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的一个核心领域，它涉及到多线程的创建、管理以及同步问题。以下是对并发编程知识体系的详细描述，旨在以专业且通俗易懂的方式阐述相关概念。

线程基础

线程是程序执行的最小单位，它是操作系统能够进行运算调度的最小单位。在Java中，线程是程序执行流的最小单元。

1. 线程生命周期：线程从创建到销毁经历了几个不同的状态，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）。线程状态的转换通常由线程的执行状态和外部事件触发，例如，线程执行完任务后进入终止状态，或者线程因等待某个条件变量而进入等待状态。

2. 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，Java中线程优先级从1（最低）到10（最高）。线程优先级是一个相对的概念，操作系统会根据线程的优先级和线程调度算法来决定线程的执行顺序。

3. 守护线程：守护线程是服务线程，它不会阻止程序终止。Java虚拟机在退出时，不会等待守护线程执行完毕。守护线程通常用于执行后台任务，如垃圾回收。

4. 线程池：线程池是管理一组同构工作线程的池对象，它提供了线程复用的功能，减少了创建和销毁线程的开销。线程池的核心参数配置包括核心线程数、最大线程数、线程存活时间、工作队列类型等。线程池的工作队列类型，如LinkedBlockingQueue和ArrayBlockingQueue，分别适用于不同的场景，LinkedBlockingQueue适用于生产者消费者模型，而ArrayBlockingQueue适用于固定大小的队列。

同步机制

同步机制是确保多个线程正确共享资源的关键。

1. 悲观锁/乐观锁：悲观锁假定并发访问导致的问题，总是先加锁，然后执行操作；乐观锁则假定不会发生冲突，只在操作失败时才加锁。悲观锁的实现通常使用互斥锁（Mutex Lock）或读写锁（Read-Write Lock），而乐观锁的实现通常使用版本号或时间戳。

2. 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。读写锁的实现通常使用共享锁（Shared Lock）和排他锁（Exclusive Lock）。

3. 条件变量：条件变量允许线程在满足特定条件之前挂起，直到其他线程满足条件并通知它。条件变量的实现通常依赖于互斥锁和条件等待队列。

并发集合

并发集合是专门为并发环境设计的集合类，它们提供了线程安全的操作。

1. ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap，采用分段锁技术，提高并发性能。ConcurrentHashMap通过将数据分割成多个段，每个段有自己的锁，从而允许多个线程并发访问不同的段。

2. CopyOnWrite容器：在写操作时复制整个底层数据结构，适用于读多写少的场景。CopyOnWrite容器通过复制整个数据结构来避免写操作时的线程竞争。

3. BlockingQueue：线程安全的队列，支持生产者和消费者模型，常用的有LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue等。BlockingQueue的实现依赖于锁和条件变量，确保线程安全。

并发工具类

1. Phaser：一种灵活的同步工具，可以用来实现复杂的并发控制逻辑。Phaser类似于CyclicBarrier，但提供了更丰富的功能，如支持线程的动态加入和退出。

2. Exchanger：用于在线程间交换数据。Exchanger允许两个线程在某个点上交换数据，这对于实现数据交换算法非常有用。

3. FutureTask：代表异步计算的结果。FutureTask是Future接口的实现，它允许客户端线程提交一个任务，并获取该任务的执行结果。

非阻塞算法

1. CAS原理：Compare-And-Swap，一种无锁算法，用于实现无锁编程。CAS操作包括三个操作数：内存位置、预期值和新值。如果内存位置的值与预期值相匹配，则将该位置的值更新为新值。

2. Atomic类：提供原子操作的类，如AtomicInteger、AtomicLong等。Atomic类通过使用CAS操作来保证操作的原子性。

3. 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操作确保了线程安全，同时避免了锁的开销。

并发框架

1. Netty线程模型：Netty使用主从多线程模型，一个Boss线程负责接收客户端连接，多个Worker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。

2. Akka Actor模型：基于消息传递的并发模型，每个Actor是一个独立的线程，通过消息进行通信。Actor模型简化了并发编程，提高了系统的可伸缩性和容错性。

3. Disruptor环形缓冲区：高性能的并发队列，使用环形缓冲区减少锁的竞争。Disruptor通过环形缓冲区和CAS操作来实现高效的并发处理。

二、MyBatis知识体系

MyBatis是一个强大的持久层框架，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工作。

SQL映射

1. 注解映射：使用注解来映射SQL语句和Java对象。注解映射简化了SQL映射的配置，提高了代码的可读性和可维护性。

2. 结果集映射：将SQL查询结果映射到Java对象。结果集映射可以通过XML配置或注解来实现，它定义了如何将数据库字段映射到Java对象的属性。

3. 关联查询：处理多表关联查询，将多个表的数据映射到同一个Java对象。关联查询可以通过嵌套查询或联合查询来实现。

4. 动态SQL：根据条件动态构建SQL语句。动态SQL允许根据不同的条件动态地构建SQL语句，从而提高SQL语句的灵活性。

OGNL表达式

OGNL（Object-Graph Navigation Language）是一种表达式语言，用于在MyBatis中动态构建属性表达式。OGNL表达式可以访问对象的属性、方法、静态字段等，它简化了动态SQL的编写。

分支语句和批量操作

1. 分支语句：在动态SQL中，根据条件执行不同的SQL片段。分支语句允许根据不同的条件执行不同的SQL语句，从而提高了SQL语句的灵活性。

2. 批量操作：同时执行多条SQL语句，提高性能。批量操作可以减少网络延迟和数据库访问次数，从而提高性能。

缓存机制

1. 一级缓存：SqlSession级别的缓存，用于缓存查询结果。一级缓存仅在同一个SqlSession中有效，当SqlSession关闭时，一级缓存也会被清空。

2. 二级缓存：Mapper级别的缓存，用于缓存不同Mapper的查询结果。二级缓存可以在不同的SqlSession之间共享，它提高了查询性能，但需要管理缓存的一致性。

3. 自定义缓存：允许用户自定义缓存实现。自定义缓存可以通过实现Cache接口来实现，从而提供更灵活的缓存策略。

4. 代理模式：MyBatis使用代理模式来处理数据库操作。代理模式允许MyBatis在运行时动态地创建数据库操作的代理对象，从而实现数据库操作的封装。

MapperProxy插件拦截

1. MapperProxy：MyBatis使用动态代理来创建Mapper接口的代理实现。动态代理允许在运行时创建接口的代理对象，从而拦截接口的方法调用。

2. 插件拦截：MyBatis允许通过插件来拦截数据库操作。插件通过实现Interceptor接口来实现，它可以拦截SQL执行过程，如执行前、执行后、异常等。

3. 动态代理执行流程：MyBatis通过CGLIB或JDK动态代理来创建代理对象，并拦截特定方法。CGLIB和JDK动态代理各有优缺点，CGLIB适用于需要拦截类的方法，而JDK动态代理适用于需要拦截接口的方法。

SqlSession生命周期

1. SqlSession：MyBatis的核心接口，用于执行数据库操作。SqlSession负责管理数据库连接、事务和结果集。

2. 执行器类型：MyBatis提供多种执行器类型，如SimpleExecutor、ReuseExecutor等。不同的执行器类型具有不同的性能特点，SimpleExecutor适用于简单查询，ReuseExecutor适用于复杂查询。

3. 延迟加载：对于关联对象，MyBatis支持延迟加载。延迟加载可以在查询主对象时，暂时不查询关联对象，直到真正需要关联对象时才进行查询。

扩展机制

1. 类型处理器：MyBatis使用类型处理器来处理Java类型和数据库类型之间的转换。类型处理器可以将Java类型转换为数据库类型，反之亦然。

2. 拦截器链：MyBatis允许用户自定义拦截器，拦截数据库操作。拦截器可以用于日志记录、性能监控等。

3. 方言支持：MyBatis支持多种数据库方言，如MySQL、Oracle等。方言支持允许MyBatis根据不同的数据库类型使用不同的SQL语法。

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