并发编程核心解析

📕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）、《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、并发编程知识体系详解

并发编程是计算机科学中一个核心领域，它涉及到多线程的执行、同步、调度以及资源管理。以下是对并发编程知识体系的详细解析，旨在帮助读者深入理解并发的精髓。

线程基础

线程是并发编程的基本执行单元，它是程序中一个单一的顺序控制流程。线程具有以下特点：

• 轻量级：线程相对于进程来说，创建和销毁的开销较小，因为线程共享进程的地址空间，但拥有自己的栈和程序计数器。这种设计使得线程可以更高效地被操作系统调度和管理。

线程生命周期

线程从创建到销毁，会经历以下生命周期：

1. 新建（New）：通过Thread类或其子类构造函数创建。在这个阶段，线程对象被创建，但尚未启动。

2. 就绪（Runnable）：线程被创建后，调用start()方法，进入可运行状态。此时线程等待CPU时间，一旦获得时间片，就可以开始执行。

3. 运行（Running）：线程获取CPU时间执行任务。在Java中，线程的运行状态是由操作系统的调度器控制的。

4. 阻塞（Blocked）：线程因为某些原因（如等待锁、I/O操作等）无法继续执行。在这个状态下，线程不会占用CPU资源。

5. 等待（Waiting）：线程进入等待状态，直到其他线程调用notify()或notifyAll()方法。在等待状态中，线程不会占用CPU资源。

6. 超时等待（Timed Waiting）：线程在等待状态中设定超时时间。如果在超时时间内没有收到通知，线程将自动唤醒。

7. 终止（Terminated）：线程执行完毕或被其他线程中断。终止后的线程将无法再次启动。

线程优先级

线程优先级决定了线程在CPU时间分配上的优先顺序。Java中，线程优先级分为10个等级，从1（最低）到10（最高）。线程优先级是一个相对的概念，并不能保证高优先级线程一定会获得更多的CPU时间。

守护线程

守护线程是一种特殊的线程，它不会阻塞程序终止。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

线程池是管理一组线程的机制，它可以提高应用程序的性能。线程池的核心参数配置包括：

• 核心线程数：线程池中最小的线程数量，即使没有任务执行，这些线程也会一直存在。
• 最大线程数：线程池中最大的线程数量，当任务数量超过核心线程数时，会创建新的线程来处理任务。
• 队列类型：线程池中任务等待执行的队列类型，如阻塞队列、链表等。
• 拒绝策略：当线程池达到最大线程数时，拒绝策略决定了如何处理新任务。

拒绝策略

当线程池达到最大线程数时，拒绝策略决定了如何处理新任务。常见的拒绝策略有：

• 抛出异常：直接抛出RejectedExecutionException异常。
• 饱死等待：在队列中等待，直到有空闲的线程。
• 返回Future：返回一个Future对象，表示任务已经提交，但不会执行。
• 调用拒绝任务的方法：调用任务对象的run()方法，尝试执行任务。

工作队列类型

线程池的工作队列类型包括：

• 阻塞队列：当队列满时，新任务会阻塞，直到有空闲的线程。
• 链表：将任务存储在链表中，适用于任务数量较少的情况。
• 优先级队列：根据任务的优先级来处理任务。

同步机制

同步机制用于控制多个线程对共享资源的访问，以避免数据竞争和不一致。常见的同步机制包括：

• 悲观锁/乐观锁：悲观锁假设冲突一定会发生，而乐观锁假设冲突很少发生。悲观锁通常使用synchronized关键字或ReentrantLock实现，乐观锁则使用CAS操作。

• 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。ReentrantReadWriteLock是Java中实现读写锁的一个例子。

• 条件变量：条件变量允许线程在某些条件下暂停执行，直到其他线程通知。Condition接口是Java中实现条件变量的接口。

并发集合

并发集合是专为并发环境设计的集合类，如ConcurrentHashMap。它通过内部机制保证线程安全，例如使用分段锁、CAS操作等。

并发工具类

• Phaser：Phaser是一种灵活的同步工具，用于协调多个线程的执行。它允许线程在执行过程中进行分组，并在达到某个阶段时等待其他线程。

• Exchanger：Exchanger允许两个线程交换数据。这在需要线程间数据交换的场景中非常有用。

• FutureTask：FutureTask代表异步计算的结果。它可以用来获取异步计算的结果，并提供了取消任务、获取状态等功能。

非阻塞算法、CAS原理、Atomic类

非阻塞算法、CAS原理和Atomic类是并发编程中的关键技术，它们允许无锁编程，提高性能。非阻塞算法通常使用CAS操作来实现，而Atomic类提供了原子操作的支持。

无锁队列

无锁队列是一种基于CAS原理的并发数据结构，如ConcurrentLinkedQueue。它通过CAS操作来保证线程安全，避免了锁的开销。

并发框架

• Netty：Netty是一个高性能的NIO客户端服务器框架。它提供了异步、事件驱动的编程模型，适用于构建高性能的网络应用。

• Akka：Akka是一个基于Actor模型的并发框架。它提供了无锁的数据结构和通信机制，适用于构建高并发、高可用性的分布式系统。

• Disruptor：Disruptor是一个高性能的环形缓冲区。它使用无锁的并发编程技术，适用于构建高性能的并发队列。

二、MyBatis知识体系详解

MyBatis是一个优秀的持久层框架，它对JDBC操作数据库的过程进行了封装，简化了数据库的开发。

SQL映射

SQL映射是MyBatis的核心功能，它将Java对象与SQL语句关联起来。通过XML配置或注解的方式，可以定义SQL语句与Java对象的映射关系。

注解映射

MyBatis支持使用注解来映射SQL语句，这简化了XML配置。例如，可以使用@Select、@Insert、@Update、@Delete等注解来定义SQL语句。

结果集映射

结果集映射用于将数据库查询结果映射到Java对象。MyBatis提供了丰富的映射配置，支持单列映射、多列映射、类型转换等。

关联查询

关联查询用于处理多表之间的关系。MyBatis支持多种关联查询方式，如一对一、一对多、多对多等。

动态SQL

动态SQL允许在运行时构建SQL语句。MyBatis提供了<if>、<choose>、<foreach>等标签来构建动态SQL。

OGNL表达式

OGNL表达式用于在MyBatis中执行表达式。OGNL表达式支持对Java对象的属性进行访问、执行逻辑运算等。

分支语句

分支语句允许在动态SQL中根据条件执行不同的SQL片段。例如，可以使用<choose>标签来实现条件分支。

批量操作

批量操作允许一次性执行多个SQL语句。MyBatis提供了<foreach>标签来支持批量操作。

缓存机制

MyBatis提供了缓存机制，包括一级缓存和二级缓存。一级缓存是SqlSession级别的缓存，二级缓存是Mapper级别的缓存。

自定义缓存

自定义缓存允许用户定义自己的缓存实现。通过实现Cache接口，可以创建自定义的缓存。

代理模式

MyBatis使用代理模式来简化数据库操作。通过动态代理技术，MyBatis可以拦截对Mapper接口的调用，并执行相应的数据库操作。

MapperProxy

MapperProxy是MyBatis中用于代理Mapper接口的类。它实现了Mapper接口，并在内部执行数据库操作。

插件拦截

MyBatis插件拦截器可以拦截执行过程，实现自定义逻辑。通过实现Interceptor接口，可以创建自定义的插件。

动态代理执行流程

MyBatis使用动态代理来拦截Mapper接口的调用。当调用Mapper接口的方法时，动态代理会拦截这个调用，并执行相应的数据库操作。

SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis的核心对象，它管理数据库连接和事务。SqlSession的生命周期通常与数据库会话相对应。

执行器类型

MyBatis提供了多种执行器类型，如简单执行器、批量执行器等。不同的执行器类型适用于不同的场景。

延迟加载

延迟加载允许在需要时才加载关联数据。这可以减少数据库的访问次数，提高应用程序的性能。

类型处理器

类型处理器用于处理Java类型与数据库类型之间的转换。MyBatis提供了丰富的类型处理器，支持多种数据类型的转换。

拦截器链

拦截器链允许拦截执行过程，实现自定义逻辑。通过实现Interceptor接口，可以创建自定义的拦截器。

方言支持

MyBatis支持多种数据库方言，如MySQL、Oracle等。这可以简化数据库操作，提高开发效率。

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的紧密联系。并发编程是构建高效、可扩展应用程序的基础，而MyBatis则提供了简化数据库操作的强大工具。在实际开发中，合理运用这两个领域的知识，可以显著提高应用程序的性能和可维护性。

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