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）、《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。

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💡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。

一、并发编程知识体系

并发编程是现代计算机科学中的一个重要领域，它涉及如何让多个任务在同一时间内执行，以提高程序的响应速度和资源利用率。以下是对并发编程知识体系的详细描述，并补充其技术实现细节。

线程基础

线程是并发编程中最基本的概念，它是操作系统能够进行运算调度的最小单位。线程基础包括：

• 线程状态：线程状态的管理通常由操作系统的线程调度器负责。线程状态包括创建、就绪、运行、阻塞、等待、超时、终止等。例如，在Java中，线程状态可以通过Thread类的方法如getState()来获取，并使用Thread.State枚举来表示不同的状态。

• 线程属性：线程属性包括线程ID、优先级、状态、堆栈等。线程ID是操作系统分配的唯一标识符，优先级决定了线程在调度时的优先级，堆栈则是线程执行时的内存空间。

• 线程创建：在Java中，可以通过继承Thread类或实现Runnable接口来创建线程。继承Thread类的方式较为直接，但会带来代码复用的困难。实现Runnable接口则更加灵活，可以通过实现接口的方式将线程逻辑与线程对象分离。

线程生命周期

线程从创建到销毁会经历以下生命周期：

• 新建状态：通过new关键字创建线程对象后，线程处于新建状态。此时线程尚未启动，也没有分配CPU资源。

• 就绪状态：线程对象被创建后，调用start()方法，线程进入就绪状态。此时线程已经准备好执行，等待CPU调度。

• 运行状态：就绪状态的线程获得CPU时间片，进入运行状态。线程执行完毕或被调度器切换出CPU时，将离开运行状态。

• 阻塞状态：线程由于某些原因（如等待资源）而无法继续执行，进入阻塞状态。例如，线程在等待I/O操作完成时将进入阻塞状态。

• 等待状态：线程调用wait()方法后，进入等待状态，直到其他线程调用notify()或notifyAll()。

• 终止状态：线程执行完任务或调用stop()方法后，进入终止状态。此时线程将不再被调度。

线程优先级

线程优先级决定了线程在多线程环境中获取CPU资源的优先级。Java中，线程优先级分为10个等级，从1（最低）到10（最高）。线程优先级只能影响线程调度，但不能保证线程一定优先执行。线程优先级可以通过setPriority()方法设置，通过getPriority()方法获取。

守护线程

守护线程是服务线程，当所有非守护线程结束时，程序会自动退出。守护线程主要用于在后台执行一些任务，如垃圾回收器。在Java中，可以通过调用setDaemon(true)方法将线程设置为守护线程。

线程池

线程池是一种复用线程的技术，它将多个任务分配给有限的线程执行。线程池的核心参数配置包括：

• 核心线程数：线程池维护的最少线程数。当任务数量超过核心线程数时，线程池将创建新的线程来处理任务。

• 最大线程数：线程池能容纳的最大线程数。当任务数量超过最大线程数时，线程池将根据拒绝策略处理新任务。

• 线程空闲时间：空闲线程在终止前等待新任务的最长时间。超过这个时间后，空闲线程将被终止。

拒绝策略

当线程池中所有线程都在执行任务时，如果还有任务提交，线程池会根据拒绝策略处理新任务。常见的拒绝策略有：

• AbortPolicy：抛出RejectedExecutionException异常，阻止任务执行。

• CallerRunsPolicy：调用任务的线程自己执行该任务，避免任务丢失。

• DiscardPolicy：不执行该任务，也不抛出异常，适用于任务不重要的情况。

• DiscardOldestPolicy：丢弃最长时间的任务，为新任务腾出空间。

工作队列类型

线程池的工作队列用于存放等待执行的任务，常见的队列类型有：

• LinkedBlockingQueue：基于链表的阻塞队列，适用于任务数量不确定的情况。

• ArrayBlockingQueue：基于数组的阻塞队列，适用于任务数量确定的情况。

• SynchronousQueue：不存储元素的阻塞队列，适用于任务数量与线程数相等的情况。

同步机制

同步机制用于解决多线程并发访问共享资源时可能出现的问题，如数据不一致、死锁等。常见的同步机制有：

• 悲观锁：假设并发冲突一定会发生，使用锁来保证线程安全。例如，Java中的synchronized关键字和ReentrantLock类。

• 乐观锁：假设并发冲突不会发生，使用版本号或时间戳等机制来检测冲突。例如，Java中的AtomicInteger类。

• 读写锁：允许多个线程同时读取共享资源，但写入时需要独占锁。例如，Java中的ReentrantReadWriteLock类。

• 条件变量：允许线程在某些条件成立时才执行，否则等待。例如，Java中的Condition接口。

并发集合

Java并发集合是专为多线程环境设计的集合类，如：

• ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap实现，通过分段锁（Segment Locking）来提高并发性能。

• CopyOnWriteArrayList：线程安全的ArrayList实现，适用于读多写少的场景。每次修改操作都会创建一个新的数组副本。

并发工具类

Java提供了一些并发工具类，如：

• Phaser：支持线程间协作的工具类，可以用于实现线程间的同步和通信。

• Exchanger：用于在线程间交换数据的工具类，可以用于实现生产者-消费者模式。

• FutureTask：代表异步计算的结果，可以用于获取异步操作的结果。

非阻塞算法

非阻塞算法是避免使用锁的一种技术，如：

• CAS（Compare-And-Swap）：比较并交换操作，可以用于实现无锁编程。

• Atomic类：提供原子操作的类，可以用于实现无锁编程。

无锁队列

无锁队列是使用CAS等非阻塞算法实现的线程安全队列，可以用于实现生产者-消费者模式。

并发框架

• Netty：高性能的NIO框架，用于开发网络应用程序。Netty使用事件驱动模型，可以处理高并发网络连接。

• Akka：基于Actor模型的并发框架，用于构建分布式、高并发系统。Akka使用无状态、无锁的Actor模型，可以处理高并发场景。

• Disruptor：环形缓冲区，提供高性能的并发数据流处理。Disruptor使用环形缓冲区和CAS操作，可以处理高并发数据流。

二、MyBatis知识体系

MyBatis是一个基于Java的持久层框架，它简化了数据库操作，并提供了丰富的配置和扩展机制。以下是对MyBatis知识体系的详细描述，并补充其技术实现细节。

SQL映射

SQL映射是MyBatis的核心概念，它将Java对象与数据库表进行映射。SQL映射包括：

• 映射文件：用于定义SQL语句和参数的XML文件。映射文件中定义了SQL语句、参数类型、结果映射等信息。

• 注解映射：使用注解来定义SQL语句和参数。注解映射可以简化XML配置，提高代码可读性。

结果集映射

结果集映射将数据库表中的数据映射到Java对象中，包括：

• 自动映射：根据Java对象的属性名和数据库表中的列名自动映射。例如，如果Java对象的属性名为"user.name"，则可以自动映射到数据库表中的"username"列。

• 显式映射：使用@Result注解或 标签显式定义映射关系。例如，可以使用@Result注解指定映射的列名和Java对象的属性名。

关联查询

关联查询用于处理多表关系，包括：

• 一对一：使用 标签进行映射。例如，如果有一个用户表和一个地址表，可以使用一对一关系将用户和地址关联起来。

• 一对多：使用 标签进行映射。例如，如果有一个用户表和一个订单表，可以使用一对多关系将用户和订单关联起来。

• 多对多：使用 标签进行映射。例如，如果有一个学生表和一个课程表，可以使用多对多关系将学生和课程关联起来。

动态SQL

动态SQL允许根据条件动态生成SQL语句，包括：

• ：根据条件判断是否执行SQL片段。例如，可以使用 标签根据用户ID是否为空来决定是否包含某个条件。

• ：根据条件选择执行SQL片段。例如，可以使用 标签根据用户类型选择不同的SQL语句。

• ：遍历集合，生成SQL片段。例如，可以使用 标签遍历用户列表，为每个用户生成一条SQL语句。

OGNL表达式

OGNL（Object-Graph Navigation Language）表达式用于在MyBatis中访问对象属性，如user.name。OGNL表达式可以访问对象的属性、方法、集合等。

分支语句

分支语句用于在动态SQL中实现复杂的逻辑，如<when>、<otherwise>等。例如，可以使用 标签根据条件选择不同的SQL片段。

批量操作

批量操作允许一次性执行多条SQL语句，提高效率。例如，可以使用 标签遍历一个对象列表，为每个对象生成一条SQL语句，并一次性执行。

缓存机制

MyBatis提供了两级缓存机制：

• 一级缓存：SqlSession级别的缓存，默认开启。一级缓存存储了当前SqlSession中执行的SQL语句及其结果集。

• 二级缓存：全局缓存，需要手动开启。二级缓存存储了全局范围内缓存的SQL语句及其结果集。

自定义缓存

自定义缓存允许用户自定义缓存实现，用于更复杂的场景。自定义缓存需要实现Cache接口，并配置到MyBatis配置文件中。

代理模式

MyBatis使用代理模式来创建Mapper接口的代理实现，实现动态代理。代理模式可以隐藏实现细节，提高代码可读性和可维护性。

MapperProxy

MapperProxy是MyBatis中用于创建Mapper接口代理的实现类。MapperProxy使用JDK动态代理或CGLIB动态代理技术来创建代理对象。

插件拦截

MyBatis插件允许拦截SQL执行过程，如执行前、执行后等。插件需要实现Interceptor接口，并配置到MyBatis配置文件中。

动态代理执行流程

MyBatis使用CGLIB或JDK动态代理来创建Mapper接口的代理实现。动态代理技术可以拦截接口方法的调用，并执行相应的逻辑。

SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心对象，它代表与数据库的会话。SqlSession的生命周期包括：

• 创建：通过SqlSessionFactory创建SqlSession。SqlSessionFactory可以使用XML配置文件或注解配置。

• 使用：执行SQL语句。在SqlSession中，可以执行查询、更新、删除等操作。

• 关闭：关闭SqlSession。关闭SqlSession会释放数据库连接、关闭事务等。

执行器类型

MyBatis提供了多种执行器类型，如SimpleExecutor、ReusingExecutor、BatchingExecutor等。不同的执行器类型具有不同的性能特点。

延迟加载

延迟加载是一种优化技术，用于按需加载对象属性。例如，可以使用MyBatis的延迟加载功能，在查询用户信息时，延迟加载用户关联的订单信息。

类型处理器

类型处理器用于将数据库类型转换为Java类型。例如，可以将数据库中的字符串类型转换为Java中的String类型。

拦截器链

拦截器链用于拦截SQL执行过程，如参数处理、结果处理等。拦截器链可以自定义拦截器，并配置到MyBatis配置文件中。

方言支持

方言支持允许MyBatis根据数据库类型使用不同的SQL语句。例如，可以使用MySQL方言或Oracle方言。

通过以上对并发编程和MyBatis知识体系的详细描述，我们可以了解到这两个领域的核心概念、技术要点和应用场景。在实际开发中，合理运用这些知识可以提高程序的并发性能和数据库操作效率。

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