并发编程核心技术概览

📕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

1. 线程基础

线程是并发编程的核心概念。在操作系统层面，线程被视为程序执行的最小单位。以下是线程的一些技术实现细节：

• 线程状态转换：线程状态之间可以通过各种事件发生转换，如CPU时间片的分配、I/O请求的完成等。状态转换通常遵循以下模式：新建线程会进入就绪状态，等待CPU分配时间片；当线程获取到时间片开始执行时，它处于运行状态；如果线程执行过程中遇到等待I/O操作的情况，它将变为阻塞状态；一旦I/O操作完成，线程会从阻塞状态变为就绪状态，等待CPU再次调度。

• 线程优先级实现：线程优先级通常通过线程调度器来实现。在Java中，线程调度器基于优先级队列进行线程的调度，优先级高的线程有更大的机会获取CPU时间片。

• 守护线程机制：守护线程的创建与普通线程类似，但它们的生命周期被绑定在创建它的线程上。在Java虚拟机退出时，所有非守护线程必须完成其执行，然后虚拟机才会退出。而守护线程则可以随时被终止。

2. 线程池

线程池是并发编程中一个重要的优化手段，其主要目的是为了减少系统创建和销毁线程的开销。以下是线程池实现的一些细节：

• 核心线程数的确定：核心线程数通常基于系统的资源状况和应用的需求来确定。在系统资源有限的情况下，较小的核心线程数可以减少资源竞争，提高系统稳定性。

• 任务队列的配置：任务队列是线程池中用于存放待执行任务的集合。根据任务队列的类型（如LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue等），可以实现不同的阻塞策略和扩容策略。

• 拒绝策略的选择：当任务队列已满，且当前线程数达到最大线程数时，需要选择一个拒绝策略来处理无法执行的任务。常见的拒绝策略包括：抛弃当前任务、丢弃最早的任务、抛出异常等。

3. 同步机制

同步机制在多线程并发访问共享资源时起到了至关重要的作用。以下是几种同步机制的技术实现细节：

• 悲观锁/乐观锁：悲观锁通常使用互斥锁（Mutex）或读写锁（Reader-Writer Lock）来实现，保证在访问共享资源时，其他线程必须等待锁的释放。乐观锁则通过版本号或时间戳来检测冲突，并在发生冲突时进行相应的处理。

• 读写锁：读写锁允许多个线程同时读取共享资源，但在写入共享资源时需要独占锁。这种锁可以显著提高并发访问效率。

• 条件变量：条件变量允许线程在满足特定条件之前挂起，并等待其他线程发出通知。在Java中，可以使用Object类的wait()、notify()和notifyAll()方法来实现条件变量。

• 并发集合：并发集合如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等，通过内部设计保证了线程安全。例如，ConcurrentHashMap采用分段锁（Segment Lock）机制，将数据分片后，不同线程可以同时访问不同的数据分片，从而提高并发性能。

4. 并发工具类

• Phaser：Phaser是一种可重用的同步工具，它可以用于协调多个线程的执行顺序。Phaser通过一个计数器来维护线程间的同步状态，并允许线程在满足特定条件时释放计数器。

• Exchanger：Exchanger允许两个线程在交换数据时进行同步。这种机制在实现数据交换任务时非常有用，例如在并行排序算法中。

• FutureTask：FutureTask是线程池中执行异步任务的一种方式。它封装了一个可取消的任务，并提供了获取任务执行结果的接口。

• 非阻塞算法：非阻塞算法如CAS原理、Atomic类等，可以在不使用锁的情况下实现线程安全。这些算法利用了硬件的原子指令，保证操作的原子性。

5. 并发框架

• Netty线程模型：Netty采用主从多线程模型，主线程负责处理客户端连接，从线程负责处理业务逻辑。这种模型可以有效地提高系统的并发处理能力。

• Akka Actor模型：Akka是基于Actor模型的并发框架，它将并发编程抽象为Actor。每个Actor都是一个轻量级线程，可以独立执行任务，并通过消息传递进行通信。

• Disruptor环形缓冲区：Disruptor是一个高性能的并发框架，它采用环形缓冲区来提高并发性能。环形缓冲区允许多个线程同时访问数据，从而提高并发性能。

二、MyBatis知识体系

1. SQL映射

MyBatis通过将SQL语句与Java对象进行映射，简化了数据库操作的实现。以下是SQL映射的实现细节：

• 注解映射：使用@Select、@Insert、@Update、@Delete等注解来定义SQL语句，这些注解可以通过反射机制被MyBatis识别并执行相应的数据库操作。

• 结果集映射：MyBatis使用ResultMap来将查询结果映射到Java对象。在ResultMap中，可以定义字段和Java对象的映射关系，包括字段名称、属性名称、类型处理等。

• 关联查询：MyBatis提供了@One和@Many注解来处理一对多、多对多等关系。在执行查询时，MyBatis会根据关联关系进行相应的数据处理。

• 动态SQL：MyBatis支持动态SQL的实现，如 、 、 等标签。这些标签可以根据条件动态地构建SQL语句。

2. 缓存机制

MyBatis提供了级联缓存机制，以提高数据库查询的性能。以下是缓存机制的实现细节：

• 一级缓存：一级缓存默认开启，用于缓存SqlSession中查询到的数据。当再次查询相同的数据时，MyBatis会从一级缓存中获取数据，从而提高查询效率。

• 二级缓存：二级缓存用于缓存应用级别的数据。通过实现Cache接口，可以自定义二级缓存的实现，包括缓存数据、更新缓存数据、删除缓存数据等操作。

• 代理模式：MyBatis使用代理模式实现Mapper接口的动态代理。当调用Mapper接口的方法时，MyBatis会拦截这些调用，并进行相应的数据库操作或缓存处理。

3. 执行流程

MyBatis的执行流程涉及到多个组件和操作，以下是执行流程的实现细节：

• 构建SqlSession：SqlSession是MyBatis的核心对象，它负责管理数据库连接、事务等。在执行数据库操作之前，需要构建一个SqlSession。

• 执行Mapper接口方法：当调用Mapper接口的方法时，MyBatis会根据Mapper接口的方法名称和参数信息，动态地生成SQL语句。

• 构建ExecutorType：ExecutorType定义了MyBatis执行SQL语句的方式，如SimpleExecutor、ReuseExecutor等。

• 构建StatementHandler：StatementHandler是MyBatis处理SQL语句的核心组件，它负责解析SQL语句、生成预编译语句等。

• 执行SQL语句：StatementHandler将SQL语句发送到数据库执行，并处理执行结果。

• 处理结果集：MyBatis将数据库返回的结果集转换为Java对象，并填充到对应的对象中。

4. 扩展机制

MyBatis提供了多种扩展机制，以适应不同的应用需求。以下是扩展机制的实现细节：

• 类型处理器：类型处理器用于处理Java对象和数据库字段之间的类型转换。MyBatis提供了多种内置的类型处理器，并允许自定义类型处理器。

• 拦截器链：拦截器链允许在SQL执行过程中进行拦截操作。例如，可以通过拦截器链来实现日志记录、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。通过实现Dialect接口，可以扩展MyBatis对不同数据库的支持。

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