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。

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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，它们通过共享进程资源（如内存、文件等）来实现任务的并行执行。线程的独立性允许它们独立执行，互不干扰，而并行性则意味着多个线程可以在同一时间内执行不同的任务。

线程生命周期

线程的生命周期是一个复杂的过程，涉及多个状态转换。以下是对每个状态的详细解释：

1. 新建（New）：线程对象被创建后，它处于新建状态。此时，线程尚未启动，也没有分配CPU资源。

2. 就绪（Runnable）：线程创建后，通过调用start()方法，线程进入就绪状态。此时，线程已准备好执行，等待CPU调度。

3. 运行（Running）：当CPU调度器选择该线程时，线程进入运行状态。在Java中，线程的运行状态由操作系统和JVM共同管理。

4. 阻塞（Blocked）：线程在执行过程中，可能会因为等待某些条件（如锁、I/O操作等）而无法继续执行，这时线程进入阻塞状态。

5. 死亡（Terminated）：线程执行完毕或被终止后，进入死亡状态。此时，线程不再占用任何系统资源。

线程优先级

线程优先级决定了线程在CPU调度时的优先程度。在Java中，线程优先级分为以下等级：

• MAX_PRIORITY：最高优先级，值为10。
• MIN_PRIORITY：最低优先级，值为1。
• NORM_PRIORITY：默认优先级，值为5。

守护线程

守护线程是一种特殊的线程，它依赖于其他线程的执行。当所有非守护线程执行完毕后，守护线程也会随之结束。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机制，它可以提高程序的性能。以下是线程池的一些核心作用：

1. 重用线程：避免频繁创建和销毁线程，减少系统开销。

2. 控制并发数：限制同时运行的线程数量，防止系统资源耗尽。

3. 线程管理：简化线程的创建、销毁和同步操作。

核心参数配置

线程池的核心参数包括：

1. 核心线程数：线程池中最小线程数，即使没有任务执行，也保持这么多线程。

2. 最大线程数：线程池中最大线程数，当任务数量超过最大线程数时，会根据拒绝策略处理。

3. 队列类型：线程池中的任务队列类型，如LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue等。

4. 拒绝策略：当任务数量超过队列容量时，如何处理新任务。

拒绝策略

拒绝策略包括以下几种：

1. AbortPolicy：抛出RejectedExecutionException异常，表示拒绝执行任务。

2. CallerRunsPolicy：调用任务的线程自己执行该任务。

3. DiscardPolicy：直接丢弃任务，不抛出异常。

4. DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最长时间的任务，再尝试执行当前任务。

工作队列类型

线程池的工作队列类型包括：

1. LinkedBlockingQueue：基于链表的阻塞队列，适用于任务数量较多的情况。

2. ArrayBlockingQueue：基于数组的阻塞队列，适用于任务数量较少的情况。

3. PriorityBlockingQueue：基于优先级的阻塞队列，适用于需要按优先级执行任务的情况。

同步机制

同步机制包括以下几种：

1. 悲观锁：假设多个线程会同时操作数据，因此在操作数据前先加锁，直到操作完成再释放锁。

2. 乐观锁：假设多个线程不会同时操作数据，因此在操作数据时，通过版本号或时间戳等方式检测数据是否被修改，如果被修改，则重新操作。

悲观锁/乐观锁

悲观锁和乐观锁是两种常见的并发控制方法：

1. 悲观锁：在操作数据前先加锁，直到操作完成再释放锁。Java中，synchronized关键字和ReentrantLock类都实现了悲观锁。

2. 乐观锁：在操作数据时，通过版本号或时间戳等方式检测数据是否被修改，如果被修改，则重新操作。Java中，乐观锁可以通过CAS（Compare-And-Swap）操作实现。

读写锁

读写锁是一种允许多个线程同时读取数据，但只允许一个线程写入数据的锁。Java中，ReentrantReadWriteLock类实现了读写锁。

条件变量

条件变量是一种线程同步机制，它可以阻塞当前线程，直到某个条件成立时，再唤醒线程。Java中，Object类提供了wait()、notify()和notifyAll()方法实现条件变量。

并发集合

Java提供了多种并发集合，如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等，它们在多线程环境下保证了线程安全。

ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap是Java中一种线程安全的HashMap实现，它通过分段锁（Segment Locking）机制提高并发性能。分段锁将数据分为多个段，每个段有自己的锁，从而允许多个线程同时访问不同的段。

CopyOnWrite容器

CopyOnWrite容器是一种基于写时复制的并发容器，适用于读多写少的场景。当有线程进行写操作时，容器会创建一个新的副本，并在副本上进行操作。

BlockingQueue

BlockingQueue是一种线程安全的队列，它支持生产者和消费者模型。Java中，ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue等类实现了BlockingQueue接口。

并发工具类

Java提供了多种并发工具类，如Phaser、Exchanger、FutureTask等，它们可以简化并发编程。

Phaser

Phaser是一种线程同步工具，它可以实现线程间的协作。Phaser允许线程在执行过程中，根据需要多次注册和注销。

Exchanger

Exchanger是一种线程间交换数据的工具，它允许两个线程在某个时刻交换数据。

FutureTask

FutureTask是一种异步计算任务，它可以获取计算结果或取消任务。

非阻塞算法

非阻塞算法是一种在多线程环境下，不使用锁或同步机制，通过CAS操作实现线程安全的算法。

CAS原理

CAS（Compare-And-Swap）是一种无锁算法，它通过比较内存中的值和预期值，如果相等，则将内存中的值更新为新的值。

Atomic类

Java提供了Atomic类，如AtomicInteger、AtomicLong等，它们可以简化并发编程。

无锁队列

无锁队列是一种基于CAS操作的线程安全队列，如ConcurrentLinkedQueue。

并发框架

Netty、Akka和Disruptor是三种常见的并发框架。

Netty线程模型

Netty采用主从多线程模型，它将任务分配给多个工作线程，由主线程负责接收和发送数据。

Akka Actor模型

Akka是一种基于Actor模型的并发框架，它将每个线程称为Actor，并通过消息传递实现线程间的通信。

Disruptor环形缓冲区

Disruptor是一种基于环形缓冲区的并发框架，它通过预分配内存和CAS操作提高并发性能。

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。这种映射关系定义了Java对象属性与数据库表字段之间的对应关系。

注解映射

MyBatis提供了多种注解，如@Select、@Insert、@Update、@Delete等，用于定义SQL映射。这些注解可以简化SQL语句的编写，并提高代码的可读性。

结果集映射

MyBatis可以将数据库表中的数据映射到Java对象中，包括字段映射、类型处理器等。这种映射关系定义了数据库表字段与Java对象属性之间的对应关系。

关联查询

MyBatis支持多表关联查询，可以通过@One、@Many等注解实现。这些注解可以定义复杂的SQL查询，并自动将查询结果映射到相应的Java对象中。

动态SQL

MyBatis支持动态SQL，可以通过<if>、<choose>、<foreach>等标签实现。这些标签可以根据条件动态生成SQL语句，从而实现灵活的查询。

OGNL表达式

OGNL（Object-Graph Navigation Language）是一种表达式语言，MyBatis可以使用OGNL表达式进行动态SQL映射。OGNL表达式可以方便地访问Java对象的属性和方法。

分支语句

MyBatis支持分支语句，可以通过<choose>、<when>、<otherwise>等标签实现。这些标签可以根据条件执行不同的SQL语句，从而实现复杂的查询逻辑。

批量操作

MyBatis支持批量操作，可以通过<foreach>标签实现。这个标签可以遍历集合，并动态生成SQL语句，从而实现批量插入、更新或删除操作。

缓存机制

MyBatis提供了缓存机制，包括一级缓存和二级缓存。

一级缓存

一级缓存是SqlSession级别的缓存，当执行查询操作时，会将结果缓存到一级缓存中。这样可以减少对数据库的访问次数，提高查询效率。

二级缓存

二级缓存是Mapper级别的缓存，当执行查询操作时，会将结果缓存到二级缓存中。二级缓存可以在多个SqlSession之间共享，从而提高整个应用程序的查询效率。

自定义缓存

MyBatis支持自定义缓存，可以通过实现Cache接口实现。自定义缓存可以满足特定的缓存需求，例如，实现分布式缓存或缓存失效策略。

代理模式

MyBatis使用代理模式，通过MapperProxy类代理Mapper接口，实现动态代理。这种代理模式可以动态生成代理对象，并拦截对Mapper接口方法的调用。

插件拦截

MyBatis支持插件拦截，可以通过实现Interceptor接口实现。插件可以拦截SQL执行过程，例如，执行SQL优化、日志记录等。

动态代理执行流程

MyBatis通过动态代理技术，实现Mapper接口的代理。当调用Mapper接口方法时，会通过代理类处理。代理类会拦截方法调用，并根据需要执行相应的操作，例如，执行SQL查询、处理结果集等。

SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心对象，它负责管理数据库连接、事务等。SqlSession的生命周期包括以下阶段：

1. 创建SqlSession：通过SqlSessionFactory创建SqlSession。

2. 使用SqlSession：执行数据库操作。

3. 关闭SqlSession：释放数据库连接、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等。这些执行器类型决定了SQL执行的策略，例如，批量执行、重用预处理语句等。

延迟加载

MyBatis支持延迟加载，可以通过@Lazy注解实现。延迟加载可以在需要时才加载关联对象，从而提高查询效率。

扩展机制

MyBatis提供了扩展机制，可以通过实现Interceptor、TypeHandler等接口实现。这些扩展机制可以扩展MyBatis的功能，例如，自定义类型处理器、实现自定义插件等。

类型处理器

MyBatis提供了类型处理器，用于处理Java类型和数据库类型之间的转换。类型处理器可以将Java对象转换为数据库数据类型，或将数据库数据类型转换为Java对象。

拦截器链

MyBatis提供了拦截器链，可以通过实现Interceptor接口实现。拦截器链可以拦截SQL执行过程，例如，执行SQL优化、日志记录等。

方言支持

MyBatis支持方言，可以通过实现Dialect接口实现。方言可以定义特定数据库的SQL语法，从而支持不同数据库的查询操作。

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