JVM与Spring Boot核心解析-CSDN博客

本文链接：https://blog.csdn.net/JavaCodePro/article/details/149305851

📕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。

🌾阅读前，快速浏览目录和章节概览可帮助了解文章结构、内容和作者的重点。了解自己希望从中获得什么样的知识或经验是非常重要的。建议在阅读时做笔记、思考问题、自我提问，以加深理解和吸收知识。阅读结束后，反思和总结所学内容，并尝试应用到现实中，有助于深化理解和应用知识。与朋友或同事分享所读内容，讨论细节并获得反馈，也有助于加深对知识的理解和吸收。💡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

在深入探讨Java虚拟机（JVM）的奥秘之前，我们先要构建一个坚实的知识体系。JVM是Java程序的运行环境，它负责将Java字节码转换为机器码，从而在底层操作系统上执行。以下是JVM知识体系的核心组成部分：

类加载机制

类加载是JVM的一个重要过程，它确保了在运行时每个类都只会被加载一次。类加载机制主要包括以下几个阶段：

类加载过程

加载：查找并加载类的定义，例如，通过类加载器读取类文件。在这个过程中，类加载器负责将类文件从文件系统或网络中读取到JVM中，并解析类的二进制数据。
- 类文件格式：类文件遵循一种特定的二进制格式，包含类的基本信息、字段信息、方法信息等。
- 类加载器：类加载器负责将类文件加载到JVM中，常见的类加载器包括Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader和Application ClassLoader。
连接：验证类信息，准备类变量，并解析符号引用。
- 验证：确保类文件中的信息符合JVM规范，防止安全问题和运行时错误。
- 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，例如，将方法签名转换为方法地址。
初始化：执行类构造器（<clinit>()），初始化类变量。
- 类构造器：类构造器在类加载完成后执行，用于初始化类变量和静态初始化块。

双亲委派模型

在传统的类加载器模型中，双亲委派模型是默认的类加载策略。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。当一个类加载器请求加载一个类时，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这个请求时，子类加载器才会尝试自己去加载。

启动类加载器：负责加载JVM启动时所需的核心类库，如rt.jar。
扩展类加载器：负责加载JVM扩展库。
应用类加载器：负责加载应用程序中的类。

自定义类加载器

在实际应用中，可以通过自定义类加载器来扩展或改变类加载过程，例如，实现热部署。

热部署：在应用程序运行时，动态加载或卸载类，而无需重启应用程序。

模块化系统（JPMS）

随着Java 9的发布，模块化系统（JPMS）被引入，它通过模块来组织类，提高了JVM的性能和安全性。

模块：模块是JVM中一组相关类和资源的集合，具有明确的依赖关系。
模块描述符：模块描述符定义了模块的依赖关系和可访问性。

内存模型

JVM的内存模型包括以下几个区域：

运行时数据区：
- 堆：存储几乎所有的对象实例，是垃圾回收的主要区域。堆内存被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。
  - 垃圾回收算法：JVM使用多种垃圾回收算法来回收堆内存，包括标记-清除、复制、整理等。
  - 垃圾回收器：JVM提供了多种垃圾回收器，如Serial GC、Parallel GC、CMS GC、G1 GC等。
- 栈：存储局部变量和方法调用信息，是线程私有的。栈内存分配速度快，但大小有限。
- 方法区：存储类信息、常量、静态变量等。方法区在JVM启动时就已经分配好了。
- PC寄存器：存储当前线程正在执行的指令的地址。

内存溢出场景分析

内存溢出通常发生在堆空间不足时，可能导致应用程序崩溃。常见的原因包括：

内存泄漏：对象生命周期结束，但引用依然存在，导致无法回收。例如，忘记释放数据库连接或文件句柄。
内存分配请求过大：在堆空间不足时，尝试分配一个过大的对象实例。

直接内存管理

直接内存（也称为堆外内存）是JVM堆内存之外的内存空间，可以用于大对象存储，减少GC压力。

NIO：Java NIO提供了直接内存操作的API，可以用于高效地处理大文件和网络数据。

垃圾回收

垃圾回收是JVM自动管理内存的一种机制，它通过识别并回收不再使用的对象来释放内存。

GC Roots可达性分析

GC Roots是垃圾回收的起点，任何对象只要从GC Roots开始，沿着引用链可达，就认为是存活的对象。

分代收集理论

JVM通常将堆内存分为新生代（Young）和老年代（Old），分别针对不同年龄的对象采用不同的回收策略。

引用类型

Java中的引用类型包括强、软、弱、虚引用，它们在垃圾回收中的角色各不相同。

垃圾回收算法

标记-清除：标记所有可达对象，然后清除未被标记的对象。
复制：将对象复制到新区域，然后释放旧区域。
整理：移动对象以减少内存碎片。

并发收集器

CMS：并发标记清除，适用于低延迟场景。
G1：垃圾收集器，适用于多核处理器。
ZGC：零停顿垃圾收集器，适用于对停顿时间要求极高的场景。

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，例如，通过调整堆大小和垃圾回收算法。

性能调优

JVM参数配置（如-Xms和-Xmx）是影响性能的关键因素。通过调整这些参数，可以优化JVM的性能。

内存泄漏诊断

内存泄漏诊断是性能调优的重要环节，可以通过工具如VisualVM进行。

JIT编译优化

JIT编译器是JVM的另一个关键特性，它将字节码即时编译成本地机器码，从而提高性能。

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。以下是Spring Boot知识体系的核心组成部分：

自动配置

Spring Boot的核心特性之一是自动配置，它通过自动配置类来简化配置过程。

@EnableAutoConfiguration原理

@EnableAutoConfiguration注解是自动配置的关键，它通过类路径下的条件注解来激活自动配置。

条件化配置（@Conditional）

条件化配置允许自动配置基于特定的条件来启用或禁用。

自定义Starter开发

Spring Boot Starter是简化依赖管理的工具，通过自定义Starter可以提供特定功能的依赖。

起步依赖

起步依赖是Spring Boot的核心概念，它将所有必需的依赖项打包在一起，简化了项目的构建过程。

依赖管理机制（BOM文件）

BOM（Bill of Materials）文件定义了项目中所有依赖项的版本，有助于解决版本冲突。

版本冲突解决

版本冲突是依赖管理中的常见问题，可以通过选择兼容版本或使用依赖管理工具来解决。

第三方库集成模式

Spring Boot支持多种第三方库的集成模式，包括声明式集成和编程式集成。

Actuator

Spring Boot Actuator提供了一系列端点，用于监控和管理应用程序。

健康检查端点

健康检查端点允许外部系统检查应用程序的健康状态。

度量指标收集

Actuator支持收集应用程序的度量指标，如内存使用情况和HTTP请求统计。

自定义Endpoint开发

可以通过实现Endpoint接口来开发自定义的端点。

配置文件管理

Spring Boot使用配置文件来管理应用程序的配置，包括application.yml和application.properties。

多环境配置（application-{profile}.yml）

Spring Boot支持多环境配置，允许根据不同的环境（如开发、测试、生产）使用不同的配置文件。

配置加载优先级

配置加载的优先级决定了配置文件的覆盖规则。

动态配置刷新

Spring Boot支持动态刷新配置，允许在运行时更新配置而无需重启应用程序。

监控与日志

Spring Boot提供了集成监控和日志的解决方案。

Micrometer集成

Micrometer是一个度量指标收集库，Spring Boot可以与它集成。

Logback/SLF4J配置

Spring Boot默认使用Logback作为日志框架，同时支持SLF4J作为日志抽象层。

分布式链路追踪

Spring Boot支持分布式链路追踪，如Zipkin和Jaeger。

自定义AutoConfigurationBean生命周期扩展点

Spring Boot允许通过实现特定的接口来扩展或修改AutoConfigurationBean的生命周期。

响应式编程支持

Spring Boot支持响应式编程，通过Spring WebFlux框架实现。

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是如何相互关联和影响的。JVM作为Java程序的运行环境，为Spring Boot提供了运行的基础，而Spring Boot则利用JVM的特性来简化Java应用的开发和管理。通过深入理解这些知识点，我们可以更好地利用这些技术来构建高效、可维护的Java应用程序。

CSDN

📥博主的人生感悟和目标

希望各位读者大大多多支持用心写文章的博主，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

📙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。这些书籍包括了基础篇、进阶篇、架构篇的📌《Java项目实战—深入理解大型互联网企业通用技术》📌，以及📚《解密程序员的思维密码--沟通、演讲、思考的实践》📚。具体出版计划会根据实际情况进行调整，希望各位读者朋友能够多多支持！