JVM与Spring Boot核心解析-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）、《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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Java程序员廖志伟

💡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。

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一、JVM知识体系

类加载机制 JVM的类加载机制是Java运行时环境的关键组成部分，它确保了Java代码的运行安全性和动态性。类加载器负责从文件系统或网络中加载类定义，并将其转换成运行时可以使用的Java类型（Class对象）。类加载过程涉及多个类加载器，如Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader和Application ClassLoader。
类加载过程类加载过程分为加载、验证、准备、解析和初始化五个阶段。
- 加载：类加载器将类文件读入内存，并为之生成一个Class对象。
- 验证：确保类文件信息符合JVM规范，没有安全风险。
- 准备：为类变量分配内存，并设置默认初始值。
- 解析：将符号引用转换为直接引用，包括类、接口、字段和方法的解析。
- 初始化：执行类构造器（ ()方法），初始化类变量、静态代码块和父类。
双亲委派模型双亲委派模型要求类加载器首先请求其父类加载器进行类加载，只有当父类加载器无法完成加载时，才由自己尝试加载。这种模型确保了类型安全，防止了不同版本的类库之间的冲突。
自定义类加载器自定义类加载器允许开发者实现特定的类加载逻辑，如实现URLClassLoader来加载特定目录下的类文件，或者实现一个类加载器来加载加密的类文件。
模块化系统（JPMS） JPMS是Java 9引入的模块化系统，它通过模块定义文件（module-info.java）来组织代码，提高了Java程序的部署效率和安全性。
内存模型 JVM内存模型包括堆、栈、方法区、PC寄存器、本地方法栈和直接内存等区域。
- 堆：用于存储对象实例和数组的内存区域，是垃圾回收的主要区域。
- 栈：每个线程都有自己的栈，用于存储局部变量和部分对象实例。
- 方法区：存储类信息、常量、静态变量等数据，是永久代或元空间的存储区域。
- PC寄存器：用于存储当前线程所执行的指令索引。
内存溢出场景分析内存溢出通常发生在堆内存不足、栈内存不足、方法区内存不足等情况。针对不同场景，可以采取以下优化措施：
- 堆内存不足：增加JVM堆内存大小（-Xmx）。
- 栈内存不足：增加JVM栈内存大小（-Xss）。
- 方法区内存不足：增加永久代或元空间大小（-XX:MaxPermSize或-XX:MaxMetaspaceSize）。
垃圾回收 JVM的垃圾回收机制通过标记-清除、复制、标记-整理、标记-清除-整理等算法来回收不再使用的对象占用的内存资源。
垃圾回收算法
- 标记-清除算法：首先标记所有可达对象，然后清除未被标记的对象。
- 复制算法：将对象分为新生代和老年代，每次回收只清理一半，减少内存碎片。
- 整理算法：优化复制算法，避免内存碎片。
并发收集器
- CMS（Concurrent Mark Sweep）：适用于对响应时间有较高要求的场景，通过并发标记和清理来减少停顿时间。
- G1（Garbage-First）：适用于大堆内存的场景，通过将堆内存分割成多个区域，优先回收垃圾最多的区域。
- ZGC（Z Garbage Collector）：适用于对响应时间有极高要求的场景，提供低延迟、低暂停时间的垃圾回收。
停顿时间控制策略
- 设置垃圾回收器启动参数，如MaxGCPauseMillis、GCTimeRatio等。
- 选择合适的垃圾回收器，如CMS、G1等。
性能调优
- JVM参数配置：如Xms、Xmx、MaxHeapFreeRatio等。
- 内存泄漏诊断：使用JVM内置工具（如jhat、MAT等）进行诊断。
- JIT编译优化：JIT编译器将字节码编译成机器码，提高程序运行效率。

二、Spring Boot知识体系

自动配置 Spring Boot通过自动配置功能，根据项目依赖自动配置Spring应用程序。例如，如果项目中包含了Spring Data JPA依赖，Spring Boot会自动配置数据库连接池、事务管理等。
@EnableAutoConfiguration原理 @EnableAutoConfiguration注解通过扫描类路径下的所有类，并基于条件化配置规则自动配置依赖项。条件化配置规则通常使用@Conditional注解及其子注解来实现。
条件化配置（@Conditional）条件化配置允许用户根据特定条件启用或禁用某些配置。例如，可以使用@ConditionalOnClass、@ConditionalOnMissingBean等注解来根据类是否存在或Bean是否存在来决定是否配置某些功能。
自定义Starter开发自定义Starter可以帮助开发者快速集成常用的库和配置。开发自定义Starter通常涉及创建一个Maven项目，并添加必要的依赖项和自动配置代码。
起步依赖 Spring Boot提供了丰富的起步依赖，包括Web、数据库、缓存等，方便用户快速构建项目。
依赖管理机制使用Maven或Gradle进行依赖管理，BOM（Bill of Materials）文件用于管理依赖项的版本，确保项目的一致性。
版本冲突解决使用Maven的依赖树和Gradle的依赖图，分析版本冲突，并解决冲突。通常需要调整依赖项的版本或使用排除依赖来解决问题。
第三方库集成模式通过添加依赖项或配置文件，集成第三方库，如数据库连接池、缓存等。例如，使用HikariCP作为数据库连接池，使用Redis作为缓存。
Actuator Spring Boot Actuator提供了一系列端点，用于监控和管理应用程序。例如，/health端点可以用来检查应用程序是否正常运行。
健康检查端点健康检查端点可以用来检查应用程序是否正常运行。Spring Boot提供了多种健康指示器，如DataSourceHealthIndicator、RedisHealthIndicator等。
度量指标收集通过集成Micrometer、Dropwizard Metrics等工具，收集应用程序的性能指标。这些指标可以用于监控和告警。
自定义Endpoint开发用户可以自定义Endpoint，实现自己的监控和管理功能。自定义Endpoint可以通过实现HealthIndicator接口或使用@Endpoint注解来实现。
配置文件管理 Spring Boot支持多环境配置，如开发环境、测试环境、生产环境。配置文件包括bootstrap.properties/yml和application.properties/yml，以及根据环境命名的配置文件。
配置加载优先级配置文件的加载顺序为：bootstrap.properties/yml → application.properties/yml → application-{profile}.properties/yml。
动态配置刷新通过Spring Cloud Config或Spring Cloud Bus等工具，实现动态配置刷新。这允许在运行时更改配置，而无需重新部署应用程序。
监控与日志集成Micrometer、Prometheus等工具进行监控；集成Logback/SLF4J进行日志配置。监控可以提供实时性能数据，日志记录可以提供调试和审计信息。
分布式链路追踪集成Zipkin、Jaeger等工具进行分布式链路追踪。链路追踪可以帮助开发者理解分布式系统的运行情况，并快速定位问题。
扩展机制用户可以通过实现自定义AutoConfiguration、BeanPostProcessor等机制，扩展Spring Boot功能。
响应式编程支持 Spring Boot 5及以上版本支持响应式编程，方便用户构建异步、非阻塞应用程序。响应式编程可以使用WebFlux框架来实现。

总结本文深入解析了JVM和Spring Boot的核心知识体系，通过补充技术实现细节，提升了文章的专业性和技术深度。通过学习和应用这些知识，读者可以更好地构建高性能、可扩展的Java应用程序。

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Java程序员廖志伟

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