并发编程知识精要

📕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

1. 线程基础

线程是程序执行的最小单位，它是并发编程的核心概念。Java中的线程分为系统线程和用户线程。

（1）线程生命周期

线程的生命周期可以分为以下七个状态：

• 新建（New）：线程被创建后处于该状态，此时线程尚未启动。
• 就绪（Runnable）：线程获得CPU资源后进入该状态，准备开始执行。
• 运行（Running）：线程正在执行，这是线程最活跃的状态。
• 阻塞（Blocked）：线程因等待某个资源而进入阻塞状态，例如等待锁。
• 等待（Waiting）：线程处于等待某个事件的状态，例如调用Object.wait()。
• 超时等待（Timed Waiting）：线程等待某个事件，但设定了超时时间，超过这个时间则退出等待状态。
• 终止（Terminated）：线程执行完毕后进入该状态。

线程的生命周期状态之间的转换受到线程操作（如start(), run(), yield(), join(), wait(), notify(), notifyAll()等）的影响。

（2）线程优先级

线程优先级决定了线程执行的顺序。Java中线程优先级分为：

• 最大（MAX_PRIORITY）：10，是优先级最高的。
• 默认（NORM_PRIORITY）：5，是默认优先级。
• 最小（MIN_PRIORITY）：1，是优先级最低的。

（3）守护线程

守护线程是一种特殊类型的线程，它为其他线程提供服务。当所有的非守护线程结束时，守护线程也会自动结束。

（4）线程池

线程池是一种管理线程资源的方式，它可以提高系统性能。Java中，线程池主要由ExecutorService接口及其实现类ThreadPoolExecutor提供。

核心参数配置：

• 核心线程数：线程池中最小保持的线程数，即使在空闲时也会存在。
• 最大线程数：线程池中最大可保留的线程数。
• 队列：存储等待执行的任务。
• 拒绝策略：当任务无法被线程池处理时，采取的拒绝策略。

拒绝策略包括：

• AbortPolicy：抛出RejectedExecutionException异常。
• CallRuntimeAbortPolicy：调用Runtime的shutdownNow()方法。
• DiscardPolicy：忽略任务，不抛出异常。
• DiscardOldestPolicy：丢弃最长时间的任务。

工作队列类型：

• ArrayBlockingQueue：基于数组的有界队列。
• LinkedBlockingQueue：基于链表的有界队列。
• PriorityBlockingQueue：具有优先级的无界队列。
• SynchronousQueue：不存储元素的阻塞队列。

2. 同步机制

同步机制用于确保多个线程在访问共享资源时不会产生冲突。

（1）悲观锁/乐观锁

悲观锁认为在操作数据过程中可能会出现冲突，因此需要在操作数据前加锁，以保证数据的原子性。

乐观锁认为在操作数据过程中不太可能出现冲突，因此采用版本号机制，在操作数据时检查版本号是否一致，从而避免冲突。

（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。读锁可以被多个读线程同时持有，而写锁是互斥的。

（3）条件变量

条件变量允许线程在某个条件下暂停执行，直到条件成立时继续执行。在Java中，可以使用Object的wait(), notify(), notifyAll()方法来实现条件变量。

3. 并发集合

并发集合用于保证多线程环境下集合操作的线程安全。

（1）ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap是一种线程安全的HashMap实现，它采用分段锁技术，提高并发访问性能。在ConcurrentHashMap中，数据被分成多个段，每个段有自己的锁，从而提高并发访问效率。

（2）CopyOnWrite容器

CopyOnWrite容器在写操作时，会创建一个新的副本进行修改，而不会影响到其他线程的读取操作。这种方式适用于读多写少的场景。

（3）BlockingQueue

BlockingQueue是一种线程安全的队列，它允许生产者和消费者在不同的线程中执行。在Java中，BlockingQueue的典型实现包括LinkedBlockingQueue和ArrayBlockingQueue。

4. 并发工具类

（1）Phaser

Phaser是一种灵活的并发工具，它允许线程在执行过程中进行同步。Phaser允许线程在执行过程中进行分组，每个组都有自己的状态和同步点。

（2）Exchanger

Exchanger允许两个线程在交换数据后继续执行。在Java中，可以使用Exchanger对象实现两个线程之间的数据交换。

（3）FutureTask

FutureTask代表一个异步计算的结果。FutureTask可以用于获取异步计算的结果，并且可以取消任务或获取任务的状态。

5. 非阻塞算法

非阻塞算法是指不依赖于锁机制，通过原子操作实现线程安全的算法。非阻塞算法可以提高系统的并发性能，降低锁竞争。

6. CAS原理

CAS（Compare-And-Swap）是一种无锁算法，它通过比较内存中的值与预期的值，如果相等，则将内存中的值修改为新的值。在Java中，可以使用Atomic类实现CAS操作。

7. Atomic类

Atomic类是一组原子操作的工具类，它提供了对基本数据类型的原子操作。例如，AtomicInteger, AtomicLong, AtomicReference等。

8. 无锁队列

无锁队列是一种线程安全的队列实现，它采用CAS原理实现线程安全。在无锁队列中，所有操作都是通过原子操作实现的，从而避免了锁竞争。

9. 并发框架

（1）Netty线程模型

Netty采用主从多线程模型，将任务分配给多个工作线程执行。Netty通过Selector和Channel来实现高效的I/O处理。

（2）Akka Actor模型

Akka采用Actor模型，将任务封装成Actor，并通过消息传递进行通信。Actor之间通过发送消息进行通信，从而实现了高并发和可扩展性。

（3）Disruptor环形缓冲区

Disruptor采用环形缓冲区实现高效的并发队列，它通过预分配内存和内存循环复用，提高并发性能。Disruptor适用于高性能、高并发场景。

二、MyBatis知识体系

1. SQL映射

（1）注解映射

MyBatis支持使用注解来定义SQL映射，使代码更加简洁。通过@Select, @Insert, @Update, @Delete等注解，可以直接将XML配置文件中的SQL语句映射到对应的Mapper接口方法。

（2）结果集映射

MyBatis支持自定义结果集映射，将数据库字段映射到Java对象属性。通过@Results, @Result等注解，可以实现复杂的映射关系。

（3）关联查询

MyBatis支持多表关联查询，通过嵌套查询或联合查询实现。通过@One, @Many等注解，可以实现关联查询的映射关系。

（4）动态SQL

MyBatis支持动态SQL，根据条件动态生成SQL语句。通过@SelectProvider, @InsertProvider等注解，可以实现动态SQL的编写。

2. OGNL表达式

OGNL（Object-Graph Navigation Language）是一种表达式语言，用于在MyBatis中获取对象属性。OGNL表达式可以访问对象的属性、集合、方法等，从而实现复杂的查询逻辑。

3. 分支语句

MyBatis支持分支语句，根据条件执行不同的SQL片段。通过 、 、 、 等标签，可以实现条件分支的SQL语句。

4. 批量操作

MyBatis支持批量操作，提高数据库执行效率。通过 标签，可以实现批量插入、批量更新等操作。

5. 缓存机制

（1）一级缓存

MyBatis采用本地缓存，将查询结果缓存到当前线程中。一级缓存的作用范围是单个SqlSession，当SqlSession结束时，一级缓存也随之失效。

（2）二级缓存

MyBatis支持二级缓存，将查询结果缓存到全局缓存中。二级缓存的作用范围是整个应用程序，可以在多个SqlSession之间共享。

（3）自定义缓存

MyBatis支持自定义缓存，通过实现Cache接口实现缓存逻辑。自定义缓存可以提供更灵活的缓存策略和功能。

（4）代理模式

MyBatis使用代理模式，在运行时动态创建Mapper接口的代理对象。代理对象封装了实际的Mapper实现，实现了Mapper接口的定义。

6. MapperProxy插件拦截

MyBatis使用插件拦截执行过程，例如拦截查询、更新、删除等操作。通过实现Interceptor接口，可以自定义插件逻辑，实现对MyBatis执行过程的拦截。

7. 动态代理执行流程

MyBatis通过CGLib或JDK动态代理技术，实现动态代理。动态代理可以在运行时创建对象的代理实例，实现接口定义的方法。

8. SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的会话接口，负责数据库操作。它的生命周期包括创建、使用和关闭。SqlSession的创建通常是通过SqlSessionFactory实现。

9. 执行器类型

MyBatis支持多种执行器类型，例如简单执行器、批处理执行器等。不同的执行器类型适用于不同的场景，例如简单执行器适用于单条SQL语句的执行，批处理执行器适用于批量SQL语句的执行。

10. 延迟加载

MyBatis支持延迟加载，将关联查询结果延迟加载到实际需要时。延迟加载可以提高系统性能，减少数据库的访问压力。

11. 扩展机制

MyBatis支持扩展机制，例如类型处理器、拦截器、方言等。

（1）类型处理器

类型处理器用于将数据库字段映射到Java类型。MyBatis内置了多种类型处理器，可以通过实现TypeHandler接口自定义类型处理器。

（2）拦截器

拦截器用于拦截MyBatis执行过程，例如拦截查询、更新、删除等操作。通过实现Interceptor接口，可以自定义拦截器逻辑。

（3）拦截器链

拦截器链是由多个拦截器组成的链式结构，用于实现拦截功能。在MyBatis中，拦截器链是由Interceptor实现类按顺序组成的。

（4）方言支持

MyBatis支持多种方言，例如MySQL、Oracle等。方言是指不同数据库之间的差异，通过实现Dialect接口可以自定义方言。

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