Java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

1. 线程基础

线程是程序执行的最小单位，它是操作系统能够进行运算调度的基本单位。线程的基础实现涉及操作系统的调度算法，例如时间片轮转、优先级调度等。线程生命周期包括创建、就绪、运行、阻塞、终止等状态，这些状态之间的转换受到线程调度策略和线程行为的影响。

• 线程生命周期：在Java中，线程的创建通常通过Thread类或Runnable接口实现。线程的创建后进入就绪状态，等待CPU时间片。运行状态表示线程正在执行任务，阻塞状态可能由于I/O操作、等待锁等导致，而终止状态则表示线程执行完毕或被异常终止。

• 线程优先级：Java中线程优先级分为1到10共10个等级，优先级高的线程更有可能获得CPU时间片。优先级调度算法通常与线程的执行时间、系统负载等因素相关。

• 守护线程：守护线程（Daemon Thread）是一种特殊的线程，当所有非守护线程执行完毕后，程序将自动退出。守护线程通常用于执行后台任务，如垃圾回收。

• 线程池：线程池通过复用一定数量的线程来执行任务，减少了线程创建和销毁的开销。线程池的核心参数配置包括核心线程数、最大线程数、队列类型和拒绝策略等。

2. 核心参数配置

线程池的核心参数配置对线程池的性能和稳定性至关重要。

• 核心线程数：核心线程数决定了线程池在空闲时保持的线程数量，它应与系统的CPU核心数相匹配，以充分利用系统资源。

• 最大线程数：最大线程数限制了线程池能创建的最大线程数，它应考虑系统的资源限制和任务执行的特点。

• 队列类型：工作队列用于存放等待执行的任务，常见的队列类型包括阻塞队列和非阻塞队列。阻塞队列在任务数量超过线程数时，会阻塞任务提交，而非阻塞队列则允许任务在队列满时直接被拒绝。

• 拒绝策略：拒绝策略定义了当线程池无法处理新提交的任务时的行为，常见的策略包括AbortPolicy（抛出异常）、CallerRunsPolicy（调用者运行）、DiscardPolicy（丢弃任务）和DiscardOldestPolicy（丢弃最旧任务）。

3. 同步机制

同步机制确保多个线程在访问共享资源时不会产生冲突。

• 悲观锁：悲观锁假定数据在任一时刻都可能被修改，因此在操作数据前必须加锁。Java中的synchronized关键字和ReentrantLock类提供了悲观锁的实现。

• 乐观锁：乐观锁假定数据在任一时刻可能不会被修改，因此在操作数据时不加锁，而是在更新数据时通过版本号或其他机制检查数据是否被修改。

• 读写锁：读写锁允许多个线程同时读取数据，但在写数据时，需要独占访问。Java中的ReentrantReadWriteLock类提供了读写锁的实现。

4. 并发集合

并发集合是为并发环境设计的集合类，能够支持多线程并发访问。

• ConcurrentHashMap：ConcurrentHashMap是线程安全的HashMap，它通过分段锁（Segment Locking）技术实现了高并发性能。每个段包含一个小的锁，多个段可以并行访问，从而提高了并发处理能力。

• CopyOnWrite容器：CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet等容器在数据被修改时，会创建一个数据的副本，避免多个线程同时修改同一份数据，适用于读多写少的场景。

5. 并发工具类

并发工具类提供了多种用于线程同步和并发控制的工具。

• Phaser：Phaser是一个灵活的线程同步工具，它允许线程在某个点等待其他线程，并支持动态增加参与者。

• Exchanger：Exchanger允许两个线程在某个点交换数据，适用于需要线程间数据交换的场景。

• FutureTask：FutureTask是一个可以异步执行任务的类，它提供了get()方法来获取执行结果。

6. 非阻塞算法

非阻塞算法通过无锁编程技术实现线程之间的同步。

• CAS（Compare-And-Swap）：CAS操作通过原子地比较和交换内存位置的值来实现无锁同步。

• Atomic类：AtomicInteger、AtomicLong等类提供了原子操作，如原子增加、比较和交换等。

• 无锁队列：无锁队列通过CAS操作和循环链表等数据结构实现线程安全，适用于高并发场景。

7. 并发框架

并发框架提供了高级的并发编程抽象和工具。

• Netty线程模型：Netty采用主从多线程模型，主线程负责处理连接和读写事件，从线程负责业务逻辑处理，提高了并发性能。

• Akka Actor模型：Akka基于Actor模型，将并发编程抽象为消息传递，支持高并发、高可用、高容错。

• Disruptor环形缓冲区：Disruptor使用环形缓冲区来存储数据，通过CAS操作实现生产者-消费者模型，提供了高性能的并发队列。

二、MyBatis知识体系

1. SQL映射

SQL映射是MyBatis的核心功能之一，它将Java对象与数据库表之间的映射关系进行定义。

• 注解映射：MyBatis支持使用注解来定义SQL映射，如@Select、@Insert等，简化了映射过程。

• 结果集映射：MyBatis通过ResultMap定义了Java对象与数据库表列之间的映射关系，支持自定义结果集处理。

• 关联查询：MyBatis支持一对一、一对多、多对多等关联查询，通过嵌套查询或联合查询实现。

2. 动态SQL

动态SQL允许根据条件动态生成SQL语句。

• OGNL表达式：OGNL（Object-Graph Navigation Language）是一种表达式语言，用于动态生成SQL语句。

• 分支语句：MyBatis支持使用<if>、<choose>等标签实现条件分支的SQL语句。

• 批量操作：MyBatis支持使用<foreach>标签实现批量插入或更新操作。

3. 缓存机制

MyBatis提供了缓存机制，提高查询性能。

• 一级缓存：SqlSession级别的缓存，存储最近执行的SQL语句及其结果。

• 二级缓存：全局缓存，存储相同命名空间下的相同SQL语句及其结果。

• 自定义缓存：MyBatis支持自定义缓存实现，如Ehcache、Redis等。

4. 代理模式

MyBatis使用代理模式生成Mapper接口的代理实现。

• MapperProxy：MyBatis中的MapperProxy实现了InvocationHandler接口，用于生成动态代理。

• 插件拦截：MyBatis插件可以拦截MyBatis的执行流程，实现自定义功能。

• 动态代理：通过Java的反射机制动态创建代理对象。

5. 执行流程

MyBatis的执行流程包括SqlSession的生命周期、执行器类型和延迟加载等。

• SqlSession生命周期：SqlSession的创建、使用和关闭涉及数据库连接的管理。

• 执行器类型：MyBatis提供了多种执行器类型，如SimpleExecutor、ReuseExecutor等，影响SQL执行的性能。

• 延迟加载：MyBatis支持延迟加载，即在需要时才加载对象，提高性能。

6. 扩展机制

MyBatis提供了扩展机制，允许开发者自定义功能。

• 类型处理器：MyBatis的类型处理器负责处理Java类型与数据库类型之间的转换。

• 拦截器链：MyBatis的拦截器链可以拦截MyBatis的执行流程，实现自定义功能。

• 方言支持：MyBatis支持不同数据库的SQL语法，通过方言实现。

总结：

并发编程和MyBatis是Java开发中重要的知识点，掌握这些知识可以帮助我们写出高性能、高可用的代码。在并发编程中，我们需要深入理解线程基础、同步机制、并发集合、并发工具类等技术的实现细节；在MyBatis中，我们需要掌握SQL映射、动态SQL、缓存机制、代理模式、执行流程、扩展机制等技术的实现细节。通过学习这些知识点，我们可以更好地应对实际开发中的挑战。

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