并发编程知识精粹

原创于 2025-08-06 12:20:03 发布 · 545 阅读

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#Concurrent Programming # Multi-threading # Java

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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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一、并发编程知识体系

并发编程是计算机科学中一个重要的领域，它涉及到多线程、多任务处理以及同步机制等方面。以下是对并发编程知识体系的详细描述，并补充其技术实现细节：

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。线程具有以下特点：
- 并行性：通过操作系统的时间片轮转调度机制，多个线程可以在同一时间共享CPU资源，从而实现并行执行。
- 独立性：每个线程拥有独立的栈空间和程序计数器，线程之间的局部变量互不影响。
- 异步性：线程之间的执行是异步的，线程的创建、调度、执行和终止都是独立的。
线程生命周期线程的生命周期包括以下五个阶段：
- 新建（New）：线程创建后，通过Thread类或其子类构造器创建，此时线程尚未启动。
- 就绪（Runnable）：线程创建后，调用start()方法，进入就绪状态，等待CPU调度。
- 运行（Running）：线程被CPU调度执行，执行其任务。
- 阻塞（Blocked）：线程因等待某些资源（如锁、条件变量等）而无法执行。
- 死亡（Terminated）：线程执行完毕或被终止，其资源被系统回收。
线程优先级线程优先级表示线程执行的重要程度，优先级高的线程可以获得更多的CPU时间。线程优先级分为以下等级：
- MAX_PRIORITY：最高优先级，通常为10。
- MIN_PRIORITY：最低优先级，通常为1。
- NORM_PRIORITY：默认优先级，通常为5。
守护线程守护线程是服务线程，当守护线程结束时，程序不会结束。守护线程常用于后台服务，如垃圾回收器。在Java中，可以通过调用setDaemon(true)方法将线程设置为守护线程。
线程池线程池是一种管理线程的方式，它将多个线程封装在一个池中，按照一定的策略进行调度和回收。线程池具有以下优点：
- 降低系统资源消耗：通过重用线程，减少线程创建和销毁的开销。
- 提高系统吞吐量：线程池可以并行处理多个任务，提高系统处理能力。
- 提高线程的可管理性：线程池允许对线程的运行状态进行监控和管理。
核心参数配置线程池的核心参数配置包括：
- 核心线程数：线程池中最小线程数，当任务到达时，会创建一定数量的核心线程来处理任务。
- 最大线程数：线程池中最大线程数，当任务数量超过核心线程数时，会创建额外线程来处理任务。
- 队列容量：工作队列的容量，用于存放等待执行的任务。
- 活跃时间：线程空闲时间，超过该时间后，线程将被回收。
拒绝策略线程池的拒绝策略有以下几种：
- AbortPolicy：抛出RejectedExecutionException异常，直接拒绝任务。
- CallerRunsPolicy：调用者运行策略，将任务交还给调用者，由调用者处理。
- DiscardPolicy：丢弃任务，不抛出异常。
- DiscardOldestPolicy：丢弃最早的任务，然后尝试执行当前任务。
工作队列类型线程池的工作队列有以下几种类型：
- 阻塞队列：ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue，支持阻塞操作，如put、take等。
- 非阻塞队列：SynchronousQueue，不支持阻塞操作，线程必须等待另一个线程准备好数据。
同步机制同步机制用于保证线程之间对共享资源的访问顺序，以下为几种常见的同步机制：
- 锁（Lock）：ReentrantLock、synchronized，通过锁定和解锁操作，保证线程对共享资源的互斥访问。
- 信号量（Semaphore）：允许多个线程同时访问一定数量的资源，通过信号量控制线程的并发访问。
- 读写锁（ReadWriteLock）：允许多个线程同时读取资源，但写入资源时需要独占访问。
- 条件变量（Condition）：允许线程在某个条件成立时等待，条件成立时唤醒等待线程。
悲观锁/乐观锁悲观锁和乐观锁是两种常见的并发控制策略：

悲观锁：在操作共享资源前，先对资源加锁，保证资源在操作过程中不会被其他线程访问。例如，使用synchronized关键字实现悲观锁。
乐观锁：在操作共享资源时，假设其他线程不会修改该资源，通过版本号或时间戳来检测资源是否被修改。例如，使用CAS算法实现乐观锁。

读写锁读写锁是一种支持并发读、独占写的锁，可以提高读操作的性能。以下为几种常见的读写锁：

ReentrantReadWriteLock：允许多个线程同时读取资源，但写入资源时需要独占访问。
ReadWriteLock：接口，定义了读写锁的基本操作。

条件变量条件变量是一种线程间的通信机制，可以用来阻塞或唤醒线程。以下为几种常见的条件变量：

Condition：接口，定义了条件变量的基本操作。

并发集合并发集合是专门为并发环境设计的集合类，以下为几种常见的并发集合：

ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap，支持并发读、写操作。
CopyOnWriteArrayList：基于写时复制的并发容器，适用于读操作多于写操作的场景。

ConcurrentMap ConcurrentHashMap是一种线程安全的HashMap，以下为其特点：

高并发性能：通过分段锁（Segment Locking）技术，将数据分为多个段，每个段有自己的锁，从而提高并发性能。
支持并发读、写操作：允许多个线程同时读取和写入数据。

CopyOnWrite容器 CopyOnWrite容器是一种基于写时复制的并发容器，以下为其特点：

写操作时，复制原容器，创建新容器，并将新容器的引用赋给容器变量。
读操作时，返回原容器的引用。

BlockingQueue BlockingQueue是一种线程安全的队列，以下为其特点：

支持阻塞操作，如put、take等。
支持并发操作：允许多个线程同时向队列中添加或从队列中取出元素。

并发工具类以下为几种常见的并发工具类：

CountDownLatch：允许一个或多个线程等待一组事件发生。
CyclicBarrier：允许一组线程在到达某个屏障点时等待，然后继续执行。
Semaphore：允许多个线程同时访问一定数量的资源。

Phaser Phaser是一种线程同步工具，用于实现多线程间的协作。以下为其特点：

支持线程间的等待、通知、比较等操作。
支持动态增加参与者。

Exchanger Exchanger是一种线程间交换数据的工具，以下为其特点：

支持线程间交换数据。
支持动态增加参与者。

FutureTask FutureTask是一种线程执行结果存储的工具，以下为其特点：

支持线程的异步执行。
支持获取线程执行结果。

非阻塞算法非阻塞算法是一种避免线程间锁竞争的算法，以下为几种常见的非阻塞算法：

CAS（Compare-And-Swap）算法：通过原子操作比较和交换操作数，实现线程间的同步。
Volatile关键字：保证变量的可见性和有序性，避免指令重排。

CAS原理 CAS（Compare-And-Swap）算法是一种无锁算法，用于实现线程间的同步。以下为CAS算法的原理：

比较操作数A和期望值B。
如果A等于B，则将操作数A的值更新为新的值C。
否则，不进行任何操作。

Atomic类 Atomic类是Java并发包中提供的一种原子操作类，以下为几种常见的Atomic类：

AtomicInteger：原子操作整型变量。
AtomicLong：原子操作长整型变量。
AtomicReference：原子操作引用类型变量。

无锁队列无锁队列是一种基于CAS算法实现的线程安全队列，以下为几种常见的无锁队列：

ConcurrentLinkedQueue：基于CAS算法实现的线程安全队列。

并发框架以下为几种常见的并发框架：

Netty：高性能的NIO框架，支持异步事件驱动编程。
Akka：基于Actor模型的并发框架，支持消息驱动和分布式计算。
Disruptor：基于环形缓冲区的并发框架，提供高性能的并发编程模型。

Netty线程模型 Netty是一种高性能的NIO框架，其线程模型如下：

BossGroup：负责接收客户端连接。
WorkerGroup：负责处理客户端连接后的读写操作。

Akka Actor模型 Akka是一种基于Actor模型的并发框架，以下为Actor模型的特点：

消息驱动：Actor通过发送和接收消息进行通信。
分布式：Actor可以在不同的节点上运行，支持分布式计算。
可扩展：Actor可以根据需要动态增加或减少。

Disruptor环形缓冲区 Disruptor是一种基于环形缓冲区的并发框架，以下为环形缓冲区的特点：

高性能：通过环形缓冲区和无锁算法，提供高性能的并发编程模型。
低延迟：通过环形缓冲区和无锁算法，降低线程间的竞争，减少延迟。

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。以下是对MyBatis知识体系的详细描述，并补充其技术实现细节：

SQL映射 SQL映射是指将Java对象映射到数据库表的操作。MyBatis通过XML或注解的方式实现SQL映射。
注解映射 MyBatis支持使用注解进行SQL映射，以下为几种常见的注解：
- @Select：用于定义查询操作，指定SQL语句。
- @Insert：用于定义插入操作，指定SQL语句。
- @Update：用于定义更新操作，指定SQL语句。
- @Delete：用于定义删除操作，指定SQL语句。
结果集映射结果集映射是指将数据库表中的数据映射到Java对象的过程。MyBatis支持以下几种结果集映射方式：
- 结果映射（ResultMap）：通过XML或注解定义结果集与Java对象的映射关系。
- 类型处理器（TypeHandler）：自定义类型处理器，将数据库类型转换为Java类型。
关联查询关联查询是指查询多个表之间的关系。MyBatis支持以下几种关联查询方式：
- 一对一关联查询：通过一对一映射关系，查询关联表的数据。
- 一对多关联查询：通过一对多映射关系，查询关联表的数据。
- 多对多关联查询：通过多对多映射关系，查询关联表的数据。
动态SQL 动态SQL是指根据不同的条件生成不同的SQL语句。MyBatis支持以下几种动态SQL方式：
- 标签：根据条件判断是否执行SQL语句。
- 标签：根据条件选择不同的SQL语句执行。
- 标签：遍历集合，生成循环的SQL语句。
OGNL表达式 OGNL（Object-Graph Navigation Language）是一种表达式语言，用于访问和操作对象属性。MyBatis支持OGNL表达式进行结果集映射。
分支语句分支语句用于实现SQL映射中的条件判断。以下为几种常见的分支语句：
- 标签：根据条件判断是否执行SQL语句。
- 标签：根据条件选择不同的SQL语句执行。
批量操作批量操作是指一次性执行多个SQL语句。MyBatis支持以下几种批量操作方式：
- 标签：遍历集合，生成循环的SQL语句。
- SqlSession的flushStatements方法：刷新SqlSession中的SQL语句，执行批量操作。
缓存机制 MyBatis支持一级缓存和二级缓存机制，以下为两种缓存机制的特点：
- 一级缓存：SqlSession级别的缓存，用于缓存查询结果，避免重复查询。
- 二级缓存：Mapper级别的缓存，用于缓存查询结果，避免重复查询。
自定义缓存 MyBatis支持自定义缓存，以下为自定义缓存的方式：

实现Cache接口：自定义缓存实现，实现Cache接口中的基本操作。
使用@Cache注解：在Mapper接口或方法上使用@Cache注解，指定缓存配置。

代理模式 MyBatis使用代理模式实现动态代理，以下为代理模式的特点：

面向接口编程：通过接口定义Mapper接口，实现动态代理。
动态生成代理对象：通过JDK动态代理或CGLIB技术，动态生成代理对象。

MapperProxy MapperProxy是MyBatis中的动态代理类，用于实现Mapper接口的代理。MapperProxy通过反射机制调用Mapper接口的方法，并执行相应的SQL语句。
插件拦截 MyBatis支持插件拦截，以下为插件拦截的特点：

插件可以拦截MyBatis的执行流程。
插件可以修改SQL语句、结果集等。

动态代理执行流程 MyBatis使用动态代理实现Mapper接口的代理，以下为动态代理执行流程：

创建Mapper接口的代理对象。
调用代理对象的方法。
根据方法名查找对应的Mapper方法。
执行Mapper方法。

SqlSession生命周期 SqlSession是MyBatis的核心对象，以下为SqlSession的生命周期：

创建SqlSession：通过SqlSessionFactory创建SqlSession。
使用SqlSession执行数据库操作：通过SqlSession执行查询、插入、更新、删除等操作。
关闭SqlSession：释放SqlSession占用的资源。

执行器类型 MyBatis支持以下几种执行器类型：

SimpleExecutor：简单执行器，直接执行SQL语句。
ReuseExecutor：重用执行器，重用预处理语句和连接。
BatchExecutor：批量执行器，支持批量操作。

延迟加载延迟加载是指在需要时才加载资源，以下为延迟加载的特点：

提高系统性能：减少初始化时的资源消耗，提高系统启动速度。
降低资源消耗：避免提前加载不必要的数据，降低资源消耗。

扩展机制 MyBatis支持扩展机制，以下为扩展机制的特点：

可以自定义插件：自定义插件，拦截MyBatis的执行流程。
可以自定义结果集映射：自定义结果集映射，实现复杂的映射关系。

类型处理器类型处理器用于将数据库类型转换为Java类型，以下为类型处理器的特点：

支持自定义类型处理器：自定义类型处理器，实现数据库类型与Java类型的转换。
可以实现TypeHandler接口：通过实现TypeHandler接口，自定义类型处理器。

拦截器链拦截器链是MyBatis中的拦截器执行顺序，以下为拦截器链的特点：

可以自定义拦截器：自定义拦截器，拦截MyBatis的执行流程。
拦截器可以修改SQL语句、结果集等。

方言支持 MyBatis支持方言，以下为方言的特点：

可以自定义方言：自定义方言，实现数据库特有的语法和功能。
可以实现Language接口：通过实现Language接口，自定义方言。

通过以上对并发编程和MyBatis知识体系的详细描述，相信大家对这两个领域有了更深入的了解。在实际开发中，我们可以将并发编程和MyBatis相结合，提高系统的性能和可扩展性。希望本文对大家有所帮助。

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Java程序员廖志伟

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