JVM类加载机制详解

📕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。

📙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。

💡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。

JVM知识体系及类加载机制详解

一、JVM知识体系概述

Java虚拟机（JVM）是Java程序执行的平台，它将Java源代码编译成字节码，并负责执行这些字节码。JVM的核心功能包括内存管理、执行引擎、垃圾回收（GC）等。JVM的知识体系涵盖了以下几个方面：

1. 类加载机制：负责将Java类文件加载到JVM中，创建相应的Java对象。类加载机制涉及类加载器、类加载过程（加载、连接、初始化）、类加载器层次结构等。
2. 内存模型：定义了JVM的内存结构，包括堆（Heap）、栈（Stack）、方法区（Method Area）、PC寄存器（Program Counter Register）等。
3. 垃圾回收：自动回收不再使用的对象占用的内存空间。垃圾回收机制涉及GC Roots可达性分析、分代收集理论、引用类型、垃圾回收算法等。
4. JIT编译：即时编译器，将字节码编译成本地机器码执行，以提高程序执行效率。

二、类加载机制

类加载机制是JVM的核心机制之一，包括以下过程：

1. 加载：查找并加载类的定义信息到JVM中。类加载器负责将类文件读取到内存中，并创建一个Class对象。
2. 连接：验证类信息，准备类在运行时的内存布局。连接过程包括验证、准备、解析三个步骤。
3. 初始化：执行类构造器（<clinit>()）方法，初始化类变量。初始化过程在连接阶段之后进行。

三、双亲委派模型

双亲委派模型是JVM中类加载器的一个设计模式，要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都委托其父类加载器进行加载。这种设计可以避免类的重复加载，保证类型的一致性。

四、自定义类加载器

在Java中，我们可以通过继承ClassLoader类或实现ClassLoader接口来创建自定义类加载器。自定义类加载器可以用于实现特定的类加载逻辑，例如热部署、代码隔离等。

五、模块化系统（JPMS）

Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的一个模块化系统，它允许将Java程序分解为多个模块，从而提高系统的可维护性和性能。模块化系统通过模块描述文件（module-info.java）来定义模块的依赖关系。

六、内存模型与运行时数据区

JVM的内存模型包括以下几个部分：

1. 堆：存储所有实例和数组的内存区域。堆是JVM管理的最大一块内存区域，其大小可以通过JVM参数进行调整。
2. 栈：存储局部变量和方法的参数。每个线程都有自己的栈空间，栈空间的大小也由JVM参数控制。
3. 方法区：存储类信息、常量、静态变量等。方法区的大小也由JVM参数控制，且通常比堆空间小。
4. PC寄存器：存储当前线程所执行的指令的地址。PC寄存器是线程私有的，每个线程都有自己的PC寄存器。

七、内存溢出场景分析

内存溢出是指程序在运行过程中消耗了过多的内存，导致系统无法分配足够的内存。常见的内存溢出场景包括：

1. 无限循环创建对象：例如，在循环中不断创建新的对象，导致堆空间不足。
2. 大对象占用过多内存：例如，创建一个非常大的对象，导致堆空间不足。
3. 内存泄漏：例如，某个对象不再使用，但其引用关系未被正确释放，导致内存无法回收。

八、垃圾回收

垃圾回收是指JVM自动回收不再使用的对象占用的内存空间。垃圾回收的过程包括：

1. GC Roots可达性分析：从GC Roots开始，向上遍历所有可达对象，不可达的对象将被回收。
2. 分代收集理论：将对象分为新生代和老年代，分别采用不同的回收策略。
3. 引用类型：包括强引用、软引用、弱引用和虚引用，不同类型的引用对垃圾回收有不同的影响。
4. 垃圾回收算法：包括标记-清除、复制、整理等算法。

九、并发收集器

并发收集器可以在应用程序运行时进行垃圾回收，从而减少停顿时间。常见的并发收集器包括：

1. CMS（Concurrent Mark Sweep）：一种以降低停顿时间为目标的并发收集器。
2. G1（Garbage-First）：一种以预测停顿时间为目标的并发收集器。
3. ZGC（Z Garbage Collector）：一种低延迟的垃圾回收器。

十、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，包括：

1. 自适应调节策略：根据程序运行情况动态调整垃圾回收参数。
2. 最大停顿时间目标：设定最大停顿时间，JVM会尽量满足这个目标。

十一、性能调优与JVM参数配置

性能调优是提高JVM性能的重要手段，常见的调优方法包括：

1. JVM参数配置：通过设置JVM参数来调整内存大小、垃圾回收策略等。
2. 监控与日志：使用JVM监控工具和日志来诊断性能问题。

十二、内存泄漏诊断

内存泄漏是指程序中存在未被释放的内存，导致内存消耗不断增加。诊断内存泄漏的方法包括：

1. 堆转储分析：分析堆转储文件，找出内存泄漏的原因。
2. 内存分析工具：使用内存分析工具，如MAT（Memory Analyzer Tool）来诊断内存泄漏。

十三、JIT编译优化

JIT编译器可以将Java字节码编译成本地机器码，从而提高程序的执行效率。JIT编译器的主要优化技术包括：

1. 指令重排序：优化指令执行顺序，减少指令间的依赖。
2. 内联：将方法调用替换为方法体，减少函数调用的开销。
3. 循环展开：将循环体中的指令复制到循环外，减少循环开销。

Spring Boot知识体系详解

一、Spring Boot知识体系概述

Spring Boot是一个基于Spring框架的快速开发平台，它简化了Spring应用的初始搭建以及开发过程。Spring Boot的知识体系可以概括为以下几个方面：

1. 自动配置：根据项目依赖自动配置Spring应用程序。自动配置的核心是@EnableAutoConfiguration注解，它通过扫描类路径下的所有配置类，根据条件化配置规则自动启用相应的配置。
2. 起步依赖：简化依赖管理，通过引入起步依赖来提供所需的功能。起步依赖是Spring Boot的核心概念之一，它通过引入一个起步依赖来提供所需的功能。
3. 配置文件管理：使用配置文件来管理应用程序的配置信息。配置文件包括application.yml和application-{profile}.yml等。
4. 监控与日志：提供监控和日志功能，方便调试和性能分析。

二、自动配置与@EnableAutoConfiguration原理

Spring Boot的自动配置功能可以根据项目依赖自动配置Spring应用程序。@EnableAutoConfiguration注解是自动配置的核心，它通过扫描类路径下的所有配置类，根据条件化配置规则自动启用相应的配置。自动配置的实现原理主要包括以下步骤：

1. 扫描类路径下的所有配置类。
2. 根据条件化配置规则，确定需要启用的配置类。
3. 创建相应的Bean实例，并注入到Spring容器中。

三、条件化配置（@Conditional）

条件化配置允许我们在满足特定条件时才应用某些配置。常见的条件化配置注解包括：

1. @ConditionalOnClass：当存在特定类时才应用配置。
2. @ConditionalOnBean：当存在特定Bean时才应用配置。
3. @ConditionalOnMissingBean：当不存在特定Bean时才应用配置。

四、自定义Starter开发

自定义Starter可以帮助开发者简化依赖管理，提供一套完整的依赖包。开发自定义Starter需要创建一个Maven项目，并添加必要的依赖。自定义Starter的开发步骤如下：

1. 创建一个Maven项目。
2. 添加必要的依赖。
3. 定义起步依赖。
4. 编写自动配置类。
5. 编写配置属性。

五、起步依赖与依赖管理机制

起步依赖是Spring Boot的核心概念之一，它通过引入一个起步依赖来提供所需的功能。依赖管理机制包括：

1. BOM（Bill of Materials）：定义了项目所依赖的所有组件的版本。
2. 版本冲突解决：使用Maven的依赖管理机制来解决版本冲突。

六、第三方库集成模式

Spring Boot支持多种第三方库的集成模式，包括：

1. 自动配置：通过自动配置来集成第三方库。
2. 配置属性：通过配置属性来配置第三方库。

七、Actuator与健康检查

Spring Boot Actuator提供了一系列端点，用于监控和操作应用程序。健康检查端点用于检查应用程序的健康状态。

八、度量指标收集

Spring Boot Actuator支持度量指标收集，可以通过HTTP端点或JMX来访问度量指标。

九、自定义Endpoint开发

自定义Endpoint允许开发者创建自己的端点，用于监控和操作应用程序。

十、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。配置文件包括：

1. application.yml：应用程序的基本配置。
2. application-{profile}.yml：多环境配置。

十一、配置加载优先级

Spring Boot提供了多种配置加载优先级，包括：

1. 命令行参数：最高优先级。
2. 配置文件：次高优先级。
3. 系统属性：再次高优先级。

十二、动态配置刷新

Spring Boot支持动态配置刷新，允许在应用程序运行时更新配置。

十三、监控与日志

Spring Boot提供了监控和日志功能，包括：

1. Micrometer：支持多种监控工具。
2. Logback/SLF4J：日志框架。

十四、分布式链路追踪

Spring Boot支持分布式链路追踪，可以帮助开发者追踪分布式系统中的请求。

十五、扩展机制

Spring Boot提供了扩展机制，包括：

1. AutoConfigurationBean生命周期扩展点：在AutoConfigurationBean的生命周期中添加自定义逻辑。
2. 响应式编程支持：支持响应式编程模型。

通过以上对JVM和Spring Boot知识体系的详细描述，我们可以看到这两个技术在实际开发中的应用和重要性。了解这些知识，有助于我们更好地进行Java应用开发和性能优化。

博主分享

📥博主的人生感悟和目标

📙经过多年在CSDN创作上千篇文章的经验积累，我已经拥有了不错的写作技巧。同时，我还与清华大学出版社签下了四本书籍的合约，并将陆续出版。

• 《Java项目实战—深入理解大型互联网企业通用技术》基础篇的购书链接：https://item.jd.com/14152451.html
• 《Java项目实战—深入理解大型互联网企业通用技术》基础篇繁体字的购书链接：http://product.dangdang.com/11821397208.html
• 《Java项目实战—深入理解大型互联网企业通用技术》进阶篇的购书链接：https://item.jd.com/14616418.html
• 《Java项目实战—深入理解大型互联网企业通用技术》架构篇待上架
• 《解密程序员的思维密码--沟通、演讲、思考的实践》购书链接：https://item.jd.com/15096040.html

面试备战资料

八股文备战

理论知识专题（图文并茂，字数过万）

集群部署（图文并茂，字数过万）

开源项目分享

管理经验

【公司管理与研发流程优化】针对研发流程、需求管理、沟通协作、文档建设、绩效考核等问题的综合解决方案：https://download.csdn.net/download/java_wxid/91148718

希望各位读者朋友能够多多支持！

现在时代变了，信息爆炸，酒香也怕巷子深，博主真的需要大家的帮助才能在这片海洋中继续发光发热，所以，赶紧动动你的小手，点波关注❤️，点波赞👍，点波收藏⭐，甚至点波评论✍️，都是对博主最好的支持和鼓励！

• 💂 博客主页： Java程序员廖志伟
• 👉 开源项目：Java程序员廖志伟
• 🌥 哔哩哔哩：Java程序员廖志伟
• 🎏 个人社区：Java程序员廖志伟
• 🔖 个人微信号： SeniorRD

🔔如果您需要转载或者搬运这篇文章的话，非常欢迎您私信我哦~