并发编程精要

📕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

线程基础

线程生命周期：在并发编程中，线程的生命周期是其核心概念之一。线程从创建到销毁，经历多个状态变化。线程状态的转换是由线程的状态机和操作系统调度机制共同控制的。在Java中，线程的生命周期可以通过Thread类和Runtime类提供的API进行管理和监控。

• 创建：线程通过Thread类的构造方法或继承Thread类创建，进入新建状态（New）。此时线程尚未分配系统资源，无法被CPU调度执行。
• 就绪：新建线程被创建后，会进入就绪状态（Runnable），此时线程已经准备好执行，但由CPU调度器尚未选中。
• 运行：CPU调度器选择就绪状态中的线程进入运行状态（Running），线程开始执行代码。
• 阻塞：当线程执行过程中，因某些原因（如I/O操作、等待锁等）无法继续执行，会进入阻塞状态（Blocked）。
• 等待：线程执行过程中，可能需要等待某些特定条件满足，这时线程进入等待状态（Waiting）。
• 超时等待：线程在等待时，可以设置一个超时时间，当超时后，线程会进入超时等待状态（Timed Waiting）。
• 终止：当线程执行完毕，或因为某些异常退出时，进入终止状态（Terminated）。

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。操作系统会根据线程的优先级来调度线程，但具体调度策略依赖于具体操作系统的实现。在Java中，线程优先级由1（最低）到10（最高）表示。

守护线程：守护线程（Daemon Thread）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。守护线程通常用于执行后台任务，如垃圾回收。

线程池：线程池是一种预先生成一组线程的池，用于执行和管理多个任务。线程池可以提高应用程序的响应速度和系统资源利用率。

• 核心线程数：线程池中的核心线程数，即使在任务量少时，这些线程也保持活跃状态。
• 最大线程数：线程池可以创建的最大线程数，当任务量增加时，线程池会根据需要创建额外的线程。
• 线程存活时间：线程空闲一段时间后，将被回收。
• 工作队列：用于存储等待执行的任务，可以是直接提交队列、有界队列、优先级队列或同步队列。
• 拒绝策略：当线程池无法执行任务时，根据拒绝策略决定如何处理任务，常见的策略包括丢弃任务、丢弃队列中最后一个任务、调用拒绝处理器的回调函数和抛出异常。

核心参数配置与拒绝策略

工作队列类型：线程池的工作队列决定了如何存储等待执行的任务。不同类型的工作队列具有不同的特点和应用场景。

• 直接提交队列：直接将任务提交给线程池，不进行排队。
• 有界队列：对任务队列的大小进行限制，超过队列容量时，新的任务会根据拒绝策略进行处理。
• 优先级队列：根据任务优先级进行排队，优先级高的任务先执行。
• 同步队列：所有任务都按照提交的顺序进行执行。

拒绝策略：拒绝策略决定了当任务无法被线程池执行时，如何处理这些任务。

• 丢弃任务：直接丢弃无法执行的任务。
• 丢弃队列中最后一个任务：当线程池已满时，丢弃队列中最后一个提交的任务。
• 调用拒绝处理器的回调函数：当任务无法执行时，调用一个拒绝处理器的回调函数进行处理。
• 抛出异常：当任务无法执行时，抛出一个异常。

同步机制

悲观锁/乐观锁：在并发编程中，同步机制用于防止多个线程同时修改共享资源，以保证数据的一致性。

• 悲观锁：悲观锁假设并发环境中数据会发生冲突，因此在操作数据前加锁，保证数据的一致性。悲观锁的实现方式包括互斥锁、读写锁等。
• 乐观锁：乐观锁假设并发环境中数据不会发生冲突，通过版本号或时间戳来检测冲突。当检测到冲突时，重新读取数据并进行更新。

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。读写锁可以提高并发性能，尤其是在读操作远多于写操作的场景。

条件变量：条件变量允许线程在满足特定条件时挂起，直到其他线程发出信号。

并发集合

ConcurrentHashMap：ConcurrentHashMap是线程安全的HashMap实现，通过分段锁（Segment Lock）提高并发性能。ConcurrentHashMap将数据存储在多个段中，每个段使用单独的锁，从而实现高并发访问。

CopyOnWrite容器：CopyOnWrite容器在写操作时复制整个容器，读操作则直接在副本上操作。适用于读多写少的场景。

BlockingQueue：BlockingQueue是线程安全的队列实现，支持阻塞操作，常用于线程间的通信。BlockingQueue有多种实现，如LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue、PriorityBlockingQueue等。

并发工具类

Phaser：Phaser是一种灵活的同步工具，支持动态的线程同步。Phaser允许线程在执行过程中动态注册和注销，从而实现灵活的线程同步。

Exchanger：Exchanger允许两个线程在某个点交换数据。

FutureTask：FutureTask是Future接口的实现，用于异步执行任务。FutureTask允许客户端线程查询任务是否已完成，并获取其结果。

非阻塞算法

CAS原理：CAS（Compare-And-Swap）是一种无锁算法，通过比较和交换操作来更新变量。CAS算法需要三个操作数：内存位置V、预期原值A和新值B。当V的值等于A时，将V的值更新为B，否则不做任何操作。

Atomic类：Atomic类提供了原子操作的方法，如AtomicInteger、AtomicLong等。这些方法保证了在多线程环境下对变量的操作是原子性的。

无锁队列：无锁队列通过CAS操作实现线程安全的队列。无锁队列可以提高并发性能，但实现起来较为复杂。

并发框架

Netty线程模型：Netty采用主从多线程模型，一个Boss线程负责处理连接请求，多个Worker线程负责处理读写操作。这种模型可以有效地处理大量并发连接。

Akka Actor模型：Akka是基于Actor模型的并发框架，每个Actor都是一个独立的线程，通过消息传递进行通信。Actor模型可以有效地解决并发编程中的线程同步问题。

Disruptor环形缓冲区：Disruptor是一个高性能的并发队列实现，通过环形缓冲区和CAS操作实现高效的并发处理。Disruptor可以应用于各种场景，如日志处理、消息队列等。

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。通过在Java实体类或Mapper接口中使用注解，可以方便地定义SQL映射关系。

结果集映射：MyBatis通过XML或注解定义结果集的映射关系。通过配置resultMap，可以将SQL查询结果映射到Java实体类中。

关联查询：MyBatis支持多表关联查询，通过嵌套查询或关联查询实现。嵌套查询是一种递归查询，关联查询则是通过JOIN操作将多个表连接起来。

动态SQL

OGNL表达式：OGNL是一种表达式语言，用于动态生成SQL语句。OGNL表达式可以方便地访问Java对象的属性、方法以及进行运算。

分支语句：MyBatis支持使用条件语句来动态生成SQL分支。通过在XML映射文件中使用 、 等标签，可以实现动态SQL语句的生成。

批量操作：MyBatis支持批量插入和更新操作。批量操作可以提高数据库操作的效率，减少数据库的访问次数。

缓存机制

一级缓存：一级缓存是SqlSession级别的缓存，用于缓存查询结果。一级缓存仅在SqlSession的生命周期内有效，当SqlSession关闭时，一级缓存也随之失效。

二级缓存：二级缓存是全局缓存，用于缓存不同SqlSession之间的查询结果。二级缓存可以在多个SqlSession之间共享，但需要根据业务需求进行配置和管理。

自定义缓存：MyBatis允许自定义缓存实现，以适应特定的业务需求。自定义缓存可以通过实现Cache接口或使用插件的方式进行开发。

代理模式：MyBatis使用代理模式来创建Mapper接口的代理实现。代理模式可以提高代码的可维护性，并减少重复代码。

MapperProxy插件拦截

MapperProxy：MapperProxy是MyBatis用于代理Mapper接口的类。MapperProxy通过动态代理技术实现Mapper接口的方法调用。

插件拦截：MyBatis允许使用插件来拦截SQL执行过程。通过实现Interceptor接口，可以拦截MyBatis的执行过程，并对SQL语句进行修改。

动态代理执行流程：MyBatis使用动态代理技术来拦截Mapper接口的方法调用。动态代理技术允许在运行时创建一个代理对象，代理对象会拦截接口方法调用，并将调用委托给真实对象。

SqlSession生命周期

SqlSession：SqlSession是MyBatis的核心对象，用于执行SQL语句。SqlSession可以用于执行查询、插入、更新、删除等操作。

执行器类型：MyBatis提供了多种执行器类型，如SimpleExecutor和BatchExecutor。SimpleExecutor逐条执行SQL语句，BatchExecutor可以将多条SQL语句合并成一个批次执行。

延迟加载：MyBatis支持延迟加载关联对象。延迟加载可以在需要时才加载关联对象，从而提高查询性能。

扩展机制

类型处理器：MyBatis提供了类型处理器来处理Java类型和数据库类型之间的转换。类型处理器可以自定义转换逻辑，以适应特定的业务需求。

拦截器链：MyBatis允许自定义拦截器来拦截SQL执行过程。拦截器可以修改SQL语句、参数值或结果集等。

方言支持：MyBatis支持多种数据库方言，如MySQL、Oracle等。方言可以根据不同的数据库进行定制，以提高查询性能。

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