JVM与Spring Boot核心技术-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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一、JVM知识体系

1. 类加载机制

JVM的类加载机制是实现Java程序运行时内存管理的关键。这个过程涉及到类文件的加载、链接和初始化，每个阶段都承担着不同的职责。

加载：类加载器负责将类文件（.class文件）从文件系统或网络加载到JVM中。类加载器通常包括启动类加载器（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的核心类库，如rt.jar；扩展类加载器负责加载Java的扩展库；应用类加载器负责加载应用程序的类。
连接：连接阶段包括验证、准备和解析三个子阶段。
- 验证：确保类的字节码符合JVM规范，包括检查字节码结构的正确性、符号引用的合法性等。
- 准备：为类变量分配内存并设置默认值。
- 解析：将类、接口、字段和方法的符号引用替换为直接引用。
初始化：初始化阶段为类变量赋值，并执行静态代码块。初始化是类加载过程的最后一个阶段，也是最具动态性的阶段。

2. 双亲委派模型

双亲委派模型要求类加载器首先委托给父类加载器进行类加载，只有父类加载器无法完成加载任务时，才由子类加载器尝试加载。这种模型确保了类型安全，防止了类的替换攻击。

父类加载器：通常是启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）。
子类加载器：可以是扩展类加载器（Extension ClassLoader）或应用类加载器（Application ClassLoader）。

3. 自定义类加载器

自定义类加载器允许开发者实现特定的加载机制，例如实现热替换功能。

实现接口：通过实现java.lang.ClassLoader接口，可以自定义类加载器的行为。
继承抽象类：通过继承java.lang.ClassLoader抽象类，可以简化自定义类加载器的开发。

4. 模块化系统（JPMS）

模块化系统（Java Platform Module System，JPMS）是Java 9引入的新特性，它将Java程序组织成模块，实现了更细粒度的资源隔离和更好的性能。

模块定义：使用module-info.java文件来定义模块的依赖关系。
模块路径：通过模块路径（module path）来指定模块的位置。

5. 内存模型

JVM内存模型由运行时数据区和PC寄存器组成。

运行时数据区：包括堆、栈、方法区和PC寄存器。
- 堆：用于存储对象实例和数组。
- 栈：每个线程都有一个栈，用于存储局部变量、操作数栈等。
- 方法区：存储已被加载的类信息、常量池和静态变量等。
- PC寄存器：存储正在执行的线程的当前指令地址。

6. 内存溢出场景分析

内存溢出是指JVM内存不足以支持程序的运行。常见场景包括堆内存溢出、栈内存溢出和方法区溢出。

堆内存溢出：通常由于频繁创建对象或大量数据存储在堆中引起。
栈内存溢出：通常由于递归调用、循环语句或大对象引起。
方法区溢出：通常由于大量类信息存储在方法区引起。

7. 垃圾回收

垃圾回收是JVM自动回收不再使用的对象占用的内存的过程。

标记-清除算法：标记出所有可达对象，清除未被标记的对象。
复制算法：将内存分为两块，每次只使用一块，垃圾回收时，将存活对象复制到另一块。
标记-整理算法：结合标记-清除和复制算法，减少内存碎片化。

8. GC Roots可达性分析

GC Roots是垃圾回收器寻找可达对象的重要依据。常见的GC Roots包括：

方法区中的常量池引用的对象。
本地方法栈中引用的对象。
虚拟机栈中引用的对象。

9. 分代收集理论（Young/Old区）

分代收集理论将对象分为新生代和老年代。

新生代：用于存储生命周期较短的存活对象。
老年代：用于存储生命周期较长的存活对象。

针对不同代的特点，采用不同的回收算法。

10. 引用类型（强/软/弱/虚）

引用类型用于描述对象与引用之间的关系。

强引用：最常见的引用类型，垃圾回收器无法回收强引用对象所占用的内存。
软引用：用于描述非必须对象，垃圾回收器在内存不足时，会回收软引用对象所占用的内存。
弱引用：用于描述生命周期非常短暂的对象，垃圾回收器可以随时回收弱引用对象所占用的内存。
虚引用：用于描述没有实际意义，仅用于对象回收时作为回调的引用。

11. 垃圾回收算法

常见的垃圾回收算法包括：

标记-清除算法：回收内存碎片，可能导致“内存碎片化”问题。
复制算法：将内存分为两块，每次只使用一块，垃圾回收时，将存活对象复制到另一块。
标记-整理算法：结合标记-清除和复制算法，减少内存碎片化。

12. 并发收集器（CMS/G1/ZGC）

并发收集器是在JVM运行期间进行垃圾回收的收集器。

CMS（Concurrent Mark Sweep）：在老年代使用并发收集算法，减少停顿时间。
G1（Garbage-First）：在各个代使用不同的回收策略，实现最小停顿时间。
ZGC（Z Garbage Collector）：在各个代使用不同的回收策略，实现极低的停顿时间。

13. 停顿时间控制策略

停顿时间控制策略用于限制垃圾回收造成的停顿时间。

设置最大停顿时间：通过JVM参数设置最大停顿时间。
动态调整堆大小：根据运行时的内存使用情况动态调整堆大小。

14. 性能调优

性能调优是指针对JVM的运行性能进行优化。

调整JVM参数：设置合适的堆大小、垃圾回收器、并发级别等。
优化代码：减少内存使用、减少对象创建、提高代码效率等。

15. 内存泄漏诊断

内存泄漏是指程序中占用的内存无法被释放。

堆分析：通过分析堆内存占用情况，找出内存泄漏对象。
代码分析：分析代码逻辑，找出可能导致内存泄漏的地方。

16. JIT编译优化

JIT编译器将字节码编译成机器码，以提高程序的执行效率。

即时编译：在运行时对热点代码进行编译。
栈映射：优化栈帧结构，提高执行效率。

二、Spring Boot知识体系

1. 自动配置

Spring Boot通过自动配置简化了项目的配置过程。

原理：通过分析项目依赖，自动配置相关组件，实现零配置。

2. @EnableAutoConfiguration原理

@EnableAutoConfiguration注解用于开启自动配置功能。

原理：通过分析项目依赖，扫描jar包中的类，自动配置相关组件。

3. 条件化配置（@Conditional）

条件化配置是指根据特定的条件，决定是否配置某些组件。

@ConditionalOnBean：当容器中存在某个Bean时，配置相关组件。
@ConditionalOnMissingBean：当容器中不存在某个Bean时，配置相关组件。

4. 自定义Starter开发

自定义Starter是指开发一个jar包，用于简化项目的依赖管理。

文件：包括spring-boot-starter-parent、spring-boot-starter、src/main/java和src/main/resources等。

5. 起步依赖

起步依赖是指一组已经预定义的依赖，用于简化项目的依赖管理。

格式：spring-boot-starter-。

6. 依赖管理机制（BOM文件）

BOM（Bill of Materials）文件用于统一项目依赖的版本，避免版本冲突。

pom.xml：添加<properties>标签，定义项目依赖的版本。

7. 版本冲突解决

解决版本冲突的方法包括：

依赖排除：在依赖中排除冲突的依赖。
版本兼容：选择兼容的版本。

8. 第三方库集成模式

第三方库集成模式是指将第三方库集成到Spring Boot项目中。

依赖注入：将第三方库中的类注入到Spring容器中。
AOP切面编程：使用AOP技术实现第三方库的集成。

9. Actuator

Actuator是Spring Boot提供的一个用于监控和管理应用程序的端点。

端点：包括/health、/metrics和/info等。

10. 健康检查端点

健康检查端点用于检测应用程序的健康状态。

实现：通过实现Spring Boot的HealthIndicator接口，可以自定义健康检查逻辑。

11. 度量指标收集

度量指标收集是指收集应用程序的性能指标。

工具：包括Micrometer和Spring Boot Actuator。

12. 自定义Endpoint开发

自定义Endpoint是指自定义一个端点，用于提供特定的功能。

实现：通过实现org.springframework.boot.actuate.endpoint.Endpoint接口，可以自定义Endpoint。

13. 配置文件管理

配置文件管理是指管理应用程序的配置信息。

格式：包括properties和yml。

14. 多环境配置（application-{profile}.yml）

多环境配置是指为不同环境（开发、测试、生产）提供不同的配置信息。

文件：在项目目录下创建application-{profile}.yml文件。

15. 配置加载优先级

配置加载优先级是指配置文件的加载顺序。

优先级：项目根目录下的配置文件优先级最高，其他配置文件按目录层级递减。

16. 动态配置刷新

动态配置刷新是指实时更新配置信息。

实现：通过使用Spring Cloud Config，可以实现动态配置刷新。

17. 监控与日志

监控与日志是指对应用程序进行监控和记录日志。

工具：包括Prometheus和ELK。

18. 分布式链路追踪扩展机制

分布式链路追踪是指追踪分布式系统中的请求路径。

工具：包括Zipkin和Skywalking。

19. 自定义AutoConfigurationBean生命周期扩展点

自定义AutoConfigurationBean生命周期扩展点是指扩展AutoConfigurationBean的生命周期。

实现：通过实现org.springframework.boot.context.event.ApplicationEnvironmentPreparedEvent监听器，可以自定义扩展点。

20. 响应式编程支持

响应式编程是指通过异步编程模式实现非阻塞、高并发的程序。

支持：包括WebFlux和Reactor。

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