闲线程。

（4）工作队列：存放等待执行任务的队列。工作队列决定了线程池如何处理等待执行的任务。

7. 拒绝策略

当线程池中的线程数量达到最大值，且工作队列已满时，拒绝策略将决定如何处理新的任务。常见的拒绝策略包括：

（1）CallerRunsPolicy：调用者运行策略，将任务交还给调用者。

（2）AbortPolicy：抛出异常，终止程序。

（3）DiscardPolicy：丢弃任务，不抛出异常。

（4）DiscardOldestPolicy：丢弃最老的任务，然后尝试执行新任务。

8. 工作队列类型

线程池的工作队列分为以下几种类型：

（1）LinkedBlockingQueue：基于链表的阻塞队列。适用于任务数量较多的情况。

（2）ArrayBlockingQueue：基于数组的阻塞队列。适用于任务数量较少的情况。

（3）SynchronousQueue：同步队列，不存储元素。适用于任务数量与线程数量相等的情况。

9. 同步机制

同步机制确保多个线程在访问共享资源时，不会发生冲突。常见的同步机制包括：

（1）synchronized关键字：对代码块或对象进行加锁。通过锁机制，确保同一时刻只有一个线程可以访问共享资源。

（2）ReentrantLock：可重入锁，提供更多功能。ReentrantLock是Java 5引入的一种高级锁，它提供了比synchronized更丰富的功能，如尝试锁定、公平锁等。

（3）CountDownLatch：计数器，用于等待多个线程完成。CountDownLatch可以用于线程间的同步，确保某个线程在等待其他线程完成后才继续执行。

（4）Semaphore：信号量，控制线程访问数量。Semaphore可以用于控制对共享资源的访问数量，例如，限制同时访问数据库连接的数量。

10. 悲观锁/乐观锁

悲观锁和乐观锁是两种解决并发问题的策略：

（1）悲观锁：假设并发环境下一定会发生冲突，因此在访问共享资源时加锁。悲观锁可以保证数据的一致性，但可能会降低程序性能。

（2）乐观锁：假设并发环境下很少发生冲突，因此在访问共享资源时不加锁，仅在更新时进行检查。乐观锁可以提高程序性能，但可能会出现数据不一致的问题。

11. 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。常见的读写锁实现包括：

（1）ReentrantReadWriteLock：可重入读写锁。ReentrantReadWriteLock是Java 5引入的一种读写锁，它允许多个线程同时读取数据，但写入时需要独占锁。

（2）ReadWriteLock：读写锁接口。ReadWriteLock是一个接口，它定义了读写锁的基本操作，具体实现由ReentrantReadWriteLock提供。

12. 条件变量

条件变量是线程间通信的一种机制，用于实现线程间的等待和通知。常见的条件变量实现包括：

（1）Object.wait/notify/notifyAll：Java中的条件变量。Object类提供了wait、notify和notifyAll方法，用于实现线程间的等待和通知。

（2）ReentrantLock.Condition：可重入锁中的条件变量。ReentrantLock.Condition是ReentrantLock提供的一个条件变量实现，它提供了更丰富的功能，如等待特定条件成立。

13. 并发集合

并发集合是Java提供的一组线程安全的集合类，包括：

（1）ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap。ConcurrentHashMap采用分段锁技术，提高了并发性能。

（2）CopyOnWriteArrayList：线程安全的ArrayList。CopyOnWriteArrayList在修改操作时，会创建一个新的副本进行修改，而读取操作则直接访问原副本。

（3）ConcurrentLinkedQueue：线程安全的队列。ConcurrentLinkedQueue采用CAS算法实现线程安全，适用于高并发场景。

14. ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap是Java提供的线程安全的HashMap，具有以下特点：

（1）线程安全：支持高并发访问。ConcurrentHashMap采用分段锁技术，将数据分成多个段，每个段都有自己的锁，从而提高了并发性能。

（2）高性能：采用分段锁技术，提高并发性能。ConcurrentHashMap在保证线程安全的同时，提高了程序性能。

15. CopyOnWrite容器

CopyOnWrite容器是一种线程安全的集合，当有线程修改容器时，会创建一个新的副本进行修改，而读取操作则直接访问原副本。常见的CopyOnWrite容器包括：

（1）CopyOnWriteArrayList：线程安全的ArrayList。CopyOnWriteArrayList在修改操作时，会创建一个新的副本进行修改，而读取操作则直接访问原副本。

（2）CopyOnWriteArraySet：线程安全的HashSet。CopyOnWriteArraySet在修改操作时，会创建一个新的副本进行修改，而读取操作则直接访问原副本。

16. BlockingQueue

BlockingQueue是一种线程安全的队列，支持线程间的生产者-消费者模式。常见的BlockingQueue实现包括：

（1）LinkedBlockingQueue：基于链表的阻塞队列。适用于任务数量较多的情况。

（2）ArrayBlockingQueue：基于数组的阻塞队列。适用于任务数量较少的情况。

17. 并发工具类

Java提供了许多并发工具类，如：

（1）Phaser：用于协调多个线程的执行。Phaser可以用于实现线程间的同步，确保某个线程在等待其他线程完成后才继续执行。

（2）Exchanger：用于线程间的数据交换。Exchanger可以用于实现线程间的数据交换，例如，在两个线程之间交换数据。

（3）FutureTask：用于异步计算。FutureTask可以用于实现异步计算，例如，在另一个线程中执行耗时操作，并在操作完成后返回结果。

18. 非阻塞算法

非阻塞算法是一种在高并发环境下提高程序性能的方法。常见的非阻塞算法包括：

（1）CAS（Compare-And-Swap）算法：用于原子操作。CAS算法通过比较内存中某个变量的值和预期值，如果相等，则将内存中的变量值更新为新的值。

（2）Atomic类：Java提供的原子操作类。Atomic类提供了原子操作的方法，例如，AtomicInteger、AtomicLong等。

19. CAS原理

CAS（Compare-And-Swap）算法是一种非阻塞算法，它通过比较内存中某个变量的值和预期值，如果相等，则将内存中的变量值更新为新的值。CAS算法具有以下特点：

（1）原子性：保证操作的原子性。CAS算法在执行过程中，不会受到其他线程的干扰，从而保证了操作的原子性。

（2）无锁：无需加锁，提高并发性能。CAS算法无需使用锁机制，从而提高了并发性能。

20. Atomic类

Atomic类是Java提供的一组原子操作类，包括：

（1）AtomicInteger：原子整数。AtomicInteger提供了原子操作的方法，例如，getAndIncrement、compareAndSet等。

（2）AtomicLong：原子长整数。AtomicLong提供了原子操作的方法，例如，getAndAdd、compareAndSet等。

（3）AtomicReference：原子引用。AtomicReference提供了原子操作的方法，例如，getAndSet、compareAndSet等。

21. 无锁队列

无锁队列是一种不使用锁的并发队列，常见的无锁队列实现包括：

（1）ConcurrentLinkedQueue：线程安全的队列。ConcurrentLinkedQueue采用CAS算法实现线程安全，适用于高并发场景。

（2）LinkedBlockingQueue：基于链表的阻塞队列。适用于任务数量较多的情况。

22. 并发框架

（1）Netty线程模型：Netty采用主从多线程模型，提高并发性能。Netty的主从多线程模型将任务分配给多个从线程，主线程负责处理连接、读写等操作。

（2）Akka Actor模型：Akka采用Actor模型，实现高并发、高可用、高容错。Akka的Actor模型将任务分配给多个Actor，每个Actor独立处理任务，从而提高了并发性能。

（3）Disruptor环形缓冲区：Disruptor采用环形缓冲区，提高并发性能。Disruptor的环形缓冲区可以高效地处理高并发场景下的数据传输。

二、MyBatis知识体系

MyBatis是一款优秀的持久层框架，它支持定制化SQL、存储过程以及高级映射。本部分将从MyBatis的知识体系出发，详细阐述SQL映射、注解映射、结果集映射、关联查询、动态SQL、OGNL表达式、分支语句、批量操作、缓存机制、一级缓存、二级缓存、自定义缓存、代理模式、MapperProxy、插件拦截、动态代理、执行流程、SqlSession生命周期、执行器类型、延迟加载、扩展机制、类型处理器、拦截器链、方言支持等知识点。

1. SQL映射

SQL映射是MyBatis的核心概念，它将Java对象与数据库表进行映射。常见的SQL映射包括：

（1）实体类与数据库表的映射。实体类与数据库表之间的映射关系通过XML配置文件或注解进行定义。

（2）实体类属性与数据库列的映射。实体类属性与数据库列之间的映射关系通过XML配置文件或注解进行定义。

2. 注解映射

MyBatis提供了注解方式对SQL映射进行定义，常见的注解包括：

（1）@Select：表示查询SQL。@Select注解用于定义查询SQL语句。

（2）@Insert：表示插入SQL。@Insert注解用于定义插入SQL语句。

（3）@Update：表示更新SQL。@Update注解用于定义更新SQL语句。

（4）@Delete：表示删除SQL。@Delete注解用于定义删除SQL语句。

3. 结果集映射

结果集映射是指将数据库查询结果与Java对象进行映射。常见的映射方式包括：

（1）单列映射：将数据库列映射到Java对象的属性。单列映射通过XML配置文件或注解进行定义。

（2）多列映射：将多列映射到Java对象的多个属性。多列映射通过XML配置文件或注解进行定义。

4. 关联查询

关联查询是指将多个表进行连接查询，并将结果映射到Java对象。常见的关联查询方式包括：

（1）一对一关联查询。一对一关联查询通过XML配置文件或注解进行定义。

（2）一对多关联查询。一对多关联查询通过XML配置文件或注解进行定义。

（3）多对多关联查询。多对多关联查询通过XML配置文件或注解进行定义。

5. 动态SQL

动态SQL是指根据业务需求，动态构建SQL语句。MyBatis提供了动态SQL功能，包括：

（1） 、 、 、 等标签。这些标签用于根据条件动态构建SQL语句。

（2）@SelectProvider注解。@SelectProvider注解用于动态构建SQL语句。

6. OGNL表达式

OGNL（Object-Graph Navigation Language）是一种表达式语言，用于在MyBatis中动态构建SQL语句。OGNL表达式具有以下特点：

（1）表达式丰富：支持方法调用、属性访问、条件判断等。

（2）易于使用：简单易学，方便编写动态SQL。

7. 分支语句

分支语句用于在MyBatis中实现条件查询。常见的分支语句包括：

（1） ：根据条件执行SQL语句。在MyBatis中， 标签用于根据条件动态构建SQL语句。

（2） ：根据多个条件执行不同的SQL语句。在MyBatis中， 标签用于根据多个条件动态构建SQL语句。

8. 批量操作

批量操作是指同时执行多个SQL语句。MyBatis提供了批量操作功能，包括：

（1） ：遍历集合，执行批量插入、更新、删除等操作。在MyBatis中， 标签用于遍历集合，执行批量操作。

（2）@BatchInsert、@BatchUpdate、@BatchDelete等注解。这些注解用于执行批量操作。

9. 缓存机制

MyBatis提供了缓存机制，包括：

（1）一级缓存：SqlSession级别的缓存。一级缓存存储SqlSession中执行的SQL语句及其结果。

（2）二级缓存：Mapper级别的缓存。二级缓存存储Mapper中执行的SQL语句及其结果。

10. 一级缓存

一级缓存是SqlSession级别的缓存，用于存储SqlSession中执行的SQL语句及其结果。一级缓存具有以下特点：

（1）线程安全：支持多线程访问。一级缓存是线程安全的，可以支持多线程访问。

（2）高效：提高查询性能。一级缓存可以减少数据库的访问次数，从而提高查询性能。

11. 二级缓存

二级缓存是Mapper级别的缓存，用于存储Mapper中执行的SQL语句及其结果。二级缓存具有以下特点：

（1）线程安全：支持多线程访问。二级缓存是线程安全的，可以支持多线程访问。

（2）可定制：支持自定义缓存实现。MyBatis允许自定义缓存实现，以满足不同的业务需求。

12. 自定义缓存

自定义缓存是指根据业务需求，实现自己的缓存策略。MyBatis提供了自定义缓存接口，方便实现自定义缓存。

13. 代理模式

代理模式是一种设计模式，用于封装对象的方法调用。MyBatis中，Mapper接口的代理实现是通过Cglib或JDK动态代理实现的。

14. MapperProxy

MapperProxy是MyBatis中Mapper接口的代理实现，它负责执行Mapper接口的方法。MapperProxy通过动态代理技术，实现了Mapper接口的代理。

15. 插件拦截

插件拦截是指拦截MyBatis的某些操作，如SQL执行、结果处理等。MyBatis提供了插件接口，方便实现插件拦截。

16. 动态代理

动态代理是一种在运行时创建代理对象的技术。MyBatis使用动态代理实现Mapper接口的代理。

17. 执行流程

MyBatis的执行流程包括：

（1）解析配置文件。MyBatis首先解析XML配置文件，获取SQL映射信息。

（2）构建SqlSession。SqlSession是MyBatis的核心对象，负责执行SQL语句、管理事务等。

（3）执行SQL语句。MyBatis根据SQL映射信息，构建SQL语句并执行。

（4）处理结果。MyBatis将执行结果转换为Java对象，并返回给调用者。

18. SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心对象，它负责执行SQL语句、管理事务等。SqlSession的生命周期包括：

（1）创建SqlSession。通过SqlSessionFactory创建SqlSession。

（2）执行SQL语句。通过SqlSession执行SQL语句。

（3）提交或回滚事务。根据业务需求，提交或回滚事务。

（4）关闭SqlSession。关闭SqlSession，释放资源。

19. 执行器类型

MyBatis提供了多种执行器类型，如SimpleExecutor、BatchExecutor、ReuseExecutor等。不同的执行器类型具有不同的性能特点。

20. 延迟加载

延迟加载是一种按需加载的技术，用于提高程序性能。MyBatis支持延迟加载，包括：

（1）一对一延迟加载。一对一延迟加载是指在查询关联对象时，先查询主对象，再根据主对象ID查询关联对象。

（2）一对多延迟加载。一对多延迟加载是指在查询关联对象时，先查询主对象，再根据主对象ID查询关联对象列表。

21. 扩展机制

MyBatis提供了扩展机制，包括：

（1）插件拦截。通过插件拦截MyBatis的某些操作，如SQL执行、结果处理

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