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)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。

Java程序员廖志伟

🌾阅读前,快速浏览目录和章节概览可帮助了解文章结构、内容和作者的重点。了解自己希望从中获得什么样的知识或经验是非常重要的。建议在阅读时做笔记、思考问题、自我提问,以加深理解和吸收知识。阅读结束后,反思和总结所学内容,并尝试应用到现实中,有助于深化理解和应用知识。与朋友或同事分享所读内容,讨论细节并获得反馈,也有助于加深对知识的理解和吸收。💡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。

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一、并发编程知识体系

在计算机科学中,并发编程是一种让多个线程同时执行任务的技术,它可以显著提高程序的执行效率。以下是对并发编程知识体系的详细解析,旨在帮助读者深入理解并发的核心概念。

线程基础

线程是并发编程的基本单位,它是操作系统能够进行运算调度的最小单位。线程具有以下特点:

  • 线程生命周期:线程从创建(Thread creation)、就绪(Runnable)、运行(Running)、阻塞(Blocked)、等待(Waiting)、超时(Timed Waiting)和终止(Terminated)等状态进行转换。线程的创建通常通过调用Thread类的构造函数实现,而线程的终止可以通过调用线程的stop()方法(不推荐使用,可能导致数据不一致)或者等待线程自然结束。

  • 线程优先级:线程优先级决定了线程在资源竞争时的优先级,操作系统根据优先级分配CPU时间。线程优先级在Java中通过Thread类中的getPriority()和setPriority()方法进行设置,常见的优先级有MIN_PRIORITY、NORM_PRIORITY、MAX_PRIORITY等。

  • 守护线程:守护线程是服务线程,它不会阻止程序终止。在Java中,可以通过调用Thread类的setDaemon(true)方法将线程设置为守护线程。当所有的非守护线程结束时,程序将自动退出。

  • 线程池:线程池是一组线程的集合,用于复用线程,提高程序性能。线程池的创建可以使用Executors工厂类来实现,例如Executors.newFixedThreadPool(int nThreads)创建一个固定大小的线程池。

核心参数配置

线程池的核心参数配置包括:

  • 核心线程数:线程池中最小的线程数,当线程池中的线程数小于核心线程数时,会创建新的线程来处理任务。

  • 最大线程数:线程池中最大的线程数,当任务数量超过核心线程数时,线程池会创建新的线程来处理任务,直到达到最大线程数。

  • 存活时间:线程空闲时,线程池会等待多久时间后回收空闲线程。存活时间可以通过设置Thread类的keepAliveTime(long time, TimeUnit unit)方法来配置。

  • 队列类型:工作队列用于存放等待执行的任务,常见的队列类型有LinkedBlockingQueue(链表实现的阻塞队列)、ArrayBlockingQueue(数组实现的阻塞队列)等。

拒绝策略

当线程池中的线程数量达到最大值,且工作队列已满时,线程池会采用拒绝策略来处理新提交的任务,常见的拒绝策略有:

  • AbortPolicy:抛出RejectedExecutionException异常,这是默认的拒绝策略。

  • CallerRunsPolicy:由调用者线程处理该任务。

  • DiscardPolicy:不处理,直接丢弃任务。

  • DiscardOldestPolicy:丢弃队列中最旧的任务。

同步机制

同步机制是保证线程安全的重要手段,包括:

  • 悲观锁:假设并发操作会相互干扰,因此对数据加锁,直到操作完成。在Java中,可以使用synchronized关键字或者ReentrantLock等锁来实现悲观锁。

  • 乐观锁:假设并发操作不会相互干扰,通过版本号或时间戳来检测冲突。乐观锁的实现通常依赖于原子操作或者轻量级的锁,如AtomicInteger等。

  • 读写锁:允许多个线程同时读取数据,但只有一个线程可以写入数据。读写锁在Java中可以通过ReadWriteLock接口实现。

  • 条件变量:允许线程在某些条件下等待,直到条件满足后继续执行。条件变量在Java中通过Condition接口实现。

并发集合

并发集合是线程安全的集合类,包括:

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

  • CopyOnWrite容器:在写操作时复制整个容器,读操作时访问原容器。这种策略适用于读多写少的场景。

BlockingQueue

BlockingQueue是线程安全的队列,包括:

  • ArrayBlockingQueue:基于数组的阻塞队列,有固定的大小限制。

  • LinkedBlockingQueue:基于链表的阻塞队列,有可调整的容量限制。

并发工具类

并发工具类包括:

  • Phaser:用于控制线程的执行顺序,特别是在需要多个线程按顺序执行的场景。

  • Exchanger:允许两个线程交换数据。

  • FutureTask:代表异步计算的结果,可以通过get()方法获取结果。

非阻塞算法

非阻塞算法包括:

  • CAS原理:比较并交换,用于实现无锁算法。

  • Atomic类:提供原子操作的类,如AtomicInteger、AtomicLong等。

  • 无锁队列:基于CAS原理实现的线程安全队列。

并发框架

并发框架包括:

  • Netty线程模型:基于NIO的异步事件驱动的网络应用框架,使用主从多线程模型。

  • Akka Actor模型:基于Actor模型的并发框架,用于构建高并发、高可用、高可靠的应用。

  • Disruptor环形缓冲区:高性能的并发队列,用于处理高并发场景。

二、MyBatis知识体系

MyBatis是一个优秀的持久层框架,它对JDBC操作数据库的过程进行了封装,简化了数据库操作。以下是对MyBatis知识体系的详细解析。

SQL映射

MyBatis使用XML或注解来定义SQL映射,包括:

  • 注解映射:使用@Select、@Insert、@Update、@Delete等注解来定义SQL映射。这些注解可以标注在接口方法或者Mapper接口的注解上。

  • 结果集映射:将查询结果映射到Java对象。MyBatis使用OGNL表达式来处理结果集映射。

  • 关联查询:通过一对一、一对多、多对多关系来关联查询。MyBatis支持级联查询和嵌套查询。

动态SQL

MyBatis支持动态SQL,包括:

  • OGNL表达式:用于动态构建SQL语句。OGNL是一种表达式语言,可以方便地构建复杂的条件表达式。

  • 分支语句:根据条件执行不同的SQL语句。MyBatis使用 、 、 、 等标签来实现条件分支。

  • 批量操作:支持批量插入、更新、删除操作。MyBatis使用 标签来实现批量操作。

缓存机制

MyBatis提供缓存机制,包括:

  • 一级缓存:本地缓存,每个SqlSession独立。一级缓存的作用域是SqlSession,当SqlSession关闭时,一级缓存也会被清空。

  • 二级缓存:全局缓存,跨SqlSession共享。二级缓存的作用域是SqlSessionFactory,可以通过配置文件或者注解来开启二级缓存。

  • 自定义缓存:自定义缓存实现,如Redis、Memcached等。MyBatis支持自定义缓存实现,通过实现Cache接口来定义自己的缓存策略。

代理模式

MyBatis使用代理模式实现动态代理,包括:

  • MapperProxy:MyBatis的动态代理实现。MapperProxy是一个内部类,它实现了InvocationHandler接口,用于拦截对Mapper接口方法的调用。

  • 插件:通过拦截器实现自定义功能。MyBatis允许通过插件来拦截SQL执行过程中的某些操作,如查询、更新等。

执行流程

MyBatis的执行流程包括:

  • SqlSession生命周期:SqlSession的创建、使用和关闭。SqlSession是MyBatis的核心对象,用于执行数据库操作。

  • 执行器类型:MyBatis提供多种执行器类型,如SimpleExecutor、ReuseExecutor等。SimpleExecutor每次执行查询时都会创建新的PreparedStatement,而ReuseExecutor会复用PreparedStatement。

  • 延迟加载:按需加载关联对象,提高性能。MyBatis支持延迟加载,通过@Lazy注解来实现。

扩展机制

MyBatis提供扩展机制,包括:

  • 类型处理器:处理Java类型和数据库类型之间的转换。MyBatis提供了大量的类型处理器来处理不同类型的转换。

  • 拦截器链:拦截SQL执行过程中的某些操作,如查询、更新等。MyBatis允许通过实现Interceptor接口来定义自己的拦截器。

  • 方言支持:支持多种数据库方言,如MySQL、Oracle等。MyBatis通过实现Dialect接口来支持不同的数据库方言。

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