并发编程与MyBatis核心技术

📕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。

Java程序员廖志伟

🌾阅读前,快速浏览目录和章节概览可帮助了解文章结构、内容和作者的重点。了解自己希望从中获得什么样的知识或经验是非常重要的。建议在阅读时做笔记、思考问题、自我提问,以加深理解和吸收知识。阅读结束后,反思和总结所学内容,并尝试应用到现实中,有助于深化理解和应用知识。与朋友或同事分享所读内容,讨论细节并获得反馈,也有助于加深对知识的理解和吸收。💡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,线程是程序执行的最小单元,它允许程序在同一时间执行多个任务。线程的基础知识对于深入理解并发编程至关重要。

线程生命周期 线程的生命周期是一个动态变化的过程,它包括以下七个状态: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)。线程状态之间的转换由操作系统的调度器负责。

线程创建 线程可以通过多种方式创建,如使用Thread类或Runnable接口。在Java中,通常使用Thread类来创建线程,通过继承Thread类或实现Runnable接口来定义线程的运行逻辑。

线程同步 线程同步是并发编程中的关键技术,它确保多个线程在访问共享资源时不会相互干扰。Java提供了多种同步机制,包括synchronized关键字、Lock接口及其实现类(如ReentrantLock)、信号量(Semaphore)、条件(Condition)等。

线程通信 线程通信是线程之间进行交互的方式,Java提供了wait/notify/notifyAll方法来实现线程间的通信。此外,还可以使用BlockingQueue等并发集合来实现线程间的生产者-消费者模型。

线程池 线程池是管理一组线程的池,它可以提高应用程序的性能,减少线程创建和销毁的开销。线程池的核心参数配置如下:

  1. 核心线程数:线程池中最小数量的线程,即使没有任务执行,这些线程也会一直存在。
  2. 最大线程数:线程池中最大数量的线程,当任务数量超过最大线程数时,新的任务会等待线程池中的线程空闲出来。
  3. 线程存活时间:线程池中空闲线程的存活时间,超过存活时间的空闲线程将被回收。
  4. 工作队列:存放等待执行的任务的队列,常见的工作队列类型有LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue、SynchronousQueue等。
  5. 拒绝策略:当线程池中的线程数量达到最大值时,如果还有任务提交,需要采取拒绝策略。常见的拒绝策略有AbortPolicy(抛出异常)、CallerRunsPolicy(调用者运行)、DiscardPolicy(丢弃任务)和DiscardOldestPolicy(丢弃最旧的任务)。

同步机制

悲观锁/乐观锁 悲观锁和乐观锁是处理并发数据一致性的两种策略。悲观锁假设并发环境下的数据冲突是必然的,因此在进行操作前先加锁;乐观锁则假设数据冲突是偶然的,因此在进行操作前不加锁,而是在操作后检查是否有冲突。

读写锁 读写锁允许多个读线程同时访问资源,但写线程需要独占访问。Java中的读写锁实现有ReentrantReadWriteLock。

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可以继续执行。

并发集合 并发集合是专门为并发环境设计的集合类,如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等。这些集合类提供了线程安全的操作,可以保证在并发环境下数据的一致性。

ConcurrentHashMap ConcurrentHashMap是Java中线程安全的HashMap实现,它通过分段锁(Segment Locking)来提高并发性能。ConcurrentHashMap将数据分为多个段,每个段都有自己的锁,从而允许多个线程同时访问不同的段。

CopyOnWrite容器 CopyOnWrite容器在写操作时复制整个底层数组,适用于读多写少的场景。当有写操作时,CopyOnWrite容器会创建一个新的数组,并将数据复制到新数组中,然后替换掉旧数组。

BlockingQueue BlockingQueue是线程安全的队列,它支持生产者和消费者模型的并发操作。BlockingQueue提供了阻塞的入队和出队方法,当队列满时,生产者线程会等待,当队列空时,消费者线程会等待。

并发工具类

Phaser Phaser是一种灵活的同步工具,它可以支持多种同步场景,如计数、栅栏等。Phaser允许线程在执行任务前进行同步,并在任务执行完成后进行同步。

Exchanger Exchanger允许两个线程在某个点交换数据。当两个线程都到达交换点时,它们可以交换数据,然后继续执行。

FutureTask FutureTask是实现了Future接口的线程,它可以用来异步执行任务。FutureTask允许调用者获取任务执行的结果,并在任务执行完成后进行后续处理。

非阻塞算法

CAS原理 CAS(Compare-And-Swap)是一种非阻塞算法,它通过原子操作来更新变量的值。CAS操作包括三个操作数:内存位置(V)、预期原值(A)和新值(B)。当内存位置的值与预期原值相等时,将内存位置的值更新为新值。

Atomic类 Atomic类提供了原子操作的支持,如AtomicInteger、AtomicLong等。这些类提供了线程安全的操作,可以保证在并发环境下数据的一致性。

无锁队列 无锁队列是使用CAS原理实现的线程安全队列。无锁队列不需要锁机制,可以提高并发性能。

并发框架

Netty线程模型 Netty是Java中的一个高性能网络框架,它采用了主从多线程模型,即一个主线程负责接收连接,多个从线程负责处理业务。Netty使用Selector机制来管理多个连接,从而提高并发性能。

Akka Actor模型 Akka是一个基于Actor模型的并发框架,它通过Actor之间的消息传递来实现并发编程。Actor是一个独立的、并发执行的实体,它具有自己的状态和消息队列。Akka通过Actor之间的消息传递来实现线程间的通信和同步。

Disruptor环形缓冲区 Disruptor是一个高性能的并发队列,它使用环形缓冲区来存储数据,并通过CAS操作来保证线程安全。Disruptor通过环形缓冲区避免了数据竞争和锁机制,从而提高了并发性能。

二、MyBatis知识体系

SQL映射

注解映射 MyBatis支持使用注解来映射SQL语句和结果集,这使得代码更加简洁。例如,可以使用@Select、@Insert、@Update、@Delete等注解来定义SQL语句。

结果集映射 结果集映射是将数据库查询结果映射到Java对象的属性上。MyBatis使用OGNL表达式来实现结果集映射,OGNL表达式可以方便地访问对象的属性和执行逻辑运算。

关联查询 关联查询用于处理多表之间的关系,MyBatis通过association和collection标签来实现。例如,可以使用@One和@Many注解来定义一对多和多对多关系。

动态SQL 动态SQL允许根据条件动态生成SQL语句,MyBatis使用 、 、 、 等标签来实现。动态SQL可以根据条件选择性地包含某些SQL片段,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中动态生成SQL语句。OGNL表达式可以方便地访问对象的属性和执行逻辑运算。

分支语句 分支语句允许根据条件执行不同的SQL语句。MyBatis使用 、 、 、 等标签来实现分支语句。

批量操作 批量操作可以减少数据库访问次数,提高性能。MyBatis支持批量插入、批量更新和批量删除操作,可以使用 标签来实现批量操作。

缓存机制

一级缓存 一级缓存是SqlSession级别的缓存,它缓存了从数据库查询到的数据。当再次查询相同的数据时,可以直接从缓存中获取,从而提高查询效率。

二级缓存 二级缓存是全局缓存,它缓存了整个应用程序的数据。二级缓存可以跨SqlSession共享,从而提高查询效率。

自定义缓存 MyBatis允许自定义缓存,以适应不同的应用场景。自定义缓存可以通过实现Cache接口来实现,并在MyBatis配置文件中进行配置。

代理模式 MyBatis使用代理模式来封装数据库操作,使得SQL语句的执行更加灵活。MyBatis使用动态代理技术来实现Mapper接口的代理,动态代理的执行流程包括代理对象的创建、方法调用和结果返回。

MapperProxy MapperProxy是MyBatis中用于实现Mapper接口的代理类。MapperProxy通过代理模式实现了Mapper接口的动态代理,从而实现了数据库操作的封装。

插件拦截 MyBatis允许插件拦截SQL执行过程,以便进行日志记录、性能监控等。插件可以通过实现Interceptor接口来实现,并在MyBatis配置文件中进行配置。

动态代理执行流程 MyBatis使用动态代理技术来实现Mapper接口的代理,动态代理的执行流程包括以下步骤:

  1. 创建代理对象:通过Proxy类创建代理对象,代理对象实现了Mapper接口。
  2. 方法调用:调用代理对象的方法,代理对象会拦截方法调用。
  3. 执行SQL语句:代理对象会根据方法调用生成对应的SQL语句,并执行SQL语句。
  4. 返回结果:将SQL语句执行的结果返回给调用者。

SqlSession生命周期 SqlSession是MyBatis的会话,它负责执行SQL语句。SqlSession的生命周期包括以下步骤:

  1. 创建SqlSession:通过SqlSessionFactory创建SqlSession。
  2. 使用SqlSession:使用SqlSession执行SQL语句。
  3. 关闭SqlSession:关闭SqlSession,释放资源。

执行器类型 MyBatis提供了多种执行器类型,如SimpleExecutor、ReuseExecutor和BatchExecutor,它们分别适用于不同的场景。

SimpleExecutor:简单执行器,适用于单条SQL语句执行的场景。 ReuseExecutor:重用执行器,适用于批量SQL语句执行的场景,它重用数据库连接和预处理语句。 BatchExecutor:批量执行器,适用于批量SQL语句执行的场景,它将多个SQL语句合并为一个批量执行。

延迟加载 延迟加载是一种优化技术,它可以在需要时才加载数据,以减少初始化时的开销。MyBatis支持延迟加载,可以通过@Lazy注解来实现。

扩展机制

类型处理器 类型处理器用于将数据库中的数据类型转换为Java对象中的数据类型。MyBatis提供了多种类型处理器,如IntegerTypeHandler、StringTypeHandler等。

拦截器链 拦截器链允许在SQL执行前后进行拦截,以便进行日志记录、性能监控等。MyBatis提供了多种拦截器,如ExecutorInterceptor、StatementHandlerInterceptor等。

方言支持 MyBatis支持多种数据库方言,如MySQL、Oracle等。通过配置不同的方言,MyBatis可以适应不同的数据库。

通过以上对并发编程和MyBatis知识体系的详细描述,我们可以看到这两个领域之间的关联和相互影响。并发编程为MyBatis提供了高效的数据处理能力,而MyBatis则利用并发编程技术实现了更灵活和高效的数据库操作。在实际应用中,结合这两个领域的知识,可以构建出高性能、可扩展的软件系统。

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