Java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）、《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、线程基础、线程生命周期

并发编程是计算机科学的核心概念之一，它涉及如何高效地利用系统资源，实现多个任务并行执行。在Java中，线程（Thread）是并发编程的基础，它允许程序同时执行多个任务，从而提高系统的响应速度和资源利用率。

1. 线程基础 线程是程序执行的最小单元，它包含程序执行的独立路径。在Java中，创建线程主要有两种方式：继承Thread类和实现Runnable接口。

• 继承Thread类：通过继承Thread类并重写run()方法，实现线程的执行逻辑。这种方式较为简单，但存在单继承局限性。
• 实现Runnable接口：通过实现Runnable接口并重写run()方法，将线程的执行逻辑封装在Runnable对象中。这种方式可以实现多线程共享同一个Runnable对象，具有更好的扩展性。

2. 线程生命周期 线程生命周期分为新建（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。

• 新建：通过Thread类或Runnable接口创建的线程处于此状态。
• 就绪：线程已创建，调用start()方法后进入此状态，等待CPU调度。
• 运行：CPU从就绪状态的线程中选取一个进行执行。
• 阻塞：线程执行过程中遇到某些条件无法满足，如获取锁失败，会进入阻塞状态。
• 等待：线程调用wait()方法，进入等待状态，等待被通知唤醒。
• 超时等待：线程调用wait(long timeout)方法，等待指定时间后仍未被通知，进入超时等待状态。
• 终止：线程执行完毕或调用stop()方法后进入终止状态。

3. 线程优先级 Java中，线程优先级分为1-10级，优先级高的线程更可能被CPU选中执行。线程可以通过setPriority(int)方法设置优先级。线程优先级只是CPU调度时的一个建议，实际执行顺序可能因系统负载、线程状态等因素而有所不同。

4. 守护线程 守护线程是随应用程序启动而启动的线程，随应用程序的结束而结束。守护线程主要用于执行一些辅助性任务，如垃圾回收。Java虚拟机在退出时，会先等待所有非守护线程执行完毕，再退出。

5. 线程池 线程池是管理一组线程的机制，用于提高程序执行效率。Java提供了ThreadPoolExecutor类实现线程池，其主要核心参数包括：

• 核心线程数：线程池中始终存在的线程数量。
• 最大线程数：线程池允许的最大线程数量。
• 队列容量：工作队列的最大容量。
• 队列类型：工作队列的类型，如LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue等。
• 拒绝策略：当工作队列已满，无法再添加任务时的处理策略。

6. 同步机制 同步机制用于解决多线程并发访问共享资源时出现的数据不一致问题。Java提供了以下几种同步机制：

• 悲观锁：假设在操作数据期间，数据会被其他线程修改，因此在操作数据前先加锁，直到操作完成才释放锁。Java中的synchronized关键字可以实现悲观锁。
• 乐观锁：假设在操作数据期间，数据不会被其他线程修改，因此使用版本号或时间戳等机制进行检测，若检测到数据已被修改，则重新操作。Java中的乐观锁实现方式有CAS（Compare-And-Swap）和版本号机制。
• 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。Java中的读写锁实现方式有ReentrantReadWriteLock。

7. 并发集合 Java提供了多种并发集合，如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等，以提高集合操作在并发环境下的效率。这些并发集合在内部采用了多种并发控制机制，如分段锁、CAS操作等，以保证线程安全。

8. 非阻塞算法、CAS原理和Atomic类 非阻塞算法是一种在多线程环境中，不使用锁或同步机制来保证线程安全的算法。CAS（Compare-And-Swap）是一种非阻塞算法，它通过原子操作来实现线程安全。Java中的Atomic类提供了多种原子操作类，如AtomicInteger、AtomicLong等，用于实现线程安全的操作。

9. 无锁队列和并发框架 无锁队列是一种在多线程环境中不使用锁的队列，如ConcurrentLinkedQueue。并发框架如Netty、Akka、Disruptor等，提供了高性能的并发编程解决方案。这些框架在内部采用了多种并发控制机制，如无锁队列、线程池、消息队列等，以提高系统的并发性能。

二、MyBatis知识体系、SQL映射、注解映射结果集映射关联查询

MyBatis是一个基于Java的持久层框架，它将数据库操作封装成对象，降低了数据库操作的复杂性。

1. SQL映射 SQL映射是将Java对象与数据库表之间的映射关系定义在XML文件中。MyBatis提供了丰富的SQL映射标签，如select、insert、update、delete等。

• select标签：用于执行查询操作，将查询结果映射到Java对象中。
• insert标签：用于执行插入操作，将Java对象映射到数据库表中。
• update标签：用于执行更新操作，将Java对象映射到数据库表中。
• delete标签：用于执行删除操作，根据条件删除数据库表中的数据。

2. 注解映射 MyBatis还支持使用注解来实现SQL映射，将Java对象与数据库表之间的映射关系定义在Java代码中。常用的注解有@Select、@Insert、@Update、@Delete等。

3. 结果集映射 结果集映射用于将数据库查询结果映射到Java对象中，包括单列映射、多列映射、对象映射和集合映射。

• 单列映射：将查询结果的一列映射到Java对象的属性中。
• 多列映射：将查询结果的多列映射到Java对象的属性中。
• 对象映射：将查询结果映射到Java对象中，包括嵌套对象映射。
• 集合映射：将查询结果映射到Java对象的集合属性中。

4. 关联查询 关联查询用于解决一对多、多对多等复杂关系的数据查询，MyBatis通过嵌套查询和关联查询标签来实现关联查询。

• 嵌套查询：通过select标签嵌套查询关联表数据，实现一对多关系查询。
• 关联查询标签：通过@One、@Many等注解实现关联查询。

5. 动态SQL 动态SQL用于根据不同条件动态构建SQL语句，MyBatis提供了丰富的动态SQL标签，如 、 、 等。

• 标签：根据条件判断是否执行SQL片段。
• 标签：根据多个条件判断执行不同的SQL片段。
• 标签：遍历集合，生成循环SQL片段。

6. OGNL表达式和分支语句 OGNL表达式是Object-Graph Navigation Language的缩写，用于在MyBatis中进行复杂的数据查询和条件判断。分支语句用于根据不同条件执行不同的SQL映射。

• OGNL表达式：根据对象属性路径访问对象属性值。
• 分支语句：根据条件执行不同的SQL映射。

7. 批量操作 MyBatis支持批量操作，如批量插入、批量更新等，通过 标签实现。

• 标签：遍历集合，生成循环SQL片段，实现批量操作。

8. 缓存机制 MyBatis提供了缓存机制，分为一级缓存和二级缓存。

• 一级缓存：基于SqlSession的生命周期，用于存储最近一次查询结果的缓存。
• 二级缓存：基于namespace的生命周期，用于存储查询结果的缓存。

9. 自定义缓存和代理模式 MyBatis允许自定义缓存，实现更复杂的缓存策略。代理模式用于在MyBatis中实现动态代理，如MapperProxy。

10. 执行流程、SqlSession生命周期和执行器类型 MyBatis的执行流程包括：解析XML配置、生成代理对象、执行SQL语句、映射结果集、处理异常等。SqlSession是MyBatis的核心对象，用于执行数据库操作。执行器类型包括简单执行器、批处理执行器和分页执行器。

11. 延迟加载和扩展机制 MyBatis支持延迟加载，即在需要时才加载关联数据。扩展机制包括类型处理器、拦截器链和方言支持，用于扩展MyBatis的功能。

综上所述，并发编程和MyBatis在Java开发中扮演着重要角色。了解并发编程知识体系，掌握线程基础、线程生命周期、同步机制等，有助于提高程序性能和稳定性。同时，熟练运用MyBatis的SQL映射、注解映射、结果集映射、关联查询等知识，可以提高数据库操作的效率。在实际开发中，结合并发编程和MyBatis的优势，可以构建高性能、可扩展的系统。

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