并发编程核心知识

原创于 2025-08-01 12:31:18 发布 · 756 阅读

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#Concurrency # Java # Multithreading

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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

线程基础

在并发编程中，线程是程序执行的最小单位，它使得多个任务可以并行执行，从而提高程序效率。线程的基础知识包括：

线程状态：线程的状态模型是并发编程的核心概念之一。线程状态包括新建（New）、就绪（Runnable）、运行（Running）、阻塞（Blocked）、等待（Waiting）、超时等待（Timed Waiting）和终止（Terminated）等。线程在生命周期中的状态转换是由操作系统线程调度器控制的。例如，当线程正在等待某个锁时，它会从运行状态转换为阻塞状态。
线程创建：线程可以通过两种方式创建。第一种是继承Thread类，通过重写run()方法定义线程的执行逻辑；第二种是实现Runnable接口，然后将其实例传递给Thread对象。这两种方式的主要区别在于，继承Thread类可能会导致单继承的局限性，而实现Runnable接口则提供了更好的扩展性。
线程启动：线程创建后，需要通过调用start()方法启动线程。start()方法会调用线程的run()方法，并将线程的状态从新建转换为就绪状态，等待CPU调度。

线程生命周期

线程的生命周期管理是并发编程的重要部分，它涉及到线程状态的转换和同步机制的应用：

新建状态：线程对象创建后，处于新建状态。此时线程尚未启动，也没有执行任何操作。
就绪状态：线程已经准备好运行，等待CPU调度。就绪状态的线程可以通过Thread.yield()方法释放CPU，让其他线程获得执行机会。
运行状态：线程获得CPU时间执行任务。运行状态的线程可能会因为各种原因（如线程阻塞、线程优先级调整等）被切换出运行状态。
阻塞状态：线程因等待某些资源（如锁、条件变量等）而阻塞。在Java中，线程可以通过sleep()方法主动进入阻塞状态，或者因为某些操作（如I/O操作）被阻塞。
等待状态：线程因调用Object.wait()方法而进入等待状态。在等待状态中的线程会等待某个条件成立，直到其他线程调用Object.notify()或Object.notifyAll()方法。
超时等待状态：线程在等待某个条件时设置了超时时间，当超时时间到达而条件仍未满足时，线程将进入超时等待状态。
终止状态：线程执行结束，生命周期结束。处于终止状态的线程无法再被启动。

线程优先级

线程优先级决定了线程在调度时的优先级，Java中线程优先级分为1到10，其中1为最低，10为最高。线程的优先级可以通过getPriority()和setPriority()方法获取和设置。需要注意的是，线程优先级并不能保证线程一定能够获得更多的CPU时间，它只是提供了线程调度的优先级建议。

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，程序会退出。创建守护线程时，可以使用setDaemon(true)方法。守护线程通常用于执行一些后台任务，如垃圾回收器。

线程池

线程池是管理一组同构线程的池，可以有效地控制线程的创建和销毁，提高性能。线程池的核心参数配置包括：

核心线程数：线程池中的核心线程数，即使空闲也会一直在线程池中存在。核心线程数决定了线程池在正常运行时的线程数量。
最大线程数：线程池能容纳的最大线程数。当任务数量超过核心线程数时，线程池会创建新的线程来执行任务，直到达到最大线程数。
工作队列：存放等待执行的任务队列。工作队列的类型决定了任务提交时的策略，如FIFO、优先级队列等。
拒绝策略：当任务数量超过工作队列的最大容量时，如何处理新任务。拒绝策略可以是抛出异常、丢弃任务、调用System.err.println()等方法。

同步机制

同步机制确保多个线程对共享资源的访问是安全的：

悲观锁：假设冲突一定会发生，通过锁定资源来阻止其他线程访问。例如，Java中的synchronized关键字和ReentrantLock类都实现了悲观锁。
乐观锁：假设冲突很少发生，通过版本号或时间戳来检测冲突。例如，Java中的AtomicInteger类和ReentrantReadWriteLock类都实现了乐观锁。
读写锁：允许多个线程同时读取资源，但写入时需要独占锁。例如，Java中的ReadWriteLock接口和ReentrantReadWriteLock类都实现了读写锁。
条件变量：允许线程在某些条件满足时继续执行。例如，Java中的Condition接口和ReentrantLock类的newCondition()方法都提供了条件变量。

并发集合

Java提供了多种并发集合，如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等，它们提供了线程安全的集合操作：

ConcurrentHashMap：基于分段锁的并发HashMap，提供了高效的并发访问。
CopyOnWriteArrayList：基于写时复制的并发ArrayList，适用于读多写少的场景。

并发工具类

一些并发工具类，如Phaser、Exchanger、FutureTask等，提供了更高级的并发控制：

Phaser：用于实现并发算法中的阶段控制，例如分治算法。
Exchanger：用于在线程之间交换数据。
FutureTask：用于异步执行任务，并获取任务的结果。

非阻塞算法

非阻塞算法通过CAS（Compare-And-Swap）操作实现，Atomic类提供了多种原子操作：

CAS操作：比较并交换操作，用于实现无锁编程。
原子类：如AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference等，提供了线程安全的原子操作。

并发框架

一些并发框架，如Netty、Akka、Disruptor等，提供了更高级的并发编程模型和工具：

Netty：高性能的NIO客户端/服务器框架，用于构建网络应用程序。
Akka：基于Actor模型的并发框架，用于构建高并发、高可用、分布式系统。
Disruptor：基于环形缓冲区和CAS操作的并发框架，用于构建高性能的并发队列。

二、MyBatis知识体系

SQL映射

MyBatis通过XML或注解的方式将SQL语句与Java对象映射：

注解映射：使用@Select、@Insert、@Update、@Delete等注解定义SQL语句。例如，使用@Select注解定义查询SQL语句：

@Select("SELECT * FROM users WHERE id = #{id}")
public User getUserById(@Param("id") int id);

结果集映射：将查询结果映射到Java对象。例如，使用ResultMap定义结果集映射：

<resultMap id="userMap" type="User">
  <result property="id" column="id" />
  <result property="name" column="name" />
  <result property="age" column="age" />
</resultMap>

动态SQL

MyBatis支持动态SQL，通过<if>、<choose>、<when>、<otherwise>等标签实现：

：条件判断，根据条件执行SQL片段。
：类似于if-else语句，根据多个条件选择执行SQL片段。
：类似于if语句，根据条件执行SQL片段。
：否则执行SQL片段。

缓存机制

MyBatis提供了两级缓存机制：

一级缓存：SqlSession级别的缓存，同一个SqlSession中的查询结果会被缓存。一级缓存默认开启，但不可自定义。
二级缓存：Mapper级别的缓存，同一个Mapper的查询结果会被缓存。二级缓存可以自定义，通过实现Cache接口自定义缓存策略。

自定义缓存

MyBatis支持自定义缓存，通过实现Cache接口自定义缓存策略：

Cache接口：定义了缓存的操作方法，如putObject、getObject、removeObject、clear等。
实现自定义缓存：通过实现Cache接口，自定义缓存策略，如基于Redis、Memcached等缓存框架。

代理模式

MyBatis使用代理模式生成Mapper接口的代理实现，通过代理实现动态代理：

动态代理：通过反射创建代理对象，代理对象可以拦截接口方法的调用，实现方法增强。
Mapper代理：MyBatis使用动态代理生成Mapper接口的代理实现，代理实现可以拦截SQL执行过程中的各个环节，如参数处理、结果处理等。

执行流程

MyBatis的执行流程包括解析XML配置、构建SqlSession、执行SQL语句、处理结果集等：

解析XML配置：解析MyBatis的XML配置文件，如mapper.xml，获取SQL语句、映射关系等信息。
构建SqlSession：创建SqlSession对象，负责数据库的连接、事务管理等。
执行SQL语句：根据SQL语句和映射关系，执行数据库操作。
处理结果集：将查询结果映射到Java对象，返回查询结果。

SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心对象，负责数据库的连接、事务管理等：

SqlSession创建：通过SqlSessionFactory.openSession()方法创建SqlSession对象。
SqlSession使用：在SqlSession生命周期内，执行数据库操作，如查询、更新等。
SqlSession关闭：执行完数据库操作后，关闭SqlSession对象，释放数据库连接和资源。

执行器类型

MyBatis提供了多种执行器类型，如简单执行器、批处理执行器等：

简单执行器：适用于单条SQL语句的执行，性能较高。
批处理执行器：适用于批量SQL语句的执行，可以提高数据库的执行效率。

延迟加载

MyBatis支持延迟加载，可以在查询时延迟加载关联对象：

延迟加载：在查询主对象时，不立即加载关联对象，而是在需要时再加载。
延迟加载策略：MyBatis提供了多种延迟加载策略，如按需加载、按需关联加载等。

类型处理器

MyBatis提供了类型处理器，用于处理不同类型的数据转换：

类型处理器：将数据库中的数据类型转换为Java对象中的数据类型。
自定义类型处理器：通过实现TypeHandler接口，自定义数据类型转换。

拦截器链

MyBatis提供了拦截器链，可以拦截SQL执行过程中的各个环节：

拦截器：拦截SQL执行过程中的各个环节，如参数处理、结果处理等。
拦截器链：将多个拦截器串联起来，形成一个拦截器链。

方言支持

MyBatis支持多种数据库方言，如MySQL、Oracle等：

方言：针对不同数据库的SQL语法差异，MyBatis提供了相应的方言支持。
自定义方言：通过实现Dialect接口，自定义数据库方言。

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Java程序员廖志伟

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