Java JVM & Spring Boot 深入解析-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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一、JVM知识体系

类加载机制

在JVM中，类加载机制是确保Java代码能够正确运行的关键。类加载过程涉及以下几个关键步骤：

加载：在这个过程中，JVM通过类加载器查找并加载指定名称的类或接口的.class文件。类加载器可以是启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）、扩展类加载器（Extension ClassLoader）或应用程序类加载器（Application ClassLoader）。
验证：在类加载完成后，JVM会验证类文件的有效性，确保没有违反Java语言规范的问题，如访问权限、字节码结构等。
准备：为类变量分配内存并设置默认初始值。对于静态变量，JVM会在类加载阶段进行初始化。
解析：将类、接口、字段和方法的符号引用替换为直接引用。
初始化：执行类的初始化代码，包括静态代码块和静态变量赋值。这个过程是类加载的最后一步。

双亲委派模型

双亲委派模型是一种类加载策略，它要求子类加载器首先委托给父类加载器尝试加载类。这种模型的实现细节包括：

当子类加载器请求加载一个类时，它会先询问父类加载器是否已经加载了这个类。
如果父类加载器已经加载了这个类，则直接返回这个类的实例。
如果父类加载器没有加载这个类，则子类加载器会尝试自己加载这个类。

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加载类。实现自定义类加载器需要继承java.lang.ClassLoader类并重写以下方法：

findClass(String name)：负责查找并返回指定名称的类。
loadClass(String name)：负责将类加载到JVM中。

模块化系统（JPMS）

Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的模块化系统，它通过模块定义文件（module-info.java）来声明模块的依赖关系。模块化系统的实现细节包括：

模块：模块是JVM中可重用的代码单元，它通过模块定义文件声明其依赖关系。
模块路径：模块路径定义了模块中包含的类文件的位置。
模块版本：模块版本用于标识模块的不同版本。

内存模型

JVM内存模型包括以下运行时数据区：

堆：堆是JVM中最大的内存区域，用于存储所有实例和数组对象。堆的内存分配和回收由垃圾回收器管理。
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的参数。栈的内存分配和回收是自动的。
方法区：方法区用于存储类信息、静态变量和常量池。方法区的内存分配和回收同样由垃圾回收器管理。
PC寄存器：PC寄存器存储当前线程所执行的指令地址。

内存溢出场景分析

内存溢出的常见场景包括：

大对象生成：频繁创建大对象，如大数组或大数据结构，可能导致堆空间不足。
循环引用：对象之间相互引用，形成循环，导致垃圾回收器无法回收这些对象。
内存泄漏：资源未正确释放，如数据库连接、文件句柄等，导致内存占用不断增加。

垃圾回收

垃圾回收是JVM自动管理内存的过程。垃圾回收的实现细节包括：

GC Roots可达性分析：从GC Roots开始，向上遍历，判断对象是否可达，不可达的对象将被回收。
分代收集理论：将内存划分为不同的区域，针对不同区域采用不同的回收策略。
引用类型：包括强引用、软引用、弱引用和虚引用，不同引用类型在内存回收过程中的作用不同。
垃圾回收算法：包括标记-清除算法、复制算法和整理算法。

并发收集器

并发收集器允许垃圾回收线程与应用程序线程同时运行，以降低停顿时间。并发收集器的实现细节包括：

CMS（Concurrent Mark Sweep）：以降低停顿时间为目标，适用于响应时间敏感的应用场景。
G1（Garbage-First）：以减少停顿时间为目标，适用于大内存场景。
ZGC（Z Garbage Collector）：以低延迟为目标，适用于需要高并发性能的场景。

停顿时间控制策略

为了提高应用程序的性能，JVM提供了多种停顿时间控制策略，如自适应大小堆、并行垃圾回收等。

性能调优

性能调优是JVM优化的重要环节，主要包括以下方面：

JVM参数配置：通过调整JVM参数，如-Xms、-Xmx等，来优化内存分配策略。
内存泄漏诊断：通过分析堆转储文件和线程转储文件，定位内存泄漏问题。
JIT编译优化：JIT编译器在运行时对字节码进行优化，以提高执行效率。

二、Spring Boot知识体系

自动配置

Spring Boot自动配置的核心原理是通过条件化配置和自动配置类来实现。实现细节包括：

@EnableAutoConfiguration注解：标记一个配置类，Spring Boot会自动查找并启用所有符合条件的自动配置类。
条件化配置：通过@Conditional注解及其衍生注解，可以实现按需配置，例如@ConditionalOnClass、@ConditionalOnProperty等。
自定义Starter：通过创建一个Starter项目，将所需的依赖和配置封装起来，方便其他项目依赖。

起步依赖

起步依赖（Starters）是Spring Boot的核心特性之一，它将常用库的依赖关系封装在一个模块中。实现细节包括：

起步依赖模块：每个起步依赖模块都包含了一组预定义的依赖关系。
依赖管理：Spring Boot使用Maven或Gradle进行依赖管理，其中BOM（Bill of Materials）文件用于定义项目依赖的版本信息。

依赖管理机制

Spring Boot使用Maven或Gradle进行依赖管理，其中BOM（Bill of Materials）文件用于定义项目依赖的版本信息。实现细节包括：

BOM文件：BOM文件定义了项目依赖的版本信息，避免版本冲突。
依赖排除：通过排除依赖或升级依赖版本，可以解决Spring Boot项目中出现的版本冲突问题。

第三方库集成模式

Spring Boot支持多种第三方库集成模式，包括：

依赖注入：通过Spring框架实现组件的依赖注入。
AOP（面向切面编程）：实现横切关注点，如日志、事务管理等。
数据访问：支持多种数据访问技术，如JPA、MyBatis等。

Actuator

Spring Boot Actuator是一个监控和管理生产环境中的应用程序的工具集。实现细节包括：

健康检查：提供端点API，用于检查应用程序的健康状态。
度量指标收集：收集应用程序的性能指标，如内存使用率、CPU使用率等。
自定义Endpoint开发：用户可以根据需求开发自定义的端点。

配置文件管理

Spring Boot支持多环境配置，通过配置文件名称来区分不同环境的配置。实现细节包括：

配置文件名称：配置文件名称通常以application-{profile}.yml的形式存在，其中{profile}表示不同的环境，如开发环境（dev）、生产环境（prod）等。
配置加载优先级：配置加载优先级为application-{profile}.yml > application.yml。

动态配置刷新

Spring Boot支持动态配置刷新，允许在生产环境中实时更新配置而无需重启应用程序。实现细节包括：

动态配置端点：Spring Boot提供了动态配置端点，允许客户端实时获取和更新配置。
配置更新机制：当配置更新时，Spring Boot会自动重新加载配置并更新应用程序。

监控与日志

Spring Boot集成Micrometer进行监控，集成Logback/SLF4J进行日志配置。实现细节包括：

Micrometer：支持多种监控系统，如Prometheus、InfluxDB等。
Logback/SLF4J：提供丰富的日志配置选项，如日志级别、日志格式等。

分布式链路追踪扩展机制

Spring Boot支持分布式链路追踪，如Zipkin、Jaeger等，实现跨服务跟踪。实现细节包括：

链路追踪框架：Spring Boot支持多种链路追踪框架，如Zipkin、Jaeger等。
链路追踪数据收集：链路追踪框架通过收集请求的上下文信息，实现跨服务跟踪。

自定义AutoConfigurationBean生命周期扩展点

用户可以通过实现自定义的AutoConfiguration类，来扩展Spring Boot的自动配置功能。实现细节包括：

自定义AutoConfiguration类：通过实现AutoConfiguration接口，自定义自动配置类。
生命周期扩展点：Spring Boot提供了生命周期扩展点，允许自定义自动配置类在特定生命周期阶段执行操作。

响应式编程支持

Spring Boot支持响应式编程，通过Spring WebFlux框架实现。实现细节包括：

Spring WebFlux：Spring WebFlux是一个基于响应式编程的Web框架，它使用Reactor库来处理异步事件。
响应式编程模型：Spring WebFlux使用响应式编程模型，允许异步处理请求并返回异步响应。

总结：

本文从JVM和Spring Boot两个方面，详细介绍了相关知识点。通过对这些知识点的深入了解，可以帮助读者更好地掌握Java应用开发和优化。

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