并发编程知识精讲-CSDN博客

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📕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）、《解密程序员的思维密码——沟通、演讲、思考的实践》作者、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

💡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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并发编程知识体系详解

一、线程基础

在并发编程中，线程是程序执行的最小单元，它们可以并行执行，提高了程序的执行效率。以下是线程基础的深入探讨：

1. 线程生命周期

线程的生命周期经历了从创建到销毁的多个阶段。具体来说，包括以下状态：

新建（New）：线程被创建后处于此状态，此时线程还没有分配系统资源，也无法开始执行。
就绪（Runnable）：线程已经准备好了，等待被调度执行。此时线程占用一定的系统资源，如CPU时间片。
运行（Running）：线程被调度执行，正在运行状态。CPU会根据线程的优先级和调度算法来决定哪个线程执行。
阻塞（Blocked）：线程由于等待某些资源（如锁、I/O等）而无法继续执行，进入阻塞状态。
等待（Waiting）：线程在等待某个特定条件成立，主动进入等待状态。例如，使用Object.wait()方法时，线程会进入等待状态。
超时等待（Timed Waiting）：线程在等待某个特定条件成立，但设置了一个超时时间，如果条件在超时时间内未成立，则线程会自动唤醒。
终止（Terminated）：线程完成执行或被终止，进入终止状态。

2. 线程优先级

线程优先级决定了线程被CPU调度的优先顺序。在Java中，线程优先级分为1到10级，其中1级最低，10级最高。高优先级的线程可以获得更多的CPU时间片，但线程优先级并不是绝对的，调度器仍可能根据实际情况进行调度。

3. 守护线程

守护线程是一种特殊类型的线程，当所有的非守护线程结束时，守护线程也会自动结束。通常用于执行一些辅助性的任务，如垃圾回收器、系统监控等。

4. 线程池

线程池是一组线程的集合，可以复用线程来执行任务，提高效率。线程池的主要优势包括：

提高响应速度：减少了创建和销毁线程的开销。
限制系统资源：限制系统中线程的数量，防止系统资源被过度消耗。
线程复用：减少了线程的创建和销毁，提高了系统性能。

线程池的核心参数配置包括：

核心线程数：线程池中最小数量的线程，即使没有任务提交，线程池也会保持这么多线程。
最大线程数：线程池中允许的最大线程数量，当任务数量超过最大线程数时，新提交的任务会等待或被拒绝。
存活时间：线程池中空闲线程的最大存活时间，超过此时间空闲的线程会被回收。

5. 拒绝策略

当线程池达到最大线程数时，如何处理新任务是一个重要问题。常见的拒绝策略有：

CallerRunsPolicy：调用者运行策略，将任务交给调用者线程执行。
AbortPolicy：抛出RejectedExecutionException异常，终止程序执行。
DiscardPolicy：直接丢弃任务，不进行任何处理。
DiscardOldestPolicy：丢弃最早提交的任务，执行新任务。

6. 工作队列

工作队列是线程池中存储任务的队列，常见的类型有：

LinkedBlockingQueue：基于链表实现的阻塞队列，适用于任务数量较多的场景。
ArrayBlockingQueue：基于数组实现的阻塞队列，适用于任务数量较少的场景。
PriorityBlockingQueue：基于优先级实现的阻塞队列，适用于需要按照优先级处理任务的场景。

7. 同步机制

同步机制确保在多线程环境中，共享资源的访问是互斥的。常见的同步机制有：

悲观锁：假设冲突总是发生，通过锁定来防止冲突。例如，Java中的synchronized关键字和ReentrantLock。
乐观锁：假设冲突很少发生，通过版本号或时间戳来检测冲突。例如，乐观锁机制。
读写锁：允许多个读操作同时进行，但写操作独占访问。例如，ReentrantReadWriteLock。
条件变量：允许线程在某些条件下暂停执行。例如，Condition接口。

二、并发集合

为了支持并发环境下的集合操作，Java提供了多种并发集合类，如下：

ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap实现，支持高并发。内部采用分段锁（Segment Locking）技术，将数据分为多个段，每个段有自己的锁，从而实现并发访问。
CopyOnWrite容器：适用于读多写少的场景。写操作会创建一个副本并修改，然后替换原容器。适用于读操作频繁，写操作较少的场景，如List、Set等。
BlockingQueue：支持阻塞操作的队列，如ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue。适用于需要线程间协作的场景，如生产者-消费者模式。

三、并发工具类

一些常用的并发工具类包括：

Phaser：支持分组协作的并发工具，类似于CyclicBarrier。适用于需要按阶段执行任务的场景。
Exchanger：用于线程间交换数据。适用于需要在线程间交换数据的场景，如网络编程。
FutureTask：异步执行任务的包装类。适用于需要异步执行任务并获取结果的场景。

四、非阻塞算法

非阻塞算法在并发编程中非常重要，以下是一些关键点：

CAS原理：Compare-And-Swap，比较并交换，用于实现无锁操作。通过原子操作，实现线程间的协作，避免了锁的开销。
Atomic类：提供原子操作的类，如AtomicInteger、AtomicLong。通过内部实现保证操作的原子性。
无锁队列：基于CAS原理实现的线程安全队列。适用于高并发场景，避免了锁的开销。

五、并发框架

一些流行的并发框架包括：

Netty：高性能的NIO客户端服务器框架，用于网络编程。基于Reactor模式，支持异步事件驱动编程。
Akka Actor模型：基于actor模型的并发框架，每个actor是一个独立的工作单元。适用于高并发、高可用性的分布式系统。
Disruptor：高性能的并发队列，使用环形缓冲区和CAS操作实现。适用于需要高性能队列的场景，如生产者-消费者模式。

MyBatis知识体系详解

一、SQL映射

MyBatis使用XML或注解的方式将SQL映射到Java对象，以下是相关知识点：

注解映射：使用@Select、@Insert、@Update、@Delete等注解进行映射。简化了映射配置，提高开发效率。
结果集映射：定义字段和Java对象属性之间的映射关系。例如，将数据库中的字段映射到Java对象的属性，或进行类型转换。
关联查询：使用@OneToOne、@OneToMany、@ManyToMany进行关联映射。支持多表查询，实现复杂的业务逻辑。
动态SQL：使用<if>、<choose>、<when>、<otherwise>等标签实现动态SQL。根据条件动态生成SQL语句，提高代码的灵活性。

二、OGNL表达式和分支语句

OGNL（Object-Graph Navigation Language）是一种表达式语言，用于动态表达式求值。在MyBatis中，可以使用OGNL表达式来动态访问对象属性，实现分支语句。

OGNL表达式：在MyBatis中，可以使用OGNL表达式来动态访问对象属性，实现动态条件判断和类型转换。
分支语句：通过OGNL表达式，可以实现类似于if-else的逻辑。例如，根据对象属性值的不同，动态生成不同的SQL语句。

三、批量操作和缓存机制

MyBatis提供了批量操作的机制和缓存机制，提高数据库操作效率。

批量操作：通过<foreach>标签实现批量插入或更新。将多个操作合并为一个，减少数据库的访问次数，提高性能。
缓存机制：
- 一级缓存：SqlSession级别的缓存，默认开启。缓存最近执行的SQL语句及其结果，减少数据库访问。
- 二级缓存：Mapper级别的缓存，可以自定义缓存实现。适用于跨SqlSession的缓存需求。
- 自定义缓存：通过实现Cache接口，自定义缓存机制。例如，使用Redis、Memcached等缓存技术。
- 代理模式：通过动态代理实现缓存的懒加载。当访问缓存时，如果缓存不存在，则执行数据库操作并更新缓存。

四、MapperProxy和插件

MyBatis使用MapperProxy实现动态代理，拦截数据库操作。

MapperProxy：通过JDK动态代理或CGLIB实现，拦截Mapper接口的调用。在执行数据库操作之前，进行SQL映射、参数处理等操作。
插件：通过实现Interceptor接口，拦截数据库操作的各个阶段。例如，拦截SQL执行、结果集处理等。

五、SqlSession生命周期和执行器类型

SqlSession是MyBatis的核心对象，用于执行数据库操作。

SqlSession生命周期：从创建到关闭，包括获取连接、执行SQL、提交/回滚事务等。SqlSession负责管理数据库连接、事务等资源。
执行器类型：MyBatis提供了多种执行器类型，如SimpleExecutor、BatchExecutor、ReuseExecutor。不同执行器类型适用于不同的场景，例如，SimpleExecutor适用于单条SQL执行，BatchExecutor适用于批量操作。

六、延迟加载和扩展机制

MyBatis支持延迟加载，通过@Lazy注解实现。

延迟加载：在真正需要访问属性时才加载，减少初始化开销。适用于关联对象较多，且访问频率较低的场景。
扩展机制：通过实现Interceptor接口，扩展MyBatis的功能。例如，拦截数据库操作、添加自定义功能等。

七、类型处理器和拦截器链

MyBatis提供了类型处理器，用于转换Java类型和数据库类型。

类型处理器：如IntegerTypeHandler、StringTypeHandler。将Java类型和数据库类型进行转换，例如，将Java中的Integer转换为数据库中的INT类型。
拦截器链：通过实现Interceptor接口，拦截数据库操作的各个阶段。例如，拦截SQL执行、结果集处理等。

八、方言支持

MyBatis支持多种数据库方言，如MySQL、Oracle、SQLServer等。

方言支持：MyBatis通过方言支持，可以方便地适应不同的数据库。例如，使用MySQL方言，可以自动适配MySQL数据库的语法和特性。

总结：

并发编程和MyBatis是现代Java开发中非常重要的知识体系。通过深入理解线程基础、同步机制、并发集合、并发工具类等并发编程知识点，我们可以编写高效、稳定的并发程序。同时，通过掌握MyBatis的SQL映射、动态SQL、缓存机制、执行器类型等知识，我们可以高效地操作数据库。这些知识点之间相互关联，可以举一反三，提高我们的编程能力。

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Java程序员廖志伟

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