并发编程与MyBatis核心解析

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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

并发编程是计算机科学中的一个重要领域，它涉及到如何有效地管理多个任务同时执行。以下是对并发编程知识体系的详细解析，旨在以通俗易懂的方式阐述复杂概念。

线程基础

线程是程序执行的最小单位，是操作系统能够进行运算调度的最小单位。在Java中，线程是程序的基本执行单元。

1. 线程生命周期：线程从创建、就绪、运行、阻塞、等待、超时终止到终止的整个过程。

   • 创建：通过new Thread()或Thread.currentThread()创建线程。线程的创建涉及到线程的栈空间和程序计数器等资源的分配。
   • 就绪：线程创建后，调用start()方法进入就绪状态。此时线程处于可运行状态，但还未被调度器选中。
   • 运行：线程获取到CPU资源开始执行。运行状态的线程会执行其任务，直到完成或被阻塞。
   • 阻塞：线程因为某些原因（如等待锁）无法执行，进入阻塞状态。阻塞状态包括对象等待锁、线程等待通知等。
   • 等待：线程处于wait()状态，等待其他线程的通知。线程调用wait()方法后，会释放其持有的所有监视器锁，并进入等待状态。
   • 超时终止：线程等待超时后，无法获得所需资源，自动进入终止状态。这通常发生在线程长时间等待锁时。
   • 终止：线程执行完毕或被其他线程强制终止。终止的线程将释放其所有资源，如线程栈、监视器锁等。

2. 线程优先级：线程优先级决定了线程在获取CPU资源时的优先程度，Java中通过Thread.setPriority()方法设置。线程优先级是一个相对的概念，不同操作系统和JVM的实现可能会有所不同。

3. 守护线程：守护线程是服务线程，当它不存在时，主线程也会结束。通常用于执行一些后台任务，如垃圾回收器。在Java中，可以使用setDaemon(true)方法将线程设置为守护线程。

4. 线程池：线程池是一种管理线程的方法，可以避免频繁创建和销毁线程的开销。核心参数配置包括：

   • 核心线程数：线程池的基本大小，在任务较多时可以保证有足够的线程处理。
   • 最大线程数：线程池允许的最大线程数量，用于处理突发的高并发任务。
   • 队列类型：工作队列的类型，如LinkedBlockingQueue或ArrayBlockingQueue，决定了任务队列的内存使用和性能。
   • 拒绝策略：当任务数量超过线程池处理能力时，如何处理新任务。常见的拒绝策略包括AbortPolicy、CallerRunsPolicy、DiscardPolicy和DiscardOldestPolicy。

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。拒绝策略是当任务数量超过线程池处理能力时，如何处理新任务。常见的拒绝策略包括：

• AbortPolicy：抛出RejectedExecutionException异常，要求调用者处理新任务。
• CallerRunsPolicy：调用任务的run()方法，将任务重新提交给调用线程执行。
• DiscardPolicy：不处理新任务，直接丢弃，适用于任务不重要的场景。
• DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最早的未处理任务，为新任务腾出空间。

工作队列类型

工作队列是线程池中用于存放待执行任务的队列。常见的队列类型包括：

• LinkedBlockingQueue：基于链表的阻塞队列，适用于生产者-消费者模型。它具有无界和有界两种模式，无界模式下队列大小仅受限于系统内存。
• ArrayBlockingQueue：基于数组的阻塞队列，适用于固定大小的线程池。它具有固定大小的队列，当队列满时，新任务将被拒绝。

同步机制

同步机制是确保多个线程正确访问共享资源的一种方法。常见的同步机制包括：

• 悲观锁/乐观锁：悲观锁假设并发访问会导致问题，因此在访问共享资源前先加锁；乐观锁则假设不会出现问题，在操作过程中检查是否有其他线程已经修改了数据。悲观锁通常使用synchronized关键字或ReentrantLock实现，而乐观锁可以使用Atomic类或CAS操作。
• 读写锁：读写锁允许多个线程同时读取资源，但只允许一个线程写入资源。在Java中，可以使用ReentrantReadWriteLock实现读写锁。
• 条件变量：条件变量允许线程在某个条件不满足时等待，直到条件满足时被唤醒。在Java中，可以使用Object类的wait()、notify()和notifyAll()方法实现条件变量。

并发集合

并发集合是为多线程环境设计的集合类，如ConcurrentHashMap。ConcurrentHashMap内部采用分段锁技术，提高并发性能。分段锁将数据分为多个段，每个段有自己的锁，从而允许多个线程并发访问不同的段。

CopyOnWrite容器

CopyOnWrite容器在写操作时复制整个容器，读操作直接在副本上进行，适用于读多写少的场景。在Java中，可以使用CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet实现CopyOnWrite容器。

BlockingQueue

BlockingQueue是一个线程安全的队列，支持生产者-消费者模型。常见的实现包括LinkedBlockingQueue和ArrayBlockingQueue。BlockingQueue提供了一系列阻塞操作，如put()、take()和offer()，用于实现生产者-消费者模型。

并发工具类

• Phaser：Phaser是一个可伸缩的同步工具，用于协调多个线程的执行。它类似于CyclicBarrier，但更灵活，可以动态地增加或减少参与者。
• Exchanger：Exchanger允许两个线程在某个点交换数据。在Java中，可以使用Exchanger实现双端队列等数据结构。
• FutureTask：FutureTask是Future接口的实现，用于异步执行任务。FutureTask可以用来获取异步任务的结果，或者取消任务。

非阻塞算法

非阻塞算法是一种不使用锁或同步机制来控制并发访问的算法。常见的非阻塞算法包括：

• CAS原理：Compare-And-Swap（比较并交换）是一种非阻塞算法，用于原子操作。在Java中，可以使用Atomic类实现CAS操作。
• Atomic类：Java提供了Atomic类，用于实现原子操作。例如，AtomicInteger可以原子地增加或减少整数值。
• 无锁队列：无锁队列是一种不使用锁的队列实现，适用于高并发场景。在Java中，可以使用ConcurrentLinkedQueue实现无锁队列。

并发框架

• Netty线程模型：Netty使用主从多线程模型，提高并发性能。主线程负责接收和处理连接，从线程负责读写操作。
• Akka Actor模型：Akka使用Actor模型，将并发编程简化为消息传递。每个Actor都是一个独立的线程，通过消息进行通信。
• Disruptor环形缓冲区：Disruptor使用环形缓冲区，提供高性能的并发队列。它使用环形缓冲区来存储数据，并通过无锁算法进行操作。

二、MyBatis知识体系

MyBatis是一个基于Java的持久层框架，它将数据库操作封装成简单的Java对象，简化了数据库编程。

SQL映射

MyBatis通过映射文件将SQL语句与Java对象关联。

1. 注解映射：使用注解如@Select、@Insert等定义SQL语句。这些注解可以简化SQL语句的定义，提高代码的可读性。
2. 结果集映射：将SQL查询结果映射到Java对象。MyBatis使用类型处理器来处理类型转换，如将数据库中的INT类型转换为Java中的Integer类型。
3. 关联查询：通过@OneToOne、@OneToMany等注解实现多表关联。这些注解可以简化关联查询的定义，提高代码的可读性。

动态SQL

MyBatis支持动态SQL，可以根据条件动态构建SQL语句。

1. OGNL表达式：使用OGNL表达式进行动态SQL构建。OGNL是一个强大的表达式语言，可以方便地访问对象的属性和执行运算。
2. 分支语句：使用<if>、<choose>等标签实现条件分支。这些标签可以根据条件动态地构建SQL语句的不同部分。
3. 批量操作：使用<foreach>标签实现批量操作。例如，可以批量插入或更新数据。

缓存机制

MyBatis提供一级缓存和二级缓存。

1. 一级缓存：会话级别的缓存，当会话结束时，缓存会被清空。一级缓存可以减少数据库的访问次数，提高性能。
2. 二级缓存：映射级别的缓存，可以被多个会话共享。二级缓存可以减少数据库的访问次数，提高性能，并支持跨会话的数据共享。

自定义缓存与代理模式

MyBatis支持自定义缓存，可以通过实现Cache接口来定义缓存策略。自定义缓存可以满足特定的缓存需求，如缓存不同类型的对象或使用不同的缓存实现。

代理模式用于封装数据库操作，简化数据库编程。MyBatis使用代理模式来实现数据库操作的封装，使得开发者可以更方便地使用MyBatis进行数据库操作。

MapperProxy插件与动态代理

MapperProxy是MyBatis的动态代理实现，用于封装数据库操作。插件可以拦截MapperProxy的执行过程，实现自定义功能，如日志记录、性能监控等。

SqlSession生命周期与执行器类型

SqlSession是MyBatis的会话对象，用于执行数据库操作。SqlSession的生命周期包括创建、使用和关闭。在创建SqlSession时，MyBatis会初始化数据库连接和事务管理器等资源。

执行器类型包括：

• 简单执行器：直接执行SQL语句。简单执行器适用于简单的数据库操作，但性能较低。
• 批处理执行器：批量执行SQL语句。批处理执行器可以提高数据库操作的效率，但需要消耗更多的内存。

延迟加载与扩展机制

MyBatis支持延迟加载，即在需要时才加载关联对象。延迟加载可以减少数据库的访问次数，提高性能。

扩展机制包括：

• 类型处理器：用于处理类型转换。类型处理器可以将数据库中的数据类型转换为Java中的数据类型。
• 拦截器链：拦截器链可以拦截数据库操作，实现自定义功能，如日志记录、性能监控等。
• 方言支持：MyBatis支持多种数据库方言，如MySQL、Oracle等。方言支持可以简化数据库操作，提高代码的可读性。

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存在着紧密的联系。并发编程为MyBatis提供了高效的执行环境，而MyBatis则为并发编程提供了便捷的数据库操作接口。在实际应用中，结合并发编程和MyBatis，可以构建高性能、可扩展的Java应用程序。

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