并发编程与MyBatis核心解析

📕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

线程基础

在并发编程中，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。线程具有独立的堆栈空间、程序计数器、寄存器等，但共享进程的地址空间、文件描述符、信号处理等资源。这种设计允许多个线程在同一个进程中并发执行，从而提高程序的执行效率。

线程生命周期

线程生命周期包括以下几个阶段：

1. 新建（New）：线程对象创建后处于新建状态，此时线程尚未启动，不占用系统资源。

2. 可运行（Runnable）：线程创建后进入可运行状态，等待被调度执行。此时线程已经准备好了执行条件，但可能由于资源不足或其他线程的优先级高于当前线程而无法立即执行。

3. 运行（Running）：线程被调度执行，执行线程体中的代码。此时线程正在使用CPU资源执行任务。

4. 阻塞（Blocked）：线程在等待某个资源或事件时处于阻塞状态。例如，线程等待锁、等待I/O操作完成等。

5. 终止（Terminated）：线程执行完毕或被终止，进入终止状态。此时线程已释放所有资源，无法再次被调度执行。

线程优先级

线程优先级表示线程执行的重要程度，操作系统根据线程优先级调度线程。线程优先级分为以下几种：

1. 最小优先级（MIN_PRIORITY）：线程优先级最低，通常用于后台线程。

2. 普通优先级（NORM_PRIORITY）：线程优先级中等，通常用于前台线程。

3. 最大优先级（MAX_PRIORITY）：线程优先级最高，通常用于需要紧急处理的线程。

守护线程

守护线程是一种特殊的线程，它不会阻塞程序运行。当守护线程结束时，程序也会随之结束。创建守护线程的方法是在创建线程时，将线程设置为守护线程。例如，Java虚拟机的垃圾回收线程就是一个守护线程。

线程池

线程池是一种管理线程的方法，它允许应用程序重用一组线程，而不是每次执行任务时都创建新的线程。线程池具有以下核心参数：

1. 核心线程数：线程池中最小保持的线程数，即使没有任务执行，这些线程也会一直存在。

2. 最大线程数：线程池中最大可保留的线程数，当任务数量超过核心线程数时，会创建新的线程。

3. 队列容量：任务队列的最大容量，超过队列容量的任务将被拒绝。

4. 非核心线程空闲存活时间：非核心线程空闲的时间，超过这个时间，线程将被回收。

拒绝策略

当线程池中线程数量达到最大值，且队列已满时，线程池会采取拒绝策略，拒绝新任务的执行。常见的拒绝策略有：

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

2. CallerRunsPolicy：由调用者线程处理该任务，避免任务丢失。

3. DiscardPolicy：不处理该任务，直接丢弃。

4. DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最老的任务，执行当前任务。

工作队列类型

线程池的工作队列有以下几种类型：

1. ArrayBlockingQueue：基于数组的工作队列，具有固定容量。

2. LinkedBlockingQueue：基于链表的工作队列，具有可扩容特性。

3. PriorityBlockingQueue：基于优先级的工作队列，按照元素优先级排序。

4. SynchronousQueue：同步队列，不存储任务，生产者线程等待消费者线程消费任务。

同步机制

同步机制用于保证多线程环境下对共享资源的访问互斥。常见的同步机制有：

1. 悲观锁：假设并发操作会破坏数据的一致性，因此在操作共享资源前，先对资源加锁，确保操作期间资源不会被其他线程访问。例如，Java中的synchronized关键字。

2. 乐观锁：假设并发操作不会破坏数据的一致性，因此不使用锁，而是通过版本号或时间戳等机制保证数据的一致性。例如，Java中的乐观锁算法。

3. 读写锁：允许多个线程同时读取共享资源，但只允许一个线程写入共享资源。例如，Java中的ReentrantReadWriteLock。

4. 条件变量：线程在等待某个条件成立时，会挂起执行，当条件成立时，线程会被唤醒。例如，Java中的Condition。

并发集合

Java并发集合用于存储并发环境下共享的数据。常见的并发集合有：

1. ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap，适用于高并发场景。它采用分段锁技术，将数据分为多个段，每个段使用一个锁进行保护。

2. CopyOnWriteArrayList：线程安全的List，适用于读多写少的场景。它采用写时复制策略，在修改操作时，复制整个底层数组，然后修改复制的数组。

3. CopyOnWriteArraySet：线程安全的Set，适用于读多写少的场景。它同样采用写时复制策略。

并发工具类

以下是一些常用的并发工具类：

1. Phaser：用于协调多个线程的执行，支持线程的到达和同步。例如，在分布式系统中，Phaser可以用于协调多个节点的启动和关闭。

2. Exchanger：用于线程间交换数据。例如，在多线程生产者-消费者模型中，Exchanger可以用于交换生产者和消费者之间的数据。

3. FutureTask：用于异步计算，返回计算结果。例如，在Web应用中，FutureTask可以用于异步处理用户请求。

4. 非阻塞算法：如CompareAndSwap（CAS）算法，用于无锁编程。例如，Java中的Atomic类就是基于CAS算法实现的。

CAS原理

CAS（Compare-And-Swap）是一种无锁算法，用于实现线程间的原子操作。CAS包含三个操作数：内存位置V、预期值A和新值B。当内存位置V的值与预期值A相同时，将内存位置V的值修改为新值B，否则不做任何操作。

Atomic类

Atomic类提供了一系列原子操作，如AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference等。这些类可以保证对共享变量的读写操作是原子的。例如，AtomicInteger的compareAndSet方法可以保证在更新操作时的原子性。

无锁队列

无锁队列是一种线程安全的队列，它通过CAS算法保证线程安全，适用于高并发场景。例如，Java中的ConcurrentLinkedQueue就是基于CAS算法实现的。

并发框架

以下是一些常用的并发框架：

1. Netty：高性能的NIO框架，用于构建网络应用。它基于事件驱动模型，具有异步、非阻塞的特点。

2. Akka：基于Actor模型的并发框架，适用于构建分布式应用。Actor模型将并发编程简化为消息传递，具有良好的伸缩性和容错性。

3. Disruptor：环形缓冲区框架，用于处理高并发场景。它采用环形缓冲区和生产者-消费者模型，具有低延迟、高吞吐量的特点。

二、MyBatis知识体系

SQL映射

MyBatis通过XML或注解的方式，将Java对象与数据库表进行映射。SQL映射包括以下内容：

1. 注解映射：使用@Select、@Insert、@Update、@Delete等注解，定义SQL语句。例如，@Select("SELECT * FROM user WHERE id = #{id}")表示查询用户表中id为指定值的记录。

2. 结果集映射：将数据库表字段映射到Java对象的属性。例如，@Results({@Result(column="id", property="id"), @Result(column="name", property="name")})表示将user表中的id和name字段分别映射到User对象的id和name属性。

3. 关联查询：通过@One、@Many等注解，实现多表关联查询。例如，@One(targetClass=Address.class)表示在User对象中关联一个Address对象。

动态SQL

MyBatis支持动态SQL，可以根据条件动态生成SQL语句。动态SQL包括以下内容：

1. OGNL表达式：用于动态获取属性值。例如，#{name}表示获取User对象的name属性值。

2. 分支语句：根据条件执行不同的SQL语句。例如， ... 表示当age属性值大于18时，执行分支语句中的内容。

3. 批量操作：一次性执行多条SQL语句。例如， ... 表示遍历list集合，将每个元素插入到数据库中。

缓存机制

MyBatis提供一级缓存和二级缓存机制，用于提高查询效率。一级缓存是本地缓存，二级缓存是分布式缓存。

1. 一级缓存：在同一个SqlSession中，对同一个SQL语句的查询结果进行缓存。当再次执行相同的SQL语句时，可以直接从缓存中获取结果，避免重复查询数据库。

2. 二级缓存：在同一个namespace中，对同一个SQL语句的查询结果进行缓存。二级缓存可以跨SqlSession共享，适用于分布式系统。

自定义缓存

MyBatis允许自定义缓存，通过实现Cache接口，定义缓存策略。例如，可以实现一个基于Redis的缓存策略，将查询结果缓存到Redis中。

代理模式

MyBatis使用代理模式实现Mapper接口，将Mapper接口的调用转换为SQL语句的执行。代理模式可以降低代码耦合度，提高代码的可维护性。

MapperProxy

MapperProxy是MyBatis内部使用的代理类，用于实现Mapper接口。它通过反射机制动态生成代理对象，并将接口方法调用转换为SQL语句执行。

插件拦截

MyBatis提供插件机制，允许拦截SQL执行过程，如查询、更新、插入等。插件可以用于实现日志记录、性能监控等功能。

动态代理执行流程

MyBatis使用动态代理技术实现Mapper接口，执行流程如下：

1. 创建Mapper接口的代理对象。

2. 调用代理对象的接口方法。

3. MyBatis根据接口方法，生成对应的SQL语句。

4. 执行SQL语句，获取查询结果。

SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心对象，它管理数据库连接、事务等。SqlSession的生命周期包括以下几个阶段：

1. 创建SqlSession。

2. 使用SqlSession执行数据库操作。

3. 关闭SqlSession。

执行器类型

MyBatis提供多种执行器类型，如SimpleExecutor、ReuseExecutor、BatchExecutor等，用于优化SQL执行。

延迟加载

MyBatis支持延迟加载，在查询结果时，只有当需要使用到关联对象时，才会加载关联对象。例如，在查询用户信息时，只有当需要使用到用户地址信息时，才会加载用户地址信息。

扩展机制

MyBatis提供扩展机制，允许自定义类型处理器、拦截器链、方言等。

类型处理器

类型处理器用于将数据库中的数据类型转换为Java对象的数据类型。例如，将数据库中的int类型转换为Java中的Integer类型。

拦截器链

拦截器链用于拦截SQL执行过程，如查询、更新、插入等。拦截器可以用于实现日志记录、性能监控等功能。

方言支持

MyBatis支持多种数据库方言，如MySQL、Oracle、SQL Server等。方言可以用于实现数据库特定的功能。

通过以上对并发编程和MyBatis知识体系的详细描述，我们可以看到两者之间的紧密联系。并发编程为MyBatis提供了执行SQL语句的底层支持，而MyBatis则通过SQL映射、动态SQL、缓存机制等，实现了高效、灵活的数据库访问。在实际开发中，结合并发编程和MyBatis，可以构建高性能、可扩展的Java应用。

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