并发编程知识精要

📕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。

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💡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。

一、并发编程知识体系

在深入探讨并发编程之前，我们需要构建一个全面的知识体系，以便更好地理解和应用这一领域的高级概念。以下是对并发编程知识体系的详细解析。

线程基础

线程是并发编程中最基本的执行单元。以下是线程基础知识的要点：

• 线程生命周期：线程的生命周期包括创建（新建状态）、就绪、运行、阻塞、等待、超时、终止等状态。线程创建后进入新建状态，随后进入就绪状态等待CPU调度，调度成功后进入运行状态。在运行过程中，线程可能会因为等待某些资源（如锁）而进入阻塞状态，或者由于某些条件满足而进入等待状态。当线程任务完成后，会进入终止状态。
• 线程优先级：线程的优先级决定了线程在多线程环境中的执行顺序。操作系统根据线程的优先级来决定线程的调度顺序，优先级高的线程有更高的执行机会。
• 守护线程：守护线程是服务其他线程的线程，当所有非守护线程结束时，程序将退出。守护线程通常用于执行后台任务，如垃圾回收。
• 线程池：线程池是一组预先创建的线程，用于执行多个任务。线程池可以显著提高性能，因为它减少了线程创建和销毁的开销，并允许任务在多个线程间共享资源。

核心参数配置

线程池的核心参数配置包括：

• 核心线程数：线程池维护的最少线程数，即使任务量较少时也保持一定数量的空闲线程。
• 最大线程数：线程池能容纳的最大线程数，超过此数将采用拒绝策略处理。
• 存活时间：线程空闲时间超过此值，则被回收。
• 队列容量：任务队列的最大容量，超过此容量将采用拒绝策略。

拒绝策略

当线程池中的线程数量达到最大值，且任务队列已满时，会采取拒绝策略，常见的策略有：

• AbortPolicy：抛出RejectedExecutionException异常，直接终止任务。
• CallerRunsPolicy：调用任务的线程自己执行该任务，避免任务被丢弃。
• DiscardPolicy：忽略，不执行该任务，直接丢弃。
• DiscardOldestPolicy：丢弃最旧的任务，释放队列空间。

工作队列类型

工作队列是线程池中用于存放等待执行的任务，常见类型有：

• LinkedBlockingQueue：基于链表的阻塞队列，适用于任务数量不确定的场景。
• ArrayBlockingQueue：基于数组的阻塞队列，适用于任务数量确定且固定大小的场景。
• PriorityBlockingQueue：具有优先级的阻塞队列，适用于需要按优先级执行任务的场景。

同步机制

同步机制是保证线程安全的关键，包括：

• 悲观锁：假定所有并发访问都会导致数据不一致，所以在操作数据前先加锁。常用的悲观锁有synchronized关键字和ReentrantLock。
• 乐观锁：假定并发访问不会导致数据不一致，通过版本号或时间戳来检测数据变化。常用的乐观锁有CAS（Compare-And-Swap）操作和乐观锁锁。
• 读写锁：允许多个线程同时读取数据，但只允许一个线程写入数据。常用的读写锁有ReentrantReadWriteLock。
• 条件变量：允许线程在满足特定条件时等待，条件满足后继续执行。常用的条件变量有Object的wait()、notify()和notifyAll()方法。

并发集合

Java提供了一系列并发集合，如：

• ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap实现，通过分段锁（Segment Locking）来保证线程安全。
• CopyOnWriteArrayList：线程安全的ArrayList实现，通过复制整个底层数组来确保线程安全，适用于读多写少的场景。

并发工具类

一些常用的并发工具类包括：

• Phaser：用于协调多个线程的执行，类似于CyclicBarrier，但提供了更丰富的功能。
• Exchanger：允许两个线程交换数据，适用于需要两个线程协同完成任务的场景。
• FutureTask：代表异步计算的结果，可以用来获取异步任务的结果。

非阻塞算法

非阻塞算法利用CAS（Compare-And-Swap）原理，通过原子操作来保证线程安全。

• CAS原理：比较内存中的值与预期值是否相同，如果相同，则更新内存中的值。
• Atomic类：提供原子操作的类，如AtomicInteger、AtomicLong等。
• 无锁队列：基于CAS原理实现的线程安全队列。

并发框架

一些流行的并发框架包括：

• Netty：一个异步事件驱动的网络应用框架，适用于构建高性能的网络应用。
• Akka：一个用于构建高并发、高可用分布式系统的框架，基于Actor模型。
• Disruptor：一个高性能的环形缓冲区，用于解决并发场景下的数据传输问题。

二、MyBatis知识体系

MyBatis是一个优秀的持久层框架，它消除了几乎所有的JDBC代码和手动设置参数以及获取结果集的工作。以下是MyBatis知识体系的详细解析。

SQL映射

MyBatis通过XML或注解的方式将SQL语句与Java对象进行映射。

• 注解映射：使用@Select、@Insert、@Update、@Delete等注解来定义SQL语句。
• 结果集映射：将数据库表中的数据映射到Java对象，包括字段映射、类型转换、关联映射等。
• 关联查询：通过@One、@Many注解实现多表关联查询，包括一对一、一对多、多对多等关系。

动态SQL

MyBatis支持动态SQL，可以根据条件动态生成SQL语句。

• OGNL表达式：使用OGNL表达式来动态生成SQL语句，支持条件判断、循环等操作。
• 分支语句：使用 、 等标签实现条件分支，根据条件动态选择执行不同的SQL片段。
• 批量操作：使用 标签实现批量插入或更新操作，支持索引、分隔符等参数。

缓存机制

MyBatis提供了一级缓存和二级缓存机制。

• 一级缓存：本地缓存，每个SqlSession独立，用于缓存查询结果，减少数据库访问。
• 二级缓存：全局缓存，多个SqlSession共享，用于缓存实体对象，提高查询效率。
• 自定义缓存：通过实现Cache接口自定义缓存，支持缓存策略、过期策略等。

代理模式

MyBatis使用代理模式实现Mapper接口的动态代理。

• MapperProxy：MyBatis内部使用的代理类，负责生成代理对象并拦截方法调用。
• 插件：通过实现Interceptor接口自定义插件，拦截执行流程，如执行前、执行后、异常等。

执行流程

MyBatis的执行流程包括：

• SqlSession生命周期：SqlSession的创建、使用和关闭，包括建立数据库连接、执行SQL语句、管理事务等。
• 执行器类型：执行器负责执行SQL语句，包括简单执行器和批处理执行器，分别用于单条SQL和批量SQL执行。
• 延迟加载：在需要时才加载关联对象，提高性能。
• 扩展机制：通过实现Interceptor接口自定义拦截器链，扩展MyBatis的功能。

类型处理器

MyBatis提供了类型处理器，用于将数据库中的数据类型转换为Java对象类型。

• 类型处理器：将数据库类型转换为Java类型，如IntegerTypeHandler、StringTypeHandler等。
• 拦截器链：拦截器链负责处理类型转换，如类型转换异常处理、类型转换优化等。

方言支持

MyBatis支持多种数据库方言，如MySQL、Oracle等。

• 方言支持：通过实现Dialect接口自定义方言，支持不同的数据库特性。
• 插件拦截：通过插件拦截数据库方言的SQL执行，如SQL优化、参数处理等。

总结

并发编程和MyBatis是现代软件开发中不可或缺的技术。通过对这两个知识体系的深入理解，我们可以更好地设计高性能、高可用的系统。在实际应用中，我们需要根据具体场景选择合适的并发策略和MyBatis配置，以达到最佳的性能和可维护性。

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