并发编程与MyBatis核心解析

📕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

并发编程是计算机科学中的一个重要领域，它涉及到如何在单个处理器上同时执行多个任务，以达到提高系统性能和资源利用率的目的。以下是对并发编程知识体系的详细解析，旨在以专业且通俗易懂的方式阐述各个知识点，并串联多个知识点，达到举一反三的效果。

线程基础

线程是并发编程的核心概念，它是程序执行的最小单元，由操作系统内核管理。以下是对线程基础知识的解析：

线程生命周期

线程的生命周期包括新建（New）、就绪（Runnable）、运行（Running）、阻塞（Blocked）、等待（Waiting）、超时等待（Timed Waiting）和终止（Terminated）六个状态。线程状态之间的转换是由线程执行的操作和外部事件触发的。

• 新建状态：线程被创建后进入新建状态，此时线程尚未启动。
• 就绪状态：线程被创建后，系统分配必要的资源，线程进入就绪状态，等待CPU时间片。
• 运行状态：线程获得CPU时间片，开始执行。
• 阻塞状态：线程由于某些原因（如等待资源、等待锁等）无法继续执行，进入阻塞状态。
• 等待状态：线程等待某个条件成立，如等待某个锁被释放。
• 超时等待状态：线程在等待某个条件成立时，设定了超时时间，如果超时时间到达，线程进入超时等待状态。
• 终止状态：线程执行完毕或被其他线程终止，进入终止状态。

线程优先级

线程优先级决定了线程在多线程环境中的执行顺序。Java中，线程优先级分为1到10共十个等级，默认的优先级为5。线程优先级是一个相对值，操作系统会根据线程优先级和线程调度策略来决定线程的执行顺序。

守护线程

守护线程是一种特殊的线程，它始终在后台运行，当所有非守护线程结束时，守护线程也会自动结束。守护线程通常用于执行一些不需要用户交互的后台任务，如垃圾回收器。

线程池

线程池是管理一组线程的容器，它可以有效地减少线程的创建和销毁开销。线程池的核心参数配置包括核心线程数、最大线程数、存活时间等。

• 核心线程数：线程池中始终保持运行的线程数。
• 最大线程数：线程池中最多可以运行的线程数。
• 存活时间：线程池中空闲线程的存活时间。

拒绝策略

当线程池达到最大线程数时，如何处理新提交的任务，这就是拒绝策略。常见的拒绝策略有：CallerRunsPolicy、AbortPolicy、DiscardPolicy、DiscardOldestPolicy。

• CallerRunsPolicy：将任务回退给调用者线程执行。
• AbortPolicy：抛出RejectedExecutionException异常。
• DiscardPolicy：丢弃任务，不抛出异常。
• DiscardOldestPolicy：丢弃线程池中最旧的未执行任务。

工作队列类型

工作队列是线程池中的任务队列，常见的队列类型有：LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue、SynchronousQueue。

• LinkedBlockingQueue：基于链表的阻塞队列，适用于生产者-消费者模型。
• ArrayBlockingQueue：基于数组的阻塞队列，适用于固定大小的线程池。
• SynchronousQueue：不存储元素，直接在线程之间传递任务。

同步机制

同步机制是确保多个线程正确访问共享资源的一种方式。常见的同步机制包括：

• 悲观锁/乐观锁：悲观锁假设多个线程会同时访问共享资源，因此在访问前加锁；乐观锁则假设线程不会同时访问共享资源，通过版本号或时间戳等方式检测冲突。
• 读写锁：读写锁允许多个线程同时读取资源，但只允许一个线程写入资源。
• 条件变量：条件变量允许线程在满足特定条件之前等待。

并发集合

并发集合是专门为并发环境设计的集合类，它们提供了线程安全的操作。常见的并发集合包括：

• ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap实现，通过分段锁实现线程安全。ConcurrentHashMap将数据结构分为多个段，每个段有自己的锁，从而提高并发性能。
• CopyOnWrite容器：在写入操作时，复制整个底层数据结构，从而实现线程安全。CopyOnWrite容器适用于读多写少的场景。
• BlockingQueue：线程安全的队列，支持阻塞式操作。BlockingQueue在多线程环境下，线程可以等待队列中的元素，或者向队列中添加元素。

并发工具类

一些并发工具类提供了更高级的并发控制功能，如：

• Phaser：用于协调多个线程的同步操作。Phaser可以看作是一个可重用的同步屏障，线程在到达屏障时必须等待其他线程到达。
• Exchanger：用于在线程之间交换数据。Exchanger允许两个线程在某个时刻交换数据，而不会相互阻塞。
• FutureTask：代表异步计算的结果。FutureTask可以获取异步计算的结果，或者取消异步计算。

非阻塞算法

非阻塞算法是避免使用锁来控制并发的一种方法，如：

• CAS原理：Compare-And-Swap，通过原子操作来更新共享资源。CAS操作包含三个操作数：内存位置V、预期原值A和新值B。当V的值等于A时，将V的值修改为B，否则不做任何操作。
• Atomic类：提供了一系列原子操作类，如AtomicInteger、AtomicLong等。这些类提供了原子操作方法，可以保证在多线程环境下，对共享资源的操作是原子的。
• 无锁队列：如ConcurrentLinkedQueue，通过CAS操作实现线程安全。无锁队列在多线程环境下，线程可以直接添加或移除元素，无需使用锁。

并发框架

一些并发框架提供了更高级的并发编程支持，如：

• Netty线程模型：Netty使用主从多线程模型，提高了并发性能。Netty的主线程负责接收客户端连接，从线程负责处理客户端请求。
• Akka Actor模型：Akka使用Actor模型，每个Actor是一个消息传递的单元。Actor模型可以保证消息传递的可靠性，并支持高并发。
• Disruptor环形缓冲区：Disruptor使用环形缓冲区，通过发布/订阅模式实现高效的并发处理。Disruptor可以保证生产者-消费者模型的性能，并支持高并发。

二、MyBatis知识体系

MyBatis是一个流行的持久层框架，它简化了数据库操作。以下是对MyBatis知识体系的详细解析：

SQL映射

MyBatis通过XML或注解的方式定义SQL映射，将Java对象与数据库表进行映射。

注解映射

MyBatis提供了@Select、@Insert、@Update、@Delete等注解来定义SQL映射。这些注解可以简化SQL语句的编写，提高代码的可读性和可维护性。

结果集映射

MyBatis将查询结果映射到Java对象，可以通过resultMap或注解来实现。resultMap可以定义复杂的映射关系，如一对一、一对多、多对多等。

关联查询

MyBatis支持关联查询，可以通过@One、@Many等注解来实现。关联查询可以将多个表的数据关联起来，从而实现复杂的查询需求。

动态SQL

MyBatis支持动态SQL，可以通过 、 、 等标签来实现。动态SQL可以根据条件动态地生成SQL语句，从而提高代码的灵活性和可维护性。

OGNL表达式

OGNL（Object-Graph Navigation Language）是一种表达式语言，用于在MyBatis中动态生成SQL。OGNL表达式可以访问Java对象属性、集合、方法等，从而实现动态SQL的生成。

分支语句和批量操作

MyBatis支持分支语句和批量操作，可以有效地提高数据库操作的效率。分支语句可以根据条件执行不同的SQL语句，批量操作可以将多个SQL语句合并为一个，从而减少数据库访问次数。

缓存机制

MyBatis提供了缓存机制，包括：

• 一级缓存：SqlSession级别的缓存，默认开启。一级缓存缓存了SqlSession执行过的查询结果，当再次执行相同的查询时，可以直接从缓存中获取结果，从而提高查询效率。
• 二级缓存：Mapper级别的缓存，需要手动开启。二级缓存缓存了Mapper执行过的查询结果，当再次执行相同的查询时，可以直接从缓存中获取结果，从而提高查询效率。
• 自定义缓存：通过实现Cache接口自定义缓存。自定义缓存可以缓存任意数据，从而提高缓存的使用范围。

代理模式

MyBatis使用代理模式来实现动态代理，如MapperProxy。代理模式可以动态地生成代理对象，代理对象可以拦截目标对象的方法调用，从而实现动态代理的功能。

执行流程

MyBatis的执行流程包括：解析配置、构建SqlSession、构建Executor、执行SQL、处理结果集。MyBatis的执行流程是高度优化的，可以保证高效的数据库操作。

SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的工作单元，它负责执行数据库操作。SqlSession的生命周期包括创建、使用和关闭。SqlSession在创建后，需要在使用完毕后关闭，以释放数据库连接资源。

执行器类型

MyBatis提供了不同的执行器类型，如SimpleExecutor、ReuseExecutor、BatchExecutor。

• SimpleExecutor：简单执行器，适用于单条SQL语句的执行。
• ReuseExecutor：重用执行器，适用于多条SQL语句的执行。重用执行器可以重用数据库连接，从而提高执行效率。
• BatchExecutor：批量执行器，适用于批量SQL语句的执行。批量执行器可以将多条SQL语句合并为一个，从而减少数据库访问次数。

延迟加载

MyBatis支持延迟加载，即在需要时才加载关联对象。延迟加载可以减少数据库访问次数，提高查询效率。

扩展机制

MyBatis提供了多种扩展机制，如类型处理器、拦截器链、方言支持。

• 类型处理器：类型处理器可以将Java类型与数据库类型进行转换，从而简化数据库操作。
• 拦截器链：拦截器链可以拦截MyBatis的执行过程，从而实现自定义的功能。
• 方言支持：MyBatis支持多种数据库方言，如MySQL、Oracle等。

通过以上对并发编程和MyBatis知识体系的详细解析，我们可以看到这两个领域之间存在着紧密的联系。并发编程为MyBatis提供了执行数据库操作的基础，而MyBatis则利用并发编程的技术来实现高效的数据库访问。了解并发编程和MyBatis的知识，可以帮助我们更好地设计、开发和优化应用程序。

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