📕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
JVM（Java虚拟机）是Java程序运行的基础环境，它负责将Java字节码转换为机器码，使得Java程序能够在各种平台上运行。下面将详细解析JVM的知识体系，包括类加载机制、内存模型、垃圾回收等方面。
- 类加载机制
类加载机制是JVM的核心功能之一，负责将类定义信息从文件系统或网络加载到JVM中，并为之创建相应的运行时数据结构。类加载过程主要包括以下几个阶段：
（1）加载：将类的class文件读入JVM，并为类创建一个Class对象。这一过程涉及类文件的读取、解码、转换和验证等步骤。在加载过程中，JVM会检查类文件是否格式正确，是否符合Java虚拟机规范。
（2）验证：验证过程确保类文件中的字节码是合法的，并且符合Java虚拟机规范。验证包括四个层次：类文件结构验证、数据类型验证、符号引用验证和接口类型验证。
（3）准备：为类变量分配内存，并设置默认初始值。这个过程为类变量分配内存空间，并初始化为默认值。对于数值类型的默认值是0，对于布尔类型的默认值是false，对于引用类型的默认值是null。
（4）解析：将符号引用转换为直接引用。解析过程将类、接口、字段和方法的符号引用替换为直接引用，以便程序访问对应的资源。
- 双亲委派模型
双亲委派模型是JVM中类加载机制的一种实现方式，它要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都应当有自己的父类加载器。当一个类加载器在尝试加载类时，它会首先请求其父类加载器进行加载，只有当父类加载器无法完成加载任务时，才自己去加载。这种模型的好处是避免了类的重复加载，同时也简化了类加载的过程。
- 自定义类加载器
自定义类加载器允许用户在运行时动态加载特定类，从而实现一些特殊的需求，如热部署、模块化等。自定义类加载器需要继承自java.lang.ClassLoader类，并重写其中的loadClass方法。在加载类时，自定义类加载器可以实现对类文件的读取、解码、转换和验证等步骤进行自定义。
- 模块化系统（JPMS）
Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的一种模块化系统，它允许开发者将应用程序分解为多个模块，从而提高代码的可维护性和性能。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，以及模块的公共API。
- 内存模型
JVM的内存模型主要包括以下几个部分：
（1）堆：堆是JVM管理的内存区域，用于存储几乎所有的Java对象实例，以及数组和字符串常量池。堆空间分为新生代和老年代，新生代用于存放新创建的对象，老年代用于存放存活时间较长的对象。
（2）栈：栈是线程私有的内存区域，用于存储局部变量表、操作数栈等信息。栈空间的大小在创建线程时确定，并且不能动态调整。
（3）方法区：方法区存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等数据。方法区在JVM启动时创建，大小固定，不能动态调整。
（4）PC寄存器：PC寄存器用于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。
- 内存溢出场景分析
内存溢出是指程序在运行过程中，由于请求的内存量超过了JVM能够分配的最大内存，导致程序崩溃。常见的内存溢出场景包括：
（1）对象创建过多：如大量小对象的频繁创建，导致内存占用过多。在堆空间不足时，JVM会尝试扩展堆空间，但扩展失败会导致内存溢出。
（2）大对象分配：如大数组、大对象等。在堆空间不足时，JVM同样会尝试扩展堆空间，但扩展失败会导致内存溢出。
（3）内存泄漏：如未释放的对象、循环引用等。内存泄漏会导致JVM无法回收这些对象占用的内存，从而引发内存溢出。
- 垃圾回收
垃圾回收是JVM的另一项重要功能，它负责回收不再使用的对象占用的内存。垃圾回收过程主要包括以下几个步骤：
（1）GC Roots可达性分析：从GC Roots开始，向上遍历整个对象图，确定哪些对象是可达的。GC Roots包括线程栈、方法区中的静态变量和常量、本地方法栈等。
（2）分代收集理论：将对象分为新生代、老年代和永久代（Java 8及以后版本已合并为元空间），分别采用不同的收集策略。新生代采用复制算法和标记-清除算法，老年代采用标记-整理算法和标记-清除算法。
（3）引用类型：包括强引用、软引用、弱引用和虚引用，它们在垃圾回收过程中扮演着不同的角色。强引用是对象最基本的引用类型，软引用和弱引用在内存不足时会被回收，虚引用在垃圾回收过程中几乎不起作用。
（4）垃圾回收算法：常见的算法有标记-清除、复制和整理算法。标记-清除算法在遍历对象图的过程中，标记可回收对象，然后进行回收；复制算法将对象分为两部分，每次只使用其中一部分，另一部分进行回收；整理算法在标记-清除算法的基础上，对可回收对象进行整理，避免内存碎片。
（5）并发收集器：如CMS、G1和ZGC，它们旨在减少垃圾回收过程中的停顿时间。并发收集器在垃圾回收过程中会与应用程序并发执行，从而降低垃圾回收对应用程序性能的影响。
（6）停顿时间控制策略：如G1的停顿时间目标（STW）和ZGC的即时停顿（STW）。停顿时间控制策略旨在控制垃圾回收过程中的停顿时间，以满足应用程序的性能需求。
（7）性能调优：通过调整JVM参数，如Xms、Xmx等，来优化垃圾回收性能。性能调优需要根据应用程序的具体情况和性能指标进行。
（8）内存泄漏诊断：使用工具如JProfiler、VisualVM等分析内存泄漏原因。内存泄漏诊断需要找出导致内存泄漏的原因，并采取相应的措施解决。
（9）JIT编译优化：JVM在运行时对热点代码进行编译优化，提高程序性能。JIT编译优化包括即时编译（JIT）和动态优化等技术。
二、Spring Boot知识体系
Spring Boot是一个开源的Java框架，它简化了Spring应用的创建和部署。下面将详细解析Spring Boot的知识体系，包括自动配置、依赖管理、配置文件管理等。
- 自动配置
Spring Boot的核心功能之一是自动配置，它通过自动配置类和条件化配置来实现。自动配置类是Spring Boot的核心，它们负责根据项目依赖和配置信息自动配置Spring应用。
- @EnableAutoConfiguration原理
@EnableAutoConfiguration注解是Spring Boot自动配置的核心，它通过扫描类路径下的配置类，并根据条件化配置自动配置相应的Bean。在启动过程中，Spring Boot会自动查找@EnableAutoConfiguration注解所在的类，并扫描该类所在的包及其子包下的配置类。如果配置类中存在@EnableAutoConfiguration注解，则Spring Boot会自动加载对应的自动配置类。
- 条件化配置（@Conditional）
条件化配置允许开发者根据特定条件自动配置Bean，从而实现更灵活的配置方式。条件化配置通过@Conditional注解及其相关注解来实现，如@ConditionalOnClass、@ConditionalOnBean、@ConditionalOnProperty等。
- 自定义Starter开发
自定义Starter可以帮助开发者将常用的依赖和配置封装成一个模块，方便其他开发者使用。自定义Starter需要创建一个Maven项目，并在pom.xml文件中添加Spring Boot的依赖和自动配置类。
- 起步依赖
起步依赖是Spring Boot项目的基础，它包含了Spring Boot应用运行所需的核心库。起步依赖通过Maven的依赖管理机制进行管理，开发者只需在pom.xml文件中添加相应的起步依赖即可。
- 依赖管理机制（BOM文件）
BOM（Bill of Materials）文件用于管理项目中的依赖版本，确保依赖的一致性。BOM文件定义了项目所有依赖的版本，开发者只需在pom.xml文件中引入BOM文件即可。
- 版本冲突解决
依赖版本冲突是项目开发中常见的问题，Spring Boot通过BOM文件和依赖树分析来解决这个问题。BOM文件确保了项目所有依赖的一致性，而依赖树分析则可以找出冲突的依赖，并给出解决方案。
- 第三方库集成模式
Spring Boot支持多种第三方库集成模式，如依赖注入、AOP等。依赖注入是Spring框架的核心功能之一，它通过控制反转（IoC）和依赖注入（DI）技术，实现对象的创建、管理和组装。AOP是面向切面编程，它允许开发者在不修改源代码的情况下，为程序添加额外的功能。
- Actuator
Actuator是Spring Boot提供的一个模块，它提供了健康检查、度量指标收集等功能。Actuator可以通过HTTP端点、JMX端点等方式进行访问，从而获取应用的运行状态和性能数据。
- 健康检查端点
健康检查端点用于检查Spring Boot应用的运行状态，如HTTP端点、JMX端点等。健康检查端点可以通过添加@HealthIndicator注解来定义，Spring Boot会自动收集这些端点的健康状态信息。
- 度量指标收集
度量指标收集用于收集应用性能数据，如CPU、内存、线程等。度量指标收集可以通过添加@Micrometer注解来定义，Spring Boot会自动收集这些指标数据。
- 自定义Endpoint开发
自定义Endpoint允许开发者根据需求扩展Actuator的功能。自定义Endpoint需要实现org.springframework.boot.actuate.endpoint.Endpoint接口，并重写其中的read方法。
- 配置文件管理
Spring Boot支持多种配置文件格式，如application.properties、application.yml等。配置文件可以用于存储应用的配置信息，如数据库连接信息、服务器端口等。
- 多环境配置（application-{profile}.yml）
多环境配置允许开发者针对不同环境（如开发、测试、生产）配置不同的参数。在Spring Boot项目中，可以创建多个配置文件，如application-dev.yml、application-test.yml、application-prod.yml等，分别对应不同的环境。
- 配置加载优先级
配置加载优先级决定了配置文件的加载顺序，从而影响配置的覆盖效果。在Spring Boot项目中，配置文件的加载顺序为：命令行参数 > 系统属性 > 配置文件。
- 动态配置刷新
动态配置刷新允许开发者在不重启应用的情况下，实时更新配置。动态配置刷新可以通过Spring Cloud Config实现，Spring Cloud Config可以将配置信息存储在远程配置中心，开发者只需修改远程配置中心的配置信息即可。
- 监控与日志
Spring Boot提供了多种监控和日志配置方式，如Micrometer、Logback/SLF4J等。监控可以帮助开发者了解应用的运行状态和性能数据，日志可以帮助开发者追踪和分析问题。
- 分布式链路追踪
分布式链路追踪可以帮助开发者追踪跨服务的请求过程，从而定位问题。分布式链路追踪可以通过Spring Cloud Sleuth实现，Spring Cloud Sleuth可以将请求的跟踪信息注入到各个服务中，从而实现跨服务的跟踪。
- 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。自定义AutoConfigurationBean允许开发者添加自定义的自动配置类，生命周期扩展点允许开发者监听Spring Boot的生命周期事件。
- 响应式编程支持
Spring Boot支持响应式编程，如Reactor、Project Reactor等。响应式编程可以帮助开发者编写更加高效、易于维护的代码。
总结
本文详细介绍了JVM和Spring Boot的知识体系，包括类加载机制、内存模型、垃圾回收、自动配置、依赖管理、配置文件管理等方面。通过这些知识点的串联，读者可以更好地理解Java虚拟机和Spring Boot的原理，并在实际开发中灵活运用。
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