JVM与Spring Boot核心知识-CSDN博客

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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）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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一、JVM知识体系

类加载机制

类加载机制是JVM的核心功能之一，它确保了Java程序能够动态地加载和运行。类加载过程涉及以下技术细节：

加载：在类加载阶段，JVM通过类加载器查找并加载类的.class文件。类加载器包括启动类加载器（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JVM核心库，如rt.jar中的类。扩展类加载器负责加载JVM扩展库，如javax.*包。应用类加载器负责加载用户自定义的类库。
连接：连接阶段包括验证、准备和解析三个子阶段。验证过程确保类文件的格式正确，并检查类文件中的字节码指令不会违反JVM的安全规则。准备阶段为类变量分配内存，并设置默认初始值。解析阶段将符号引用转换为直接引用，即类、接口、字段和方法的直接引用。
初始化：初始化阶段是类加载过程的最后一个阶段，它负责执行类构造器 ()方法。在这个方法中，可以执行类变量的赋值操作、初始化静态变量等。

双亲委派模型

双亲委派模型是一种安全机制，它要求子类加载器首先委托父类加载器尝试加载类。这种模型可以避免类加载过程中的命名冲突，并确保JVM核心类库的安全性。

委托过程：当子类加载器收到类加载请求时，它会首先请求其父类加载器加载该类。如果父类加载器无法加载，则子类加载器尝试自己加载。
打破双亲委派：在某些场景下，如模块化系统，需要打破双亲委派模型。例如，OSGi模块化系统允许自定义类加载器，实现模块之间的隔离。

自定义类加载器

自定义类加载器允许开发者根据特定需求实现类加载逻辑。例如，可以实现一个类加载器，从特定的文件系统或网络资源加载类。

继承ClassLoader：自定义类加载器通常继承自ClassLoader类。
findClass方法：重写findClass方法，实现类文件的查找和加载。

模块化系统（JPMS）

Java Platform Module System（JPMS）是一种模块化系统，它将应用程序分解为多个模块，提高了系统性能和安全性。

模块定义：每个模块都包含一组类文件和资源文件，并通过module-info.java文件声明模块依赖。
模块解析：JVM使用模块解析器解析模块依赖，并确定模块之间的依赖关系。

内存模型

JVM的内存模型是JVM运行时环境的核心组成部分，它定义了JVM内存的布局和访问规则。

运行时数据区：运行时数据区包括堆、栈、方法区和PC寄存器。
- 堆：堆是JVM中所有类实例和数组的内存区域。垃圾回收器主要在堆上进行内存回收。
- 栈：栈是线程私有的内存区域，用于存储局部变量和方法调用栈。
- 方法区：方法区存储类信息、常量、静态变量等。
- PC寄存器：PC寄存器存储当前线程所执行的指令的地址。
内存溢出场景分析：内存溢出是指JVM的内存使用超过可用内存的情况。常见的内存溢出场景包括堆内存溢出、栈内存溢出和方法区溢出。
直接内存管理：直接内存管理是指JVM使用NIO API时，在堆外分配内存，不受垃圾回收器管理。

垃圾回收

垃圾回收是JVM自动管理内存的重要机制，它通过回收不再使用的对象来释放内存。

GC Roots可达性分析：GC Roots是指从根节点开始，可以访问到的所有对象。垃圾回收器通过分析GC Roots来决定哪些对象是可达的，哪些是不可达的。
分代收集理论：JVM将内存分为Young区、Old区和持久代，分别对应不同的垃圾回收策略。
引用类型：Java中的引用类型包括强引用、软引用、弱引用和虚引用。
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。
并发收集器：并发收集器如CMS（Concurrent Mark Sweep）和G1（Garbage-First）可以减少垃圾回收的停顿时间。
停顿时间控制策略：JVM提供了多种策略来控制垃圾回收的停顿时间，如G1的停顿时间目标。
性能调优：通过JVM参数配置和内存泄漏诊断来优化JVM性能。

二、Spring Boot知识体系

自动配置

Spring Boot通过自动配置功能，根据添加的依赖自动配置Spring应用。

@EnableAutoConfiguration原理：@EnableAutoConfiguration注解通过类路径下META-INF/spring.factories文件中的配置，自动配置Spring应用。
条件化配置（@Conditional）：条件化配置允许根据特定条件动态启用或禁用配置。
自定义Starter开发：自定义Starter可以帮助开发者快速集成第三方库。

起步依赖

起步依赖是一组预定义的依赖，可以帮助开发者快速构建Spring Boot应用。

依赖管理机制（BOM文件）：BOM（Bill of Materials）文件用于管理依赖的版本，解决版本冲突问题。
第三方库集成模式：Spring Boot支持多种第三方库集成模式，如依赖注入、事件监听等。

Actuator

Spring Boot Actuator提供了一系列端点，用于监控和管理Spring Boot应用。

健康检查端点：健康检查端点可以检查应用的健康状态。
度量指标收集：度量指标收集可以帮助开发者了解应用性能。
自定义Endpoint开发：自定义Endpoint允许开发者扩展Actuator功能。

配置文件管理

Spring Boot支持多环境配置，如application-{profile}.yml。

配置加载优先级：配置加载优先级决定了配置文件的加载顺序。
动态配置刷新：动态配置刷新允许在运行时更新配置。

监控与日志

Spring Boot提供了多种监控和日志配置选项。

Micrometer集成：Micrometer是Spring Boot的度量指标集成框架。
Logback/SLF4J配置：Spring Boot支持Logback和SLF4J日志框架。

分布式链路追踪

Spring Boot支持分布式链路追踪，如Zipkin和Jaeger。

Zipkin：Zipkin是一个分布式追踪系统，可以帮助开发者追踪分布式系统中各个组件之间的调用关系。
Jaeger：Jaeger是一个开源的分布式追踪系统，可以与其他分布式系统集成。

扩展机制

Spring Boot提供了多种扩展机制，如自定义AutoConfigurationBean和生命周期扩展点。

自定义AutoConfigurationBean：自定义AutoConfigurationBean允许开发者扩展Spring Boot的自动配置功能。
生命周期扩展点：生命周期扩展点允许开发者扩展Spring Boot的生命周期事件。

响应式编程支持

Spring Boot支持响应式编程，如Spring WebFlux。

响应式编程：响应式编程是一种异步编程范式，它允许程序以非阻塞的方式处理事件和消息。
Spring WebFlux：Spring WebFlux是一个响应式Web框架，它允许开发者使用异步和非阻塞的方式来处理HTTP请求。

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