并发编程知识体系-CSDN博客

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📘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

并发编程是现代计算机科学中一个至关重要的领域，它涉及到如何在多个任务之间分配处理器资源，以及如何确保这些任务能够正确、高效地执行。以下是对并发编程知识体系的详细解析，旨在提供专业且通俗易懂的描述。

线程基础

线程是并发编程中最基本的执行单元。在操作系统中，线程通常由进程中的一个或多个执行流组成，它具有独立的堆栈空间、程序计数器和一组寄存器。

线程生命周期：线程从创建（New）、就绪（Runnable）、运行（Running）、阻塞（Blocked）、等待（Waiting）、超时等待（Timed Waiting）和终止（Terminated）等状态的变化过程。线程状态的变化受到线程调度策略、锁和同步机制的影响。
- 创建：通过创建线程类实例或使用线程池工厂方法创建线程。
- 就绪：线程被创建后，等待CPU调度执行。
- 运行：线程获得CPU时间，开始执行任务。
- 阻塞：线程由于等待某些资源（如锁）而无法继续执行。
- 等待：线程在特定条件下（如等待某个对象的通知）暂停执行。
- 超时等待：线程在特定时间内等待某个条件成立，超时后继续执行。
- 终止：线程执行完毕或被显式终止。
线程优先级：线程优先级决定了线程在资源分配时的优先顺序，由操作系统的调度器负责。线程优先级通常分为几个等级，如最高、高、中、低、最低等。
守护线程：守护线程是服务其他线程的线程，当没有非守护线程在运行时，程序将退出。在Java中，可以通过设置线程的setDaemon(true)方法将线程转换为守护线程。
线程池：线程池是一组预先创建的线程，用于执行多个任务。线程池可以有效地管理线程资源，避免频繁创建和销毁线程的开销。
- 核心线程数：线程池中的核心线程数，即使没有任务执行，这些线程也会一直存活。
- 最大线程数：线程池可以创建的最大线程数。
- 存活时间：非核心线程的存活时间，超过这个时间未被使用的线程将被回收。
- 工作队列类型：工作队列存储等待执行的任务，常见的有数组队列、链表队列、阻塞队列等。
- 同步机制：线程池内部使用同步机制来保证线程安全，如使用锁、信号量等。
- 拒绝策略：当线程池达到最大线程数时，如何处理新提交的任务，常见的拒绝策略有AbortPolicy、CallerRunsPolicy等。

核心参数配置与拒绝策略

线程池的核心参数配置决定了线程池的性能和稳定性。

工作队列类型：工作队列存储等待执行的任务，常见的有数组队列、链表队列、阻塞队列等。
- 数组队列：基于数组实现，优点是空间效率高，缺点是插入和删除操作需要移动数组元素。
- 链表队列：基于链表实现，优点是插入和删除操作效率高，缺点是空间效率低。
- 阻塞队列：基于链表实现，支持生产者-消费者模型，可以有效地处理并发问题。
同步机制：线程池内部使用同步机制来保证线程安全，如使用锁、信号量等。
- 锁：使用锁来保护共享资源，防止多个线程同时访问同一资源。
- 信号量：用于控制多个线程对共享资源的访问，如使用信号量实现生产者-消费者模型。
拒绝策略：当线程池达到最大线程数时，如何处理新提交的任务，常见的拒绝策略有AbortPolicy、CallerRunsPolicy等。
- AbortPolicy：直接抛出RejectedExecutionException异常，阻止任务执行。
- CallerRunsPolicy：将任务回退给调用者线程执行。
- DiscardPolicy：直接丢弃任务，不执行任何操作。
- DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最早的未执行任务，执行当前任务。

同步机制

同步机制是确保并发编程中数据一致性和线程安全的关键。

悲观锁/乐观锁：悲观锁假设并发冲突一定会发生，因此总是加锁；乐观锁则假设并发冲突很少发生，通过版本号或时间戳来检测冲突。
- 悲观锁：使用synchronized关键字或ReentrantLock实现锁机制，确保在同一时刻只有一个线程可以访问共享资源。
- 乐观锁：使用乐观锁可以减少锁的竞争，提高系统并发性能，但需要处理冲突。
读写锁：读写锁允许多个线程同时读取数据，但写入数据时需要独占锁。
- 读写锁：使用读写锁可以实现读写操作的分离，提高并发性能。
- ReentrantReadWriteLock：Java中的读写锁实现，支持公平性和非公平性。
条件变量：条件变量允许线程在某些条件下等待，直到其他线程发出通知。
- Condition：Java中的条件变量实现，用于线程间的通信。
- await()：线程在条件变量上等待，直到其他线程调用signal()或signalAll()方法。

并发集合

并发集合是专门为并发环境设计的集合类，以下是一些常用的并发集合。

ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap实现，支持高并发访问。
- Segment：ConcurrentHashMap内部使用Segment来保证线程安全，每个Segment包含一个HashEntry数组。
- HashEntry：Segment内部的元素，包含键值对和链表头指针。
- SegmentMap：Segment内部使用SegmentMap来存储Segment的索引，提高查找效率。
CopyOnWrite容器：在写入操作时复制整个容器，适用于读多写少的场景。
- CopyOnWriteArrayList：线程安全的动态数组实现，适用于读多写少的场景。
- CopyOnWriteArraySet：线程安全的动态集合实现，适用于读多写少的场景。
BlockingQueue：线程安全的队列，支持生产者-消费者模型。
- ArrayBlockingQueue：基于数组实现，支持阻塞操作。
- LinkedBlockingQueue：基于链表实现，支持阻塞操作。
- PriorityBlockingQueue：基于优先级队列实现，支持阻塞操作。

并发工具类

以下是一些常用的并发工具类。

Phaser：用于协调多个线程的执行，类似于CyclicBarrier和CountDownLatch。
- Phase：Phaser包含多个阶段，线程需要依次通过每个阶段。
- arriveAndDeregister：线程到达阶段并取消注册。
- arriveAndAwaitAdvance：线程到达阶段并等待其他线程通过阶段。
Exchanger：允许两个线程交换数据。
- exchange：两个线程通过Exchanger交换数据。
FutureTask：异步执行任务的类，可以获取执行结果。
- run：执行异步任务。
- get：获取异步任务的执行结果。

非阻塞算法

非阻塞算法是避免线程阻塞的一种方法。

CAS原理：Compare-And-Swap，用于实现无锁编程。
- compareAndSet：比较并交换操作，用于实现无锁编程。
- volatile关键字：确保变量的可见性和有序性。
Atomic类：提供原子操作的类，如AtomicInteger、AtomicLong等。
- AtomicInteger：线程安全的整型变量。
- AtomicLong：线程安全的长整型变量。
无锁队列：线程安全的无锁队列实现。
- CAS操作：使用CAS操作实现无锁队列的插入和删除操作。

并发框架

以下是一些流行的并发框架。

Netty线程模型：Netty使用主从多线程模型，提高了网络应用程序的性能。
- 主线程：负责处理连接、读写事件。
- 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，用于构建高并发、高可用性的分布式系统。
- Actor：Actor是一个独立的、并发执行的任务单元，具有自己的状态和行为。
- Actor系统：由多个Actor组成，通过消息传递进行通信。
Disruptor环形缓冲区：用于高性能的并发编程，特别适合处理高并发场景。
- 环形缓冲区：环形缓冲区是一种高效的缓存结构，可以有效地处理并发访问。
- 环形缓冲区生产者-消费者模型：使用环形缓冲区实现生产者-消费者模型，提高并发性能。

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知识体系的详细解析。

SQL映射

MyBatis中的SQL映射是指将Java对象的属性映射到SQL语句中的列。

注解映射：使用注解来定义SQL映射，如@Select、@Insert等。
- @Select：定义查询SQL。
- @Insert：定义插入SQL。
- @Update：定义更新SQL。
- @Delete：定义删除SQL。
结果集映射：将查询结果映射到Java对象，如使用@Results、@Result等。
- @Results：定义结果集映射规则。
- @Result：定义单个列的映射规则。
关联查询：通过@OneToOne、@OneToMany等注解实现多表关联。
- @OneToOne：定义一对一关联。
- @OneToMany：定义一对多关联。

动态SQL

动态SQL允许根据条件动态构建SQL语句。

OGNL表达式：使用OGNL表达式来动态构建SQL语句。
- OGNL：Object-Graph Navigation Language，用于访问对象的属性和集合。
分支语句：使用、等标签实现条件分支。
- ：根据条件执行SQL片段。
- ：类似于if-else语句，根据条件执行不同的SQL片段。
批量操作：使用标签实现批量插入、更新或删除操作。
- ：循环遍历集合，为每个元素执行SQL片段。

缓存机制

MyBatis提供了一级缓存和二级缓存机制。

一级缓存：本地缓存，每个SqlSession都有自己的缓存。
- Cache：MyBatis中的缓存接口，用于管理缓存。
- LocalCache：MyBatis中实现的一级缓存。
二级缓存：全局缓存，多个SqlSession共享缓存。
- Cache：MyBatis中的缓存接口，用于管理缓存。
- CacheFactory：MyBatis中实现二级缓存的工厂类。
自定义缓存：通过实现Cache接口自定义缓存。
- Cache：MyBatis中的缓存接口，用于管理缓存。
- CacheAdapter：MyBatis中实现自定义缓存的适配器。

代理模式

MyBatis使用代理模式来封装数据库操作。

MapperProxy：MyBatis的Mapper接口的代理实现。
- MapperProxy：MyBatis中实现Mapper接口的代理类。
- InvocationHandler：MyBatis中实现代理逻辑的处理器。
插件：通过实现Interceptor接口自定义插件，拦截SQL执行过程。
- Interceptor：MyBatis中的拦截器接口，用于拦截SQL执行过程。
- Plugin：MyBatis中实现插件的工厂类。

执行流程

MyBatis的执行流程包括以下几个步骤。

创建SqlSession：SqlSession是MyBatis的入口。
- SqlSessionFactoryBuilder：MyBatis中构建SqlSessionFactory的工厂类。
- SqlSessionFactory：MyBatis中负责创建SqlSession的工厂类。
- SqlSession：MyBatis中负责执行数据库操作的会话对象。
执行查询：通过Mapper接口执行查询。
- Mapper：MyBatis中定义数据库操作的接口。
- MapperProxy：MyBatis中实现Mapper接口的代理类。
- SqlSession：通过SqlSession执行数据库操作。
处理结果：将查询结果映射到Java对象。
- ResultHandler：MyBatis中处理查询结果的处理器。
- ResultMap：MyBatis中定义结果映射规则的映射文件。

执行器类型

MyBatis提供了多种执行器类型，如SimpleExecutor、ReuseExecutor、BatchExecutor等。

SimpleExecutor：简单执行器，适用于单条SQL语句的执行。
- Executor：MyBatis中执行器接口，用于执行数据库操作。
- SimpleExecutor：MyBatis中实现简单执行器的类。
ReuseExecutor：重用执行器，适用于批量SQL语句的执行。
- Executor：MyBatis中执行器接口，用于执行数据库操作。
- ReuseExecutor：MyBatis中实现重用执行器的类。
BatchExecutor：批量执行器，适用于批量SQL语句的执行。
- Executor：MyBatis中执行器接口，用于执行数据库操作。
- BatchExecutor：MyBatis中实现批量执行器的类。

延迟加载

MyBatis支持延迟加载，即在需要时才加载关联对象。

延迟加载策略：MyBatis提供了两种延迟加载策略，分别是按需加载和按需加载+代理。
- 按需加载：在需要访问关联对象时，才加载关联对象。
- 按需加载+代理：使用代理对象代替关联对象，在需要访问关联对象时，才加载关联对象。
懒加载：MyBatis使用懒加载机制来延迟加载关联对象。
- 懒加载：在需要访问关联对象时，才加载关联对象。

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。

类型处理器：MyBatis中的类型处理器用于将Java对象属性映射到数据库中的列。
- TypeHandler：MyBatis中的类型处理器接口，用于处理类型转换。
- BaseTypeHandler：MyBatis中实现基本类型转换的类。
拦截器链：MyBatis中的拦截器链用于拦截数据库操作的过程。
- Interceptor：MyBatis中的拦截器接口，用于拦截数据库操作的过程。
- Plugin：MyBatis中实现插件的工厂类。
方言支持：MyBatis中的方言支持用于处理不同数据库的SQL语句。
- Dialect：MyBatis中的方言接口，用于处理不同数据库的SQL语句。
- MySQLDialect：MyBatis中实现MySQL方言的类。
- OracleDialect：MyBatis中实现Oracle方言的类。

通过以上对并发编程和MyBatis知识体系的详细解析，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提供了执行多任务的能力，而MyBatis则利用并发编程技术实现了高效的数据库操作。这种相互促进的关系使得MyBatis成为了一个强大的持久层框架。

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