JVM与Spring Boot核心解析-CSDN博客

📕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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JVM知识体系补充说明

类加载机制

加载阶段：在加载阶段，JVM通过类加载器（ClassLoader）读取.class文件。Java提供了三种类型的类加载器：启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）、扩展类加载器（Extension ClassLoader）和应用类加载器（Application ClassLoader）。启动类加载器负责加载<JAVA_HOME>/lib目录下的.jar或.class文件，扩展类加载器负责加载<JAVA_HOME>/lib/ext目录下的.jar文件，应用类加载器负责加载用户类路径（classpath）上的.jar或.class文件。
连接阶段：在连接阶段，JVM会进行验证，确保.class文件符合Java规范；进行准备，为类变量分配内存并设置默认值；进行解析，将符号引用转换为直接引用。
初始化阶段：在初始化阶段，JVM会执行类构造器<clinit>()方法，该方法是编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并产生的。

双亲委派模型

双亲委派模型的核心思想是Java应用中的类加载器首先委托给父类加载器进行加载，只有当父类加载器无法完成加载任务时，才自己去加载。这种模型的优点是避免类的重复加载，防止不同版本的类加载到JVM中，保证类型安全。

自定义类加载器

自定义类加载器允许开发者实现自己的类加载逻辑，例如实现URLClassLoader来加载网络资源或实现FileClassLoader来加载本地文件系统中的类。

模块化系统（JPMS）

Java Platform Module System（JPMS）通过模块的概念来组织代码，每个模块包含一组类和资源，模块之间通过模块间接口（Module Interface）进行交互。模块化系统提供了更好的隔离性、可扩展性和可替换性。

内存模型

运行时数据区

堆：堆是JVM管理的内存中最大的一块区域，用于存储几乎所有的对象实例和数组的实例。堆内存是垃圾回收的主要区域。
栈：栈是线程私有的内存区域，用于存储局部变量表、操作数栈、方法出口等信息。栈内存的分配和回收速度快，但容量有限。
方法区：方法区用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等数据。方法区是全局共享的，多个线程可以访问。
PC寄存器：PC寄存器用于存储指向下一条指令的指针。当线程开始执行时，PC寄存器指向方法区的第一条指令。

内存溢出场景分析

内存溢出通常发生在堆空间不足的情况下，可能导致JVM崩溃。常见的内存溢出场景包括：

大量对象创建：频繁创建对象会导致堆空间不足。
循环引用：循环引用会导致垃圾回收器无法回收对象。
大对象分配：大对象分配可能导致内存碎片化，影响性能。

直接内存管理

直接内存是JVM堆空间之外的内存区域，用于存储大对象或频繁读写的数据，如NIO缓冲区。直接内存不受垃圾回收器的管理，需要手动分配和释放。

垃圾回收

GC Roots可达性分析

GC Roots是垃圾回收算法中的一个概念，它指的是一组对象，这些对象是垃圾回收的起点。垃圾回收器通过遍历GC Roots，找出所有可达的对象，然后回收不可达的对象。

分代收集理论

分代收集理论将堆内存分为几个区域，如Young区、Old区等，不同区域采用不同的回收策略。例如，Young区采用复制算法，Old区采用标记-清除或标记-整理算法。

引用类型

引用类型包括强引用、软引用、弱引用和虚引用。强引用是最常见的引用类型，软引用和弱引用在内存不足时可以被垃圾回收器回收，虚引用则没有任何引用关系，仅用于对象被回收时的通知。

垃圾回收算法

常见的垃圾回收算法包括标记-清除、复制和整理算法。标记-清除算法将对象分为可回收和不可回收两部分，复制算法将对象复制到新的内存区域，整理算法则对内存进行整理。

并发收集器

并发收集器允许垃圾回收与应用程序的运行同时进行，常见的并发收集器有CMS和G1。并发收集器可以减少应用程序的停顿时间，提高性能。

停顿时间控制策略

停顿时间控制策略旨在控制垃圾回收过程中应用程序的停顿时间，如G1的并发标记阶段。通过控制停顿时间，可以提高应用程序的响应速度。

性能调优

JVM性能调优包括JVM参数配置、内存泄漏诊断和JIT编译优化等方面。通过调整JVM参数，可以优化内存使用、垃圾回收和性能。

Spring Boot知识体系补充说明

自动配置

Spring Boot的自动配置功能可以自动配置Spring应用程序，它基于一系列的条件判断，如类路径下是否存在某个库、配置文件中是否存在某个属性等。

@EnableAutoConfiguration原理：@EnableAutoConfiguration注解通过扫描类路径下的所有配置类，并根据条件判断自动配置相应的Bean。它使用了SpringFactoriesLoader来加载配置类。
条件化配置（@Conditional）：条件化配置允许开发者根据特定的条件来启用或禁用配置，如@ConditionalOnClass、@ConditionalOnProperty等。
自定义Starter开发：自定义Starter可以帮助开发者将一些常用的库和配置封装起来，方便其他开发者使用。
起步依赖：起步依赖是Spring Boot中的一种依赖管理机制，它通过引入一系列的依赖来简化项目的构建。
依赖管理机制（BOM文件）：BOM（Bill of Materials）文件用于管理项目中的依赖版本，确保项目的一致性。
版本冲突解决：版本冲突是项目构建中常见的问题，Spring Boot通过依赖管理机制来解决版本冲突。
第三方库集成模式：Spring Boot支持多种第三方库集成模式，如SPI、自动配置等。

Actuator

Actuator是Spring Boot提供的一个端点，用于监控和管理应用程序。

健康检查端点：健康检查端点可以检查应用程序的健康状态，如内存使用情况、数据库连接等。
度量指标收集：度量指标收集可以帮助开发者了解应用程序的性能和资源使用情况。
自定义Endpoint开发：自定义Endpoint允许开发者根据需求扩展Actuator的功能。

配置文件管理

Spring Boot使用配置文件来管理应用程序的配置信息。

多环境配置（application-{profile}.yml）：多环境配置允许开发者为不同的环境（如开发、测试、生产）配置不同的配置信息。
配置加载优先级：配置加载优先级决定了配置信息的优先级，如本地配置文件优先于远程配置文件。
动态配置刷新：动态配置刷新允许开发者实时更新配置信息，而无需重启应用程序。

监控与日志

Spring Boot提供了多种监控和日志解决方案。

Micrometer集成：Micrometer是一个度量指标收集库，可以与多种监控系统集成。
Logback/SLF4J配置：Logback和SLF4J是Java日志框架，Spring Boot支持它们的集成。

分布式链路追踪

分布式链路追踪可以帮助开发者了解分布式系统的调用链路。

自定义AutoConfigurationBean生命周期扩展点：自定义AutoConfigurationBean生命周期扩展点允许开发者根据需求扩展Spring Boot的生命周期。
响应式编程支持：Spring Boot支持响应式编程，如Spring WebFlux。

总结

本文详细介绍了JVM和Spring Boot的知识体系，包括类加载机制、内存模型、垃圾回收、自动配置、配置文件管理、分布式链路追踪等方面。通过这些知识点的串联，读者可以更好地理解JVM和Spring Boot的工作原理，并能够将其应用于实际项目中。

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