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）清华大学出版社签约作家、Java领域优质创作者、CSDN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

并发编程是现代计算机科学中一个重要的领域，它涉及如何让计算机程序同时处理多个任务。以下是对并发编程知识体系的详细描述，旨在提供一个专业且通俗易懂的理解。

线程基础

线程是并发编程的核心概念，它是程序执行的最小单位。以下是线程基础知识的概述：

• 线程生命周期：线程从创建（创建状态）、就绪（就绪状态）、运行（运行状态）、阻塞（阻塞状态）到终止（终止状态），每个状态都有其特定的意义和转换条件。例如，当线程正在等待某个资源时，它会进入阻塞状态；当资源可用时，线程会从阻塞状态转变为就绪状态，等待CPU调度。

• 线程优先级：线程优先级决定了线程在多线程环境中的执行顺序。线程优先级通常在创建线程时设定，操作系统会根据线程的优先级和CPU的使用情况进行调度。

• 守护线程：守护线程是服务其他线程的线程，它不会阻止程序退出。例如，垃圾回收线程就是一个守护线程。

• 线程池：线程池是管理一组线程的集合，它可以提高应用程序的响应速度和资源利用率。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。

核心参数配置、拒绝策略、工作队列类型

• 核心参数配置：包括线程的名称、优先级、守护状态、栈大小等。线程的栈大小决定了线程可以使用的内存空间。

• 拒绝策略：当线程池中的线程数量达到最大值时，如何处理新提交的任务。常见的拒绝策略包括：CallerRunsPolicy（调用者运行策略）、AbortPolicy（抛出异常策略）、DiscardPolicy（丢弃策略）和DiscardOldestPolicy（丢弃最旧策略）。

• 工作队列类型：线程池的工作队列决定了任务如何被存储和调度。常见的工作队列类型包括：LinkedBlockingQueue（链式阻塞队列）、ArrayBlockingQueue（数组阻塞队列）和SynchronousQueue（同步队列）。

同步机制

同步机制确保了多个线程之间的数据一致性，以下是几种常见的同步机制：

• 悲观锁/乐观锁：悲观锁假设冲突很可能会发生，因此总是先锁定资源；乐观锁假设冲突很少发生，只在更新时检查冲突。在实现上，悲观锁通常使用互斥锁（如synchronized关键字或ReentrantLock），乐观锁则使用原子变量或CAS操作。

• 读写锁：读写锁允许多个读操作同时进行，但写操作会独占锁。在实现上，读写锁通常使用共享锁和独占锁的概念，通过锁的粒度和粒度控制机制来实现。

• 条件变量：条件变量允许线程在某些条件下等待，直到其他线程通知它们继续执行。在实现上，条件变量通常与互斥锁结合使用，线程在等待条件变量时会被阻塞，并在条件变量满足时被唤醒。

并发集合

并发集合是专门为并发环境设计的集合类，以下是一些常见的并发集合：

• ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap实现，通过分段锁（Segment Lock）来减少锁的竞争。

• CopyOnWrite容器：在写操作时复制整个容器，适用于读多写少的场景。在实现上，每次写操作都会创建一个新的容器副本。

• BlockingQueue：阻塞队列，支持线程间的生产者-消费者模式。在实现上，BlockingQueue内部通常使用循环数组或链表来存储元素，并使用锁或条件变量来保证线程安全。

并发工具类

• Phaser：用于协调多个线程的执行，类似于计数器。在实现上，Phaser维护一个计数器，线程在执行前需要注册，并在执行完毕后减少计数器。

• Exchanger：允许两个线程交换数据。在实现上，Exchanger是一个线程安全的对象，两个线程可以将其对象传递给对方，并等待对方传递对象回来。

• FutureTask：代表异步计算的结果。在实现上，FutureTask封装了一个Runnable任务，并提供方法来获取任务的结果。

非阻塞算法

非阻塞算法通过原子操作和内存屏障技术实现，以下是一些关键概念：

• CAS原理：比较并交换（Compare-And-Swap），是一种无锁算法。在实现上，CAS操作通常使用硬件提供的原子指令。

• Atomic类：提供原子操作的类，如AtomicInteger、AtomicLong等。在实现上，这些类通常基于CAS操作。

• 无锁队列：使用CAS操作实现的无锁队列。在实现上，无锁队列通过原子操作来保证线程安全，避免了锁的开销。

并发框架

• Netty线程模型：Netty采用主从多线程模型，提高了网络应用程序的并发性能。在实现上，Netty使用一个主线程（Boss线程）负责接收客户端连接请求，多个工作线程（Worker线程）负责处理实际的读写操作。

• Akka Actor模型：基于Actor模型，每个Actor独立运行，具有并发性和容错性。在实现上，Akka使用Actor系统来管理Actor的生命周期和消息传递。

• Disruptor环形缓冲区：Disruptor是一个高性能的并发队列，基于环形缓冲区实现。在实现上，Disruptor使用内存屏障和CAS操作来保证线程安全。

二、MyBatis知识体系

MyBatis是一个流行的持久层框架，它简化了数据库操作。以下是MyBatis知识体系的详细描述。

SQL映射

• 注解映射：使用注解来映射SQL语句和结果集。例如，可以使用@Select、@Result等注解来定义SQL语句和结果集的映射关系。

• 结果集映射：定义如何将数据库结果集映射到Java对象。在实现上，MyBatis使用XML文件或注解来定义结果集映射规则。

• 关联查询：处理多表之间的关联关系。在实现上，MyBatis使用嵌套的SQL语句或关联查询来实现多表之间的关联。

动态SQL

• OGNL表达式：用于动态生成SQL语句。在实现上，OGNL表达式可以访问Java对象和静态数据。

• 分支语句：根据条件动态选择不同的SQL语句。在实现上，MyBatis使用 、 、 等标签来定义分支语句。

• 批量操作：支持批量插入、更新和删除操作。在实现上，MyBatis使用特殊的SQL语句或XML标签来定义批量操作。

缓存机制

• 一级缓存：SqlSession级别的缓存，用于缓存最近执行过的查询结果。在实现上，MyBatis使用HashMap来存储缓存数据。

• 二级缓存：全局缓存，可以跨SqlSession使用。在实现上，MyBatis使用不同类型的缓存实现，如Ehcache、Redis等。

• 自定义缓存：自定义缓存实现，扩展MyBatis缓存机制。在实现上，可以通过实现Cache接口来自定义缓存。

• 代理模式：使用代理模式实现缓存的透明化。在实现上，MyBatis使用动态代理技术来生成代理对象，代理对象在执行方法时会检查缓存。

MapperProxy插件拦截、动态代理、执行流程

• MapperProxy：MyBatis的内部代理，用于拦截Mapper接口的方法。在实现上，MyBatis使用CGLib或JDK动态代理技术来生成代理对象。

• 插件拦截：通过插件机制拦截SQL执行过程，实现功能扩展。在实现上，MyBatis使用代理对象来拦截方法调用，并执行插件的逻辑。

• 动态代理：使用动态代理技术生成Mapper接口的代理实例。在实现上，MyBatis使用动态代理技术来生成代理对象。

• 执行流程：MyBatis的SQL执行流程，包括解析、绑定参数、执行SQL、结果映射等。在实现上，MyBatis使用XML配置文件来定义SQL语句和结果集映射规则。

SqlSession生命周期、执行器类型、延迟加载、扩展机制

• SqlSession生命周期：SqlSession的创建、使用和关闭过程。在实现上，MyBatis使用代理模式来管理SqlSession的生命周期。

• 执行器类型：MyBatis的执行器类型，如SimpleExecutor和ReuseExecutor。在实现上，执行器负责解析SQL语句、绑定参数、执行SQL和获取结果集。

• 延迟加载：按需加载关联对象，提高性能。在实现上，MyBatis使用懒加载技术来延迟加载关联对象。

• 扩展机制：MyBatis的扩展机制，如自定义插件、拦截器等。在实现上，MyBatis提供了一系列接口和注解，方便用户自定义扩展功能。

类型处理器、拦截器链、方言支持

• 类型处理器：MyBatis的类型处理器用于处理Java类型和数据库类型之间的转换。在实现上，MyBatis使用类型处理器来转换Java类型和数据库类型。

• 拦截器链：拦截器链用于拦截SQL执行过程，实现功能扩展。在实现上，MyBatis使用拦截器链来拦截SQL执行过程。

• 方言支持：MyBatis支持多种数据库方言，如MySQL、Oracle等。在实现上，MyBatis使用XML文件或注解来定义不同的数据库方言。

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