并发编程核心知识体系-CSDN博客

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📕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）、《解密程序员的思维密码——沟通、演讲、思考的实践》作者、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

💡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

在深入探讨并发编程这一领域之前，我们首先需要构建一个完整的知识体系，以便于我们能够从基础到高级，系统地理解和应用并发编程技术。

线程基础

线程是并发编程的核心概念，它是程序执行的最小单位。以下是线程基础的一些关键知识点：

线程生命周期

线程从创建到销毁会经历几个不同的状态，包括新建（New）、就绪（Runnable）、运行（Running）、阻塞（Blocked）、等待（Waiting）、超时等待（Timed Waiting）和终止（Terminated）。线程状态转换是由线程调度器根据线程的优先级、资源分配、线程间的交互等因素来决定的。例如，当线程执行I/O操作时，可能会被阻塞，此时线程状态将从Running转换为Blocked。

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，Java中线程的优先级范围从1（最低）到10（最高）。线程优先级是一个相对值，并不保证一定能够获得更多的CPU时间。线程优先级是由操作系统的线程调度器来管理的，Java虚拟机提供了Thread.setPriority()方法来设置线程的优先级。

守护线程

守护线程是一种特殊的线程，它不属于程序中最重要的线程，而是在后台运行，负责监控和辅助其他线程的运行。当所有的非守护线程结束时，程序将退出，即使守护线程仍在运行。在Java中，可以通过调用Thread.setDaemon(true)将线程设置为守护线程。

线程池

线程池是一种管理线程资源的方式，它可以避免频繁创建和销毁线程的开销，提高程序的响应速度。线程池中的线程可以复用，减少了线程创建和销毁的开销。线程池的配置参数，如核心线程数、最大线程数、线程存活时间、队列容量等，对线程池的性能有着重要影响。例如，核心线程数设置得太少，可能会导致线程频繁创建和销毁；队列容量设置得太小，可能会导致任务无法被处理。

核心参数配置

线程池的核心参数配置需要根据具体的应用场景来决定。例如，对于I/O密集型任务，可以将核心线程数设置得较高，以便保持CPU的利用率；对于CPU密集型任务，可以将核心线程数设置得较低，以减少上下文切换的开销。

拒绝策略

当线程池达到最大线程数且队列已满时，线程池会根据拒绝策略拒绝新的任务。常见的拒绝策略有AbortPolicy（抛出异常）、CallerRunsPolicy（调用者运行策略，将任务回退给调用者线程执行）、DiscardPolicy（丢弃任务）等。

工作队列类型

线程池的工作队列决定了任务在等待执行时的存储方式。常见的队列类型有LinkedBlockingQueue（链表阻塞队列）、ArrayBlockingQueue（数组阻塞队列）等。选择合适的队列类型对于线程池的性能有着重要影响。

同步机制

同步机制是确保线程安全的关键，包括：

悲观锁/乐观锁：悲观锁假设并发访问导致数据不一致，因此总是先加锁；乐观锁则假设数据并发访问不会导致不一致，通过版本号或时间戳来检测。在Java中，可以使用synchronized关键字或ReentrantLock等锁来实现悲观锁；可以使用java.util.concurrent.atomic包中的类来实现乐观锁。
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。在Java中，可以使用java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock来实现读写锁。
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继续执行。在Java中，可以使用java.util.concurrent.locks.Condition来实现条件变量。

并发集合

并发集合是专门为并发环境设计的集合类，它们提供了线程安全的操作。以下是一些常见的并发集合：

ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap实现，支持高并发访问。ConcurrentHashMap内部采用分段锁（Segment Locking）机制，将数据分成若干段，每段有自己的锁，从而减少锁的竞争。
CopyOnWrite容器：在写操作时复制整个底层数据结构，适用于读多写少的场景。在Java中，可以使用java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList和java.util.concurrent.CopyOnWriteArraySet等。
BlockingQueue：线程安全的队列实现，常用于线程间的数据交换。BlockingQueue内部通常使用数组或链表来实现，并提供多种操作，如put、take、offer、poll等。

并发工具类

一些并发工具类如Phaser、Exchanger、FutureTask等，提供了更高级的并发控制机制。

Phaser：一个灵活的线程同步工具，可以用于实现复杂的并发控制逻辑。Phaser允许线程在执行过程中注册自己的到达点，并在所有线程到达某个点时同步。
Exchanger：允许两个线程交换数据，常用于生产者-消费者模式。Exchanger内部使用CAS操作来确保数据交换的原子性。
FutureTask：一个可以异步执行任务的类，常与线程池结合使用。FutureTask内部使用线程池中的线程来执行任务，并提供方法来获取执行结果。

非阻塞算法

非阻塞算法利用了CAS（Compare-And-Swap）原理和Atomic类等，实现了无锁队列等并发数据结构。

CAS原理：比较并交换操作，用于实现无锁算法。CAS操作包括三个操作数：内存位置（V）、预期原值（A）和新值（B）。如果内存位置的值与预期原值相等，就将内存位置的值修改为新值。
Atomic类：提供原子操作的类，如AtomicInteger、AtomicLong等。这些类内部使用CAS操作来实现原子性。

并发框架

一些并发框架如Netty、Akka、Disruptor等，提供了高级的并发编程模型。

Netty线程模型：Netty使用主从多线程模型，可以有效地处理高并发网络请求。主线程负责接收客户端连接，从线程负责处理业务逻辑。
Akka Actor模型：基于Actor模型的并发框架，强调消息传递和分布式计算。Actor是一个消息处理的实体，它通过发送和接收消息来与其他Actor通信。
Disruptor环形缓冲区：Disruptor使用环形缓冲区来处理并发事件，提供了极高的吞吐量。Disruptor内部使用CAS操作和环形缓冲区来实现高效的并发处理。

二、MyBatis知识体系

MyBatis是一个优秀的持久层框架，它支持定制化SQL、存储过程以及高级映射。以下是MyBatis知识体系的关键知识点：

SQL映射

MyBatis通过XML或注解的方式定义SQL映射，将Java对象与数据库表进行映射。

注解映射

MyBatis提供了多种注解来定义SQL映射，如@Select、@Insert、@Update、@Delete等。这些注解可以应用于接口方法或类字段，用于指定对应的SQL语句。

结果集映射

MyBatis可以将查询结果映射到Java对象，包括基本类型、集合、对象等。结果集映射可以通过XML或注解来实现。

关联查询

MyBatis支持多表关联查询，通过@One、@Many注解实现。@One表示一对一关系，@Many表示一对多关系。

动态SQL

MyBatis的动态SQL功能允许根据条件动态构建SQL语句。动态SQL可以通过XML或Ognl表达式来实现。

OGNL表达式

OGNL（Object-Graph Navigation Language）表达式用于在MyBatis中动态获取对象的属性值。

分支语句

MyBatis支持使用OGNL表达式实现分支语句，根据条件执行不同的SQL片段。

批量操作

MyBatis支持批量插入、更新、删除操作，提高数据库操作效率。批量操作可以通过XML或注解来实现。

缓存机制

MyBatis提供了缓存机制，包括一级缓存和二级缓存。

一级缓存

一级缓存是SqlSession级别的缓存，缓存了最近一次查询的结果。当SqlSession关闭时，一级缓存也会被清空。

二级缓存

二级缓存是全局缓存，缓存了所有SqlSession的查询结果。二级缓存可以通过插件机制来实现，也可以通过实现Cache接口来扩展缓存功能。

自定义缓存

MyBatis允许自定义缓存实现，通过实现Cache接口来扩展缓存功能。自定义缓存可以支持多种缓存策略，如LRU、FIFO等。

代理模式

MyBatis使用代理模式来创建Mapper接口的代理实现，提供动态代理功能。代理实现会拦截所有方法调用，并根据方法名称动态执行对应的SQL语句。

MapperProxy插件拦截

MyBatis的插件机制允许拦截执行过程，插件可以修改执行流程、添加日志等。插件通过实现Interceptor接口来实现。

动态代理执行流程

MyBatis使用动态代理技术来创建Mapper接口的代理实现，代理实现会拦截所有方法调用，并根据方法名称动态执行对应的SQL语句。动态代理执行流程包括：

代理实现创建时，通过反射获取Mapper接口的方法信息。
当调用代理实现的方法时，代理实现会拦截方法调用。
根据方法名称，代理实现会查找对应的SQL映射。
执行SQL映射，并将结果返回给调用者。

SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心对象，它代表了与数据库的会话。SqlSession的生命周期包括创建、使用和关闭。

执行器类型

MyBatis提供了多种执行器类型，如SimpleExecutor、ReusingExecutor、BatchExecutor等，它们决定了SQL语句的执行方式。

延迟加载

MyBatis支持延迟加载，即在需要时才加载关联对象，提高查询效率。延迟加载可以通过@Lazy注解来实现。

扩展机制

MyBatis提供了多种扩展机制，如类型处理器、拦截器链、方言支持等，允许开发者定制化MyBatis的行为。

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提供了高效处理并发请求的能力，而MyBatis则通过其灵活的映射和缓存机制，使得并发编程在数据处理层面更加高效和可靠。掌握这两个领域的知识，对于开发高性能、可扩展的应用程序至关重要。

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Java程序员廖志伟

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