并发编程与MyBatis核心解析

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📘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系统中的一个核心概念，它允许计算机在多个任务之间共享资源，提高程序的执行效率。以下是对并发编程知识体系的详细阐述，并补充其技术实现细节：

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。线程具有以下基本概念：

（1）线程生命周期：线程从创建（Creation）、就绪（Ready）、运行（Running）、阻塞（Blocked）、等待（Waiting）、超时等待（Timed Waiting）、终止（Terminated）等状态进行转换。线程的创建可以通过多种方式实现，如继承Thread类、实现Runnable接口、使用lambda表达式等。在Java中，线程的生命周期管理涉及到线程调度算法，如时间片轮转（Round Robin）、优先级调度等。

（2）线程优先级：线程优先级表示线程执行的优先程度，优先级高的线程获得CPU资源的机会更大。Java中线程优先级分为10个等级，默认为5。线程优先级是通过线程的getPriority()和setPriority()方法进行设置和获取的。然而，线程优先级并不是绝对可靠的，因为Java虚拟机（JVM）可以随时改变线程的优先级。

（3）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。当所有非守护线程结束时，守护线程也会自动结束。在Java中，可以通过调用Thread.setDaemon(true)方法将线程设置为守护线程。守护线程通常用于后台任务，如垃圾回收器。

（4）线程池：线程池是一组预先创建的线程，用于执行多个任务。线程池具有以下核心参数配置：

a. 核心线程数：线程池中始终存在的线程数，它们会一直等待任务执行。核心线程数可以通过ThreadPoolExecutor的构造函数进行设置。

b. 最大线程数：线程池允许的最大线程数，当任务数量超过核心线程数时，会创建额外的线程来处理任务。

c. 队列类型：工作队列存储等待执行的线程任务。常用的队列类型有LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue、SynchronousQueue等。

d. 拒绝策略：当线程池达到最大线程数时，如何处理无法处理的任务。拒绝策略包括AbortPolicy（抛出异常）、CallerRunsPolicy（调用者运行）、DiscardPolicy（丢弃任务）、DiscardOldestPolicy（丢弃最旧的任务）。

2. 同步机制

同步机制是确保线程之间安全访问共享资源的一种方法。常见的同步机制包括：

（1）悲观锁：悲观锁假设在并发环境下，共享资源会发生冲突，因此在访问共享资源前先加锁。Java中悲观锁的实现方式有synchronized关键字、ReentrantLock等。synchronized关键字可以应用于方法或代码块，而ReentrantLock提供了更灵活的锁操作，如尝试锁定、尝试锁定超时等。

（2）乐观锁：乐观锁假设在并发环境下，共享资源很少发生冲突，因此在访问共享资源时不加锁。Java中乐观锁的实现方式有版本号、时间戳等。乐观锁通常在数据库层面实现，通过在数据表中添加版本号字段，在更新数据时检查版本号是否一致。

（3）读写锁：读写锁允许多个线程同时读取共享资源，但只有一个线程可以写入共享资源。Java中读写锁的实现方式有ReentrantReadWriteLock等。读写锁可以提高并发性能，特别是在读操作远多于写操作的场景中。

（4）条件变量：条件变量是线程之间的同步工具，允许线程在某些条件成立时才继续执行。Java中条件变量的实现方式有Object类的wait/notify/notifyAll方法。条件变量通常与synchronized关键字结合使用，用于实现复杂的线程间通信。

3. 并发集合

并发集合是专为并发编程设计的集合类，确保线程安全。常见的并发集合有：

（1）ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap，采用分段锁实现。ConcurrentHashMap将数据分为多个段，每个段有自己的锁，从而允许多个线程同时访问不同的段。

（2）CopyOnWrite容器：基于写时复制原理的线程安全容器，适用于读多写少的场景。当容器需要修改数据时，它会创建一个新的容器副本，并在副本上进行修改，然后替换掉原始容器。

（3）BlockingQueue：线程安全的队列，提供阻塞式操作。BlockingQueue允许生产者和消费者线程在没有数据或没有空间时进行阻塞等待，直到有数据可取或空间可用。

4. 并发工具类

并发工具类提供了一些实用的并发编程辅助方法，如：

（1）Phaser：用于协调多个线程的执行。Phaser类似于CyclicBarrier，但它允许线程在执行过程中多次进入和离开屏障。

（2）Exchanger：用于在线程之间交换数据。Exchanger允许两个线程在某个点上交换数据，然后继续执行。

（3）FutureTask：用于异步执行任务。FutureTask是Future接口的实现类，它允许调用者提交一个Callable任务，并获取其执行结果。

5. 非阻塞算法

非阻塞算法是一种在并发环境下，无需使用锁等同步机制来保证线程安全的方法。常见的非阻塞算法有：

（1）CAS原理：比较并交换原理，用于实现无锁操作。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等，则将新值写入内存位置，否则不执行任何操作。

（2）Atomic类：提供线程安全的原子操作。Atomic类包括AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference等，它们提供了各种原子操作，如获取、设置、增加、比较并交换等。

（3）无锁队列：线程安全的队列，基于CAS原理实现。无锁队列使用CAS操作来保证线程安全，避免了锁的开销。

6. 并发框架

并发框架提供了一系列的并发编程工具和组件，如：

（1）Netty线程模型：基于NIO的并发网络编程框架，采用主从多线程模型。Netty使用Selector机制来处理多个网络连接，每个Selector负责一组Channel，由一个或多个线程处理。

（2）Akka Actor模型：基于Actor模型的并发编程框架，用于构建高并发、分布式系统。Akka使用Actor模型来表示并发实体，每个Actor独立运行，通过消息传递进行通信。

（3）Disruptor环形缓冲区：高性能的并发队列，适用于高并发场景。Disruptor使用环形缓冲区来存储数据，通过CAS操作和内存屏障技术来保证线程安全。

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。以下是对MyBatis知识体系的详细阐述，并补充其技术实现细节：

1. SQL映射

MyBatis将Java对象映射到数据库表，实现数据的持久化。SQL映射主要包括以下内容：

（1）注解映射：使用@Select、@Insert、@Update、@Delete等注解实现SQL映射。MyBatis通过反射机制识别注解，并生成相应的SQL语句。

（2）结果集映射：将查询结果映射到Java对象。MyBatis使用XML配置文件或注解来定义结果集映射，包括字段名与Java对象属性名的映射关系。

（3）关联查询：实现多表之间的关联查询。MyBatis支持多种关联查询方式，如一对一、一对多、多对多等。

（4）动态SQL：根据不同条件动态构建SQL语句。MyBatis使用Ognl表达式或XML片段来实现动态SQL，可以根据条件动态拼接SQL语句。

2. 缓存机制

MyBatis提供了一级缓存和二级缓存机制，用于提高查询效率。

（1）一级缓存：会话缓存，存储当前会话的数据。一级缓存的作用域是SqlSession，当SqlSession关闭时，一级缓存也会被清空。

（2）二级缓存：全局缓存，存储整个应用的数据。二级缓存的作用域是整个应用，当应用重启时，二级缓存会被清空。

（3）自定义缓存：自定义缓存实现，提高缓存命中率。MyBatis允许自定义缓存实现，通过实现Cache接口来实现自己的缓存策略。

3. 代理模式

MyBatis使用代理模式实现动态代理，将数据库操作封装在代理对象中。

（1）MapperProxy：MyBatis提供的动态代理类，用于代理Mapper接口。MapperProxy通过反射机制创建代理对象，并拦截接口方法，执行相应的数据库操作。

（2）插件拦截：通过拦截Mapper接口的方法，实现自定义逻辑。MyBatis允许通过插件拦截Mapper接口的方法，实现自定义逻辑，如日志记录、性能监控等。

4. 执行流程

MyBatis执行流程如下：

（1）SqlSession生命周期：SqlSession负责创建数据库连接，执行SQL语句，提交或回滚事务。SqlSession是MyBatis的核心对象，它封装了数据库操作的所有细节。

（2）执行器类型：MyBatis提供多种执行器类型，如简单执行器、嵌套执行器等。执行器类型决定了SQL语句的执行方式，如批量执行、分页查询等。

（3）延迟加载：对关联查询结果进行延迟加载，提高性能。延迟加载是指在查询主表数据时，暂时不查询关联表数据，而是在需要时才进行加载。

（4）扩展机制：通过插件、拦截器、方言等机制，扩展MyBatis功能。MyBatis允许通过插件、拦截器和方言等机制扩展其功能，以满足不同的需求。

5. 类型处理器

类型处理器用于处理Java类型和数据库类型之间的转换。

（1）类型处理器拦截器链：拦截类型处理器的转换过程，实现自定义转换逻辑。MyBatis允许通过拦截类型处理器的转换过程，实现自定义转换逻辑，如自定义日期格式转换等。

（2）方言支持：根据数据库类型，提供不同的方言支持。MyBatis支持多种数据库方言，如MySQL、Oracle、SQL Server等，可以根据数据库类型选择相应的方言。

综上所述，并发编程和MyBatis是现代软件开发中不可或缺的知识体系。通过对并发编程和MyBatis的学习，可以提高程序的性能和可维护性。在实际应用中，我们可以根据项目需求，灵活运用这些知识，实现高效、稳定的系统架构。

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