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

线程基础

线程是并发编程的核心，它是程序执行流的最小单元。在Java中，线程是通过java.lang.Thread类实现的。线程的基本概念包括：

• 线程状态：线程的生命周期分为六个状态，分别是新建（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是由线程调度器根据线程的优先级、同步状态以及系统资源等因素来决定的。

线程生命周期

线程从创建到销毁，经历了一系列的生命周期。具体过程如下：

1. 新建（New）：通过new Thread()创建线程对象，此时线程处于新建状态。
2. 就绪（Runnable）：线程创建后，调用start()方法，线程进入就绪状态，等待CPU调度。
3. 运行（Running）：线程被CPU调度执行，此时线程处于运行状态。
4. 阻塞（Blocked）：线程在执行过程中，由于某些原因（如等待资源、执行I/O操作等）无法继续执行，进入阻塞状态。
5. 等待（Waiting）：线程在等待某些条件成立时，会进入等待状态，直到条件成立时被唤醒。
6. 超时等待（Timed Waiting）：线程在等待某些条件成立时，可以设置超时时间，如果超时时间到达，线程会自动唤醒。
7. 终止（Terminated）：线程执行完毕或被其他线程中断，进入终止状态。

线程优先级

线程优先级决定了CPU在调度线程时给予的优先级，Java中线程的优先级范围是1（最低）到10（最高）。线程优先级可以通过getPriority()和setPriority()方法获取和设置。

守护线程

守护线程是服务其他线程的线程，当所有非守护线程结束时，程序将退出。在Java中，可以通过setDaemon(true)方法将线程设置为守护线程。

线程池

线程池是一种管理线程的机制，它可以有效地控制系统中线程的数量，并减少线程的创建和销毁带来的开销。在Java中，可以通过java.util.concurrent.Executors类创建线程池。

核心参数配置

线程池的核心参数包括：

• 核心线程数：线程池中保持活跃的线程数量。
• 最大线程数：线程池中允许的最大线程数量。
• 线程存活时间：线程空闲时间达到此值后，线程将被回收。
• 工作队列：保存等待执行任务的队列。
• 拒绝策略：当线程池达到最大线程数时，拒绝策略决定了如何处理新提交的任务。

拒绝策略

当线程池达到最大线程数时，拒绝策略决定了如何处理新提交的任务。Java提供了以下几种拒绝策略：

• AbortPolicy：抛出RejectedExecutionException异常。
• CallerRunsPolicy：调用者运行当前任务。
• DiscardPolicy：丢弃当前任务。
• DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最旧的任务。

工作队列类型

线程池的工作队列分为有界和无界两种类型：

• 有界队列：当队列满时，会拒绝新任务。
• 无界队列：队列大小无限，但可能导致内存溢出。

同步机制

同步机制包括：

• 悲观锁：在操作共享资源之前先加锁，以防止其他线程同时访问。在Java中，可以使用synchronized关键字或java.util.concurrent.locks.Lock接口实现悲观锁。
• 乐观锁：基于一种假设，即多个线程不会同时修改共享资源。在Java中，可以使用java.util.concurrent.atomic包中的Atomic类实现乐观锁。
• 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。在Java中，可以使用java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock实现读写锁。
• 条件变量：允许线程在某些条件下等待，直到条件成立时被唤醒。在Java中，可以使用java.util.concurrent.locks.Condition接口实现条件变量。

并发集合

Java并发集合包括ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等，它们提供了线程安全的集合操作。

• ConcurrentHashMap：通过分段锁（Segment Locking）实现了线程安全，提高了并发性能。
• CopyOnWriteArrayList：在迭代期间不进行任何修改操作，而是通过复制底层数组来保证线程安全。

BlockingQueue

BlockingQueue是线程安全的队列，它可以阻塞或唤醒生产者或消费者线程。

• ArrayBlockingQueue：基于数组实现的有界阻塞队列。
• LinkedBlockingQueue：基于链表实现的有界或无界阻塞队列。
• PriorityBlockingQueue：基于优先级堆实现的无界阻塞队列。

并发工具类

并发工具类如Phaser、Exchanger、FutureTask等，提供了更高级的并发控制。

• Phaser：用于协调多个线程的执行顺序，类似于CountDownLatch和CyclicBarrier。
• Exchanger：用于在线程之间交换数据。
• FutureTask：代表异步计算的结果。

非阻塞算法

非阻塞算法如CAS（Compare-And-Swap）操作，提供了无锁的并发控制。

• CAS：通过比较和交换操作来更新共享变量的值。在Java中，可以使用java.util.concurrent.atomic.Atomic类实现CAS操作。

CAS原理

CAS是一种无锁算法，通过比较和交换操作来更新共享变量的值。其原理如下：

1. 读取共享变量值。
2. 比较预期值和实际值。
3. 如果预期值等于实际值，则更新共享变量的值。
4. 否则，重新读取共享变量的值，并重复步骤2和3。

Atomic类

Atomic类如AtomicInteger、AtomicLong等，提供了原子性的操作。

• AtomicInteger：提供原子性的整数操作。
• AtomicLong：提供原子性的长整数操作。
• AtomicReference：提供原子性的引用操作。

无锁队列

无锁队列如ConcurrentLinkedQueue，通过CAS操作实现线程安全。

• ConcurrentLinkedQueue：基于CAS操作实现的无锁队列。

并发框架

并发框架如Netty、Akka等，提供了更高层次的并发编程抽象。

• Netty：使用主从多线程模型，主线程负责处理连接，从线程负责读写操作。
• Akka：使用Actor模型，每个Actor是一个轻量级的线程，通过消息传递进行通信。

Netty线程模型

Netty使用主从多线程模型，主线程负责处理连接，从线程负责读写操作。这种模型可以提高系统的并发性能和稳定性。

Akka Actor模型

Akka使用Actor模型，每个Actor是一个轻量级的线程，通过消息传递进行通信。这种模型可以提高系统的并发性能和可扩展性。

Disruptor环形缓冲区

Disruptor使用环形缓冲区来存储数据，通过预分配内存和异步处理提高了性能。

• 环形缓冲区：使用环形数组存储数据，提高了数据访问速度。
• 预分配内存：在初始化时预分配内存，避免了动态扩容带来的性能开销。
• 异步处理：使用异步方式处理数据，提高了系统的吞吐量。

二、MyBatis知识体系

SQL映射

MyBatis通过XML或注解的方式将SQL语句映射到Java对象。

• XML映射：使用XML文件定义SQL映射，包括SQL语句、参数映射、结果映射等。
• 注解映射：使用注解直接在Java接口或类上定义SQL映射。

注解映射

MyBatis提供了一系列注解，如@Select、@Insert等，用于映射SQL语句。

• @Select：用于映射查询SQL语句。
• @Insert：用于映射插入SQL语句。
• @Update：用于映射更新SQL语句。
• @Delete：用于映射删除SQL语句。

结果集映射

MyBatis可以将数据库查询结果映射到Java对象。

• 自动映射：根据Java对象的属性名和数据库列名进行映射。
• 自定义映射：通过<resultMap>标签自定义映射关系。

关联查询

MyBatis支持关联查询，可以方便地处理一对多、多对多等复杂关系。

• 一对一：使用<result>标签或<association>标签进行映射。
• 一对多：使用<collection>标签进行映射。
• 多对多：使用联合查询或嵌套查询进行映射。

动态SQL

MyBatis的动态SQL功能可以生成动态的SQL语句，实现复杂的查询需求。

• `标签 ：根据条件判断是否执行SQL片段。
• ** 标签**：类似于switch`语句，根据条件选择执行SQL片段。
• `标签 ：遍历集合，生成循环的SQL片段。

OGNL表达式

OGNL表达式可以用于在MyBatis中进行复杂的表达式计算。

• OGNL：Object-Graph Navigation Language，用于在MyBatis中进行表达式计算。

分支语句

MyBatis支持分支语句，可以用于实现复杂的查询逻辑。

• ** 标签**：类似于switch`语句，根据条件选择执行SQL片段。

批量操作

MyBatis支持批量操作，可以提高数据库操作的性能。

• `标签 ：遍历集合，生成循环的SQL片段，实现批量插入、更新等操作。

缓存机制

MyBatis提供了一级缓存和二级缓存，可以减少数据库访问次数，提高性能。

• 一级缓存：本地缓存，每个SqlSession独立拥有。
• 二级缓存：全局缓存，可以在不同的SqlSession之间共享。

一级缓存

一级缓存是本地缓存，每个SqlSession独立拥有。一级缓存的作用是减少数据库访问次数，提高查询性能。

二级缓存

二级缓存是全局缓存，可以在不同的SqlSession之间共享。二级缓存的作用是提高查询性能，并支持跨SqlSession的数据共享。

自定义缓存

MyBatis允许自定义缓存，以满足特定的业务需求。

• 实现Cache接口：自定义缓存实现，并注册到MyBatis配置中。

代理模式

MyBatis使用代理模式来创建MapperProxy，实现动态代理。

• 动态代理：在运行时创建代理对象，代理对象实现了目标接口，并拦截了目标接口的方法调用。

插件拦截

MyBatis插件可以拦截执行过程中的某些操作，如查询、更新等。

• 拦截器：实现Interceptor接口，拦截MyBatis的执行过程。

通过以上补充说明，文章的专业性和技术深度得到了提升。在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的技术方案，以提高系统性能和可扩展性。

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