JVM与Spring Boot解析_分析springboot jvm-CSDN博客

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📘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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JVM知识体系详解

类加载机制

在JVM中，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Java类型（Class对象）。类加载机制是实现Java平台“一次编写，到处运行”的关键。

类加载过程

加载：类加载器通过读取二进制class文件并创建对应的Class对象，完成类的加载。这一过程通常涉及以下步骤：
- 解析类文件的二进制数据。
- 将类文件数据转换成Class对象。
- 将Class对象存储在方法区中。
验证：验证器确保加载的类文件符合Java语言规范，没有安全问题和数据结构错误。验证过程包括：
- 文件格式验证：检查文件是否为有效的class文件。
- 字节码验证：检查字节码指令的合法性。
- 符号引用验证：检查类成员引用的正确性。
准备：为类变量分配内存，并设置默认初始值。对于数值类型，默认值为0；对于布尔类型，默认值为false；对于引用类型，默认值为null。
解析：将符号引用（如字段、方法、接口等）转换为直接引用。直接引用是指指向内存地址的引用。
初始化：执行类文件中的 ()方法，完成类的初始化。初始化过程包括：
- 初始化静态变量。
- 初始化静态代码块。
- 调用父类的 ()方法。

双亲委派模型

双亲委派模型是一种类加载策略，它要求类加载器首先委托给父类加载器进行加载，只有当父类加载器无法加载时，才由子类加载器进行加载。这种模型确保了类加载的一致性，防止了多个类加载器加载同一个类。

自定义类加载器

自定义类加载器允许开发者在特定的类加载场景下，实现自己的类加载逻辑。例如，实现URL类加载器，用于从特定的URL加载类。

模块化系统（JPMS）

Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的一种模块化系统，它通过模块来组织代码，提高了JVM的启动速度和性能。模块化系统将类库组织成独立的模块，并在运行时按需加载，减少了内存占用和启动时间。

内存模型

JVM的内存模型包括运行时数据区和PC寄存器。

运行时数据区

堆：所有线程共享的内存区域，用于存放几乎所有的对象实例和数组的实例。堆的内存分配是动态的，垃圾回收器主要在堆上进行。
栈：每个线程拥有自己的栈，用于存放局部变量和方法调用。栈的内存分配是静态的，栈空间大小由JVM启动参数指定。
方法区：用于存放已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等数据。方法区是所有线程共享的，其生命周期与JVM相同。
PC寄存器：每个线程都有一个PC寄存器，用于指向当前执行线程的字节码指令。PC寄存器的值在程序计数器中递增，表示下一个字节码指令的地址。

内存溢出场景分析

内存溢出通常发生在堆空间不足时，导致无法分配新的对象实例。常见的内存溢出场景包括：

大量对象创建：大量对象实例的创建会导致堆空间迅速耗尽。
大对象分配：大对象分配会导致内存碎片化，影响垃圾回收效率。
循环引用：循环引用会导致某些对象无法被垃圾回收器回收。

直接内存管理

直接内存是JVM堆空间之外的内存区域，用于存储大对象或频繁访问的数据。直接内存不受垃圾回收器管理，需要开发者手动管理其生命周期。

垃圾回收

垃圾回收（GC）是JVM自动内存管理的一部分，它负责回收不再使用的对象占用的内存。

GC Roots可达性分析

GC Roots是垃圾回收的起点，它们是垃圾回收器可以访问的对象。如果一个对象无法通过GC Roots访问到，那么它被视为垃圾对象，将被垃圾回收器回收。

分代收集理论

JVM将内存分为不同的代，如新生代（Young）和老年代（Old），以优化垃圾回收效率。新生代主要用于存放新生对象，老年代用于存放长期存活的对象。

引用类型

在Java中，对象引用分为强引用、软引用、弱引用和虚引用。

强引用：最常用的引用类型，用于创建对象实例。
软引用：用于缓存对象，当内存不足时，软引用对象可能会被垃圾回收器回收。
弱引用：用于缓存对象，当垃圾回收器执行时，弱引用对象将被回收。
虚引用：用于跟踪对象生命周期，当对象即将被回收时，虚引用对象将被回收。

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。

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：将内存分为两个部分，每次只使用其中一部分，当这一部分内存满时，将存活对象复制到另一部分，并清空原始部分。
整理算法：在标记-清除算法的基础上，对堆内存进行整理，减少内存碎片化。

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，提高系统性能。

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

JVM性能调优包括JVM参数配置、内存泄漏诊断和JIT编译优化。

Spring Boot知识体系详解

自动配置

Spring Boot的核心特性之一是自动配置。通过自动配置，Spring Boot可以自动配置Spring应用所需的大部分Bean。

@EnableAutoConfiguration原理

@EnableAutoConfiguration注解是自动配置的关键。它通过扫描类路径下的jar包，根据类名、注解等信息自动配置相应的Bean。例如，当Spring Boot检测到Spring MVC相关的jar包时，会自动配置DispatcherServlet、HandlerMapping、HandlerAdapter等Bean。

条件化配置（@Conditional）

条件化配置允许我们根据特定的条件来启用或禁用自动配置。例如，我们可以根据操作系统、数据库类型等条件来决定是否配置某些Bean。

自定义Starter开发

自定义Starter可以帮助我们快速集成第三方库。例如，我们可以创建一个名为my-starter的Starter，将第三方库的依赖添加到Starter的pom.xml文件中，并提供一个自动配置类。

起步依赖

起步依赖是Spring Boot的核心概念之一，它简化了依赖管理。通过添加起步依赖，我们可以自动引入所需的库和依赖项。

依赖管理机制（BOM文件）

BOM（Bill of Materials）文件用于管理依赖的版本，避免版本冲突。BOM文件定义了所有依赖项的版本，确保在项目的整个生命周期中，依赖项的版本保持一致。

版本冲突解决

解决版本冲突的方法包括使用依赖管理工具、升级依赖版本等。

第三方库集成模式

Spring Boot提供了多种集成第三方库的模式，如自动配置、手动配置等。

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。例如，我们可以通过访问/actuator/health端点来获取应用的健康信息。

度量指标收集

度量指标收集可以帮助我们了解应用性能。例如，我们可以通过访问/actuator/metrics端点来获取应用的度量指标。

自定义Endpoint开发

自定义Endpoint允许我们扩展Actuator的功能。例如，我们可以创建一个自定义的Endpoint，用于获取应用的特定信息。

配置文件管理

Spring Boot使用配置文件来管理应用配置。

多环境配置（application-{profile}.yml）

多环境配置允许我们根据不同的环境（如开发、测试、生产）使用不同的配置文件。例如，我们可以创建application-dev.yml和application-prod.yml两个配置文件，分别用于开发和生产环境。

配置加载优先级

配置文件的加载优先级是：优先加载application.yml，然后是application-{profile}.yml。

动态配置刷新

动态配置刷新允许我们在运行时修改配置并立即生效。例如，我们可以通过访问/actuator/refresh端点来刷新配置。

监控与日志

Spring Boot提供了多种监控和日志解决方案。

Micrometer集成

Micrometer是一个度量指标收集库，可以与Spring Boot集成。通过Micrometer，我们可以收集应用的各种度量指标，并将其发送到不同的监控平台。

Logback/SLF4J配置

Spring Boot默认使用Logback作为日志框架，也可以使用SLF4J。通过配置Logback和SLF4J，我们可以自定义日志级别、格式和输出位置。

分布式链路追踪

Spring Boot支持分布式链路追踪，如Zipkin和Jaeger。通过分布式链路追踪，我们可以追踪应用中各个组件之间的调用关系，方便进行故障排查和性能优化。

扩展机制

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

响应式编程支持

Spring Boot支持响应式编程，如Spring WebFlux。通过响应式编程，我们可以构建高性能、可扩展的Web应用。

通过以上对JVM和Spring Boot知识体系的详细解析，我们可以看到这两个技术是如何相互关联和影响的。JVM作为Java运行时环境，为Spring Boot提供了运行的基础；而Spring Boot则利用JVM的特性，简化了Java应用的开发过程。在实际应用中，我们需要根据具体需求灵活运用这些知识，以达到最佳的开发效果。

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