📕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、JVM知识体系
Java虚拟机（JVM）是Java程序运行的平台，它负责执行Java字节码。JVM知识体系涵盖了从类加载、内存管理到垃圾回收等多个方面。
- 类加载机制
类加载机制是JVM的核心功能之一，负责将Java源代码编译成的字节码加载到JVM中。类加载过程主要包括三个阶段：加载、连接和初始化。
（1）加载：将类的.class文件读取到JVM中，并为之创建一个Class对象。在加载过程中，JVM会使用类加载器（ClassLoader）来查找和加载类。类加载器分为启动类加载器（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自身运行时所需的库，如rt.jar等。它使用原生代码实现，无法被Java程序直接引用。
- 扩展类加载器：负责加载Java的扩展库，如javax.*包等。它继承自启动类加载器。
- 应用类加载器：负责加载用户自定义的类库。它继承自扩展类加载器。
（2）连接：验证类信息，准备类变量，解析符号引用。连接阶段分为验证、准备和解析三个子阶段。
- 验证：确保类在运行时符合JVM规范，包括字节码验证、符号引用验证等。
- 准备：为类变量分配内存，并设置默认初始值。
- 解析：将符号引用替换为直接引用，如将类名替换为类的内存地址。
（3）初始化：执行类的初始化代码，如静态初始化块和静态变量赋值。初始化阶段主要执行静态代码块和静态变量赋值操作。
- 双亲委派模型
双亲委派模型是JVM类加载机制的核心原则之一。它要求子类加载器先委托父类加载器加载类，只有当父类加载器无法加载时，才由子类加载器尝试加载。这种模型有助于避免类的重复加载，并保证类型安全。
- 模块化系统（JPMS）
Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的一种模块化系统，它允许将JVM应用程序分解为多个模块，从而提高系统性能和安全性。模块化系统通过模块描述符（module-info.java）来定义模块的依赖关系和权限。
- 内存模型
JVM内存模型包括堆、栈、方法区、PC寄存器等几个部分。
（1）堆：存储所有类的实例和数组的对象。堆内存是动态分配的，由垃圾回收器管理。
- 堆内存分为新生代和老年代。新生代用于存放新创建的对象，老年代用于存放长期存活的对象。
- 垃圾回收器在新生代使用复制算法，在老年代使用标记-清除或标记-整理算法。
（2）栈：存储局部变量和方法调用的上下文。栈内存是线程私有的，生命周期与线程相同。
（3）方法区：存储类信息、常量池、静态变量等。方法区是全局共享的，生命周期与JVM相同。
（4）PC寄存器：存储当前线程所执行的指令地址。PC寄存器是线程私有的，生命周期与线程相同。
- 内存溢出场景分析
内存溢出是指JVM内存不足，导致程序无法正常运行。常见场景包括：
（1）堆内存溢出：创建过多对象，导致堆内存不足。可以通过调整JVM堆内存参数（如-Xms、-Xmx）来解决这个问题。
（2）栈内存溢出：方法调用太深，导致栈内存不足。可以通过调整JVM栈内存参数（如-Xss）来解决这个问题。
（3）方法区溢出：类定义过多，导致方法区内存不足。可以通过调整JVM方法区参数（如-XX:MaxPermSize）来解决这个问题。
- 垃圾回收
垃圾回收是JVM自动回收不再使用的对象所占用的内存。垃圾回收过程包括以下步骤：
（1）GC Roots可达性分析：从GC Roots开始，向上遍历所有可达对象，确定哪些对象是可达的。
（2）分代收集理论：将对象分为新生代和老年代，分别采用不同的垃圾回收算法。
（3）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。
（4）垃圾回收算法：标记-清除、复制、整理算法。
（5）并发收集器：CMS、G1、ZGC。
（6）停顿时间控制策略：降低垃圾回收过程中的停顿时间。
（7）性能调优：JVM参数配置（Xms、Xmx等）。
（8）内存泄漏诊断：通过分析内存占用情况，找出内存泄漏的原因。
（9）JIT编译优化：JVM在运行时对字节码进行优化，提高程序性能。
二、Spring Boot知识体系
Spring Boot是Spring框架的一个模块，它简化了Spring应用的创建和配置过程。
- 自动配置
Spring Boot自动配置是通过@EnableAutoConfiguration注解实现的。当应用启动时，Spring Boot会根据类路径下添加的jar依赖，自动配置相应的Bean。
（1）自动配置原理：Spring Boot通过Spring的类路径扫描机制，将所有符合条件的Bean自动注册到Spring容器中。这些Bean通常实现了Spring的Condition接口，用于判断是否满足特定条件。
（2）条件化配置（@Conditional）：条件化配置允许在满足特定条件时才创建Bean。@Conditional注解可以应用于类、方法或字段。例如，@ConditionalOnClass注解用于判断类路径下是否存在特定类。
- @EnableAutoConfiguration原理
@EnableAutoConfiguration原理是通过Spring的类路径扫描机制，将所有符合条件的Bean自动注册到Spring容器中。这些Bean通常实现了Spring的Condition接口，用于判断是否满足特定条件。
- 条件化配置（@Conditional）
条件化配置允许在满足特定条件时才创建Bean。@Conditional注解可以应用于类、方法或字段。
- 自定义Starter开发
自定义Starter可以简化第三方库的集成。开发自定义Starter需要创建一个Maven项目，并添加必要的依赖。
- 起步依赖、依赖管理机制（BOM文件）
起步依赖是Spring Boot提供的预定义依赖集合，用于简化项目配置。BOM文件（Bill of Materials）用于管理依赖版本。
- 版本冲突解决
解决版本冲突的方法包括：使用依赖管理机制、升级依赖版本、排除依赖等。
- 第三方库集成模式
第三方库集成模式包括：直接依赖、传递依赖、可选依赖等。
- Actuator、健康检查端点
Actuator是Spring Boot提供的监控和管理应用的功能。健康检查端点用于检查应用的健康状态。
- 度量指标收集
度量指标收集是监控应用性能的重要手段。Spring Boot通过Micrometer集成度量指标收集。
- 自定义Endpoint开发
自定义Endpoint允许开发者定义自己的监控和管理端点。
- 配置文件管理、多环境配置
Spring Boot支持多环境配置，通过application-{profile}.yml文件实现。配置加载优先级由配置文件名决定。
- 动态配置刷新
动态配置刷新允许在应用运行时修改配置，并立即生效。
- 监控与日志
Spring Boot提供了丰富的监控和日志功能，如日志级别控制、日志格式化等。
- Logback/SLF4J配置
Logback和SLF4J是常用的日志框架。Spring Boot支持通过配置文件或代码配置Logback和SLF4J。
- 分布式链路追踪
分布式链路追踪是监控分布式系统的重要手段。Spring Boot支持通过Zipkin、Jaeger等工具实现分布式链路追踪。
- 扩展机制
Spring Boot提供了多种扩展机制，如自定义AutoConfiguration、Bean生命周期扩展点等。
- 响应式编程支持
Spring Boot支持响应式编程，通过Spring WebFlux实现。
总结
本文从JVM和Spring Boot两个角度，详细介绍了Java应用运行和开发的相关知识。通过了解JVM知识体系，我们可以更好地理解Java程序运行原理；而Spring Boot则简化了Java应用的创建和配置过程。在实际开发中，我们需要结合两者，才能更好地开发高性能、可维护的Java应用。
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