JVM与Spring Boot解析-CSDN博客

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📕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程序执行的平台，它负责将Java字节码转换为机器码执行。下面将详细介绍JVM的相关知识点，并深入探讨其技术实现细节。

类加载机制

类加载机制是JVM的核心功能之一，负责将类文件加载到JVM中。类加载过程主要包括三个阶段：加载、连接和初始化。

类加载过程

加载：类加载器将类文件加载到JVM中，生成一个Class对象。这个过程涉及以下几个关键步骤：
- 查找类定义：类加载器首先在类路径（Classpath）中查找类定义文件（.class文件）。
- 生成Class对象：一旦找到类定义，类加载器将创建一个Class对象，并存储在方法区中。
- 解析类成员：解析类的字段、方法和接口等信息。
连接：连接过程包括验证、准备和解析三个步骤：
- 验证：确保类文件符合Java语言规范，包括字节码的格式、符号引用的准确性等。
- 准备：为类变量分配内存并设置默认值，对于基本数据类型是0或false，对于对象引用是null。
- 解析：将符号引用转换为直接引用，例如将符号引用的类、接口、字段或方法转换为直接引用。
初始化：初始化阶段为类变量赋予正确的初始值，调用类构造器（<clinit>()），这个过程可能包括以下操作：
- 静态初始化块：执行类中的静态初始化块。
- 静态变量赋值：为静态变量赋值。
- 初始化父类：如果类有父类，先初始化父类。

双亲委派模型

双亲委派模型是一种类加载策略，要求类加载器首先请求其父类加载器进行类加载，只有当父类加载器无法加载时，才由自己加载。这种模型确保了类的一致性，避免类加载器之间的冲突。

自定义类加载器

自定义类加载器可以加载特定路径下的类文件，实现扩展功能，如实现热部署。自定义类加载器需要继承ClassLoader类，并重写findClass方法。

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成模块，提高代码的可维护性和可扩展性。JPMS通过模块描述文件（module-info.java）来定义模块的依赖和权限。

内存模型

JVM的内存模型主要包括运行时数据区和PC寄存器。

运行时数据区

堆：存储所有类实例和数组的对象。堆是垃圾回收的主要区域，其内存分配和回收由垃圾回收器管理。
栈：存储局部变量和方法调用栈。栈内存是线程私有的，每个线程都有自己的栈空间。
方法区：存储类信息、常量、静态变量等。方法区是所有线程共享的，其内存分配和回收由垃圾回收器管理。
PC寄存器：存储当前线程所执行的指令地址。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

内存溢出主要发生在堆空间不足时，可能导致JVM崩溃。常见原因包括：

内存泄漏：对象生命周期过长，无法被垃圾回收。
对象生命周期过短：频繁创建和销毁对象，导致垃圾回收频繁，消耗大量资源。
大量对象创建：短时间内创建大量对象，超过堆空间容量。

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。

GC Roots可达性分析

GC Roots是指所有对象都能通过GC Roots到达的对象集合。垃圾回收器通过分析GC Roots可达性来确定哪些对象可以被回收。常见的GC Roots包括：

线程栈：线程的局部变量表中的对象引用。
方法区：常量池中的对象引用。
本地方法栈：本地方法中的对象引用。

分代收集理论

JVM将对象分为新生代（Young区）和老年代（Old区），不同代的垃圾回收策略不同。新生代采用复制算法，老年代采用标记-清除或标记-整理算法。

引用类型

Java中的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。

垃圾回收算法

标记-清除：标记所有可达对象，清除未被标记的对象。这种方法可能导致内存碎片化。
复制：将对象在内存中复制一次，达到回收目的。这种方法适用于新生代，因为新生代对象生命周期较短。
整理：移动内存中的对象，回收内存空间。这种方法可以减少内存碎片化。

并发收集器

CMS：基于标记-清除算法，适用于多核CPU环境。CMS收集器在垃圾回收时尽量减少对用户线程的影响。
G1：基于分代收集算法，适用于大规模数据集。G1收集器将堆内存划分为多个区域，并优先回收垃圾回收价值最高的区域。
ZGC：基于分代收集算法，适用于低延迟场景。ZGC收集器通过减少GC停顿时间来提高系统性能。

停顿时间控制策略

JVM提供多种停顿时间控制策略，如自适应大小、G1年轻代回收策略等。这些策略旨在减少垃圾回收对用户线程的影响。

性能调优

通过调整JVM参数，如Xms、Xmx等，可以优化JVM性能。性能调优需要根据应用的具体情况进行。

内存泄漏诊断

内存泄漏是指程序中无法释放的内存，可能导致内存溢出。诊断内存泄漏的方法包括工具分析和代码审查。

JIT编译优化

JIT编译器可以将Java字节码编译成机器码，提高程序执行效率。JIT编译器通过动态编译和即时编译来优化代码执行。

二、Spring Boot知识体系

Spring Boot是Spring框架的一个子项目，它简化了Spring应用的创建和配置过程。

自动配置

Spring Boot通过自动配置功能，根据项目依赖自动配置相关组件。

@EnableAutoConfiguration原理

@EnableAutoConfiguration注解通过条件化配置，自动加载相关配置类。这个过程涉及以下几个关键步骤：

查找条件注解：Spring Boot会查找所有带有@Conditional注解的类。
匹配条件：根据项目依赖和配置，匹配符合条件的配置类。
加载配置类：加载匹配条件的配置类，并应用其配置。

条件化配置（@Conditional）

条件化配置允许根据特定条件加载或禁用配置类。常见的条件注解包括：

@ConditionalOnClass：当存在特定类时，加载配置类。
@ConditionalOnMissingBean：当不存在特定Bean时，加载配置类。
@ConditionalOnProperty：当存在特定属性时，加载配置类。

自定义Starter开发

自定义Starter可以简化依赖管理，提高开发效率。开发自定义Starter需要创建一个Maven项目，并添加spring-boot-starter依赖。

起步依赖

起步依赖包含Spring Boot应用所需的基本库。Spring Boot提供了丰富的起步依赖，方便开发者快速构建应用。

依赖管理机制（BOM文件）

BOM文件用于管理依赖版本，解决版本冲突问题。BOM文件定义了所有依赖的版本，确保应用的一致性。

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

健康检查端点用于检查应用的健康状态。开发者可以通过自定义健康指标来扩展健康检查功能。

度量指标收集

度量指标收集用于收集应用性能数据。Spring Boot集成了Micrometer，提供了多种度量指标收集器。

自定义Endpoint开发

自定义Endpoint可以扩展Actuator的功能。开发者可以通过实现Endpoint接口来创建自定义端点。

配置文件管理

Spring Boot支持多环境配置，如application-{profile}.yml。配置文件加载优先级决定了配置的覆盖顺序。

配置加载优先级

配置文件加载优先级决定了配置的覆盖顺序。Spring Boot按照以下顺序加载配置文件：

application.yml或application.properties
application-{profile}.yml或application-{profile}.properties
bootstrap.yml或bootstrap.properties

动态配置刷新

动态配置刷新允许在运行时更新配置。开发者可以通过Spring Cloud Config或Spring Cloud Bus来实现动态配置刷新。

监控与日志

Spring Boot集成Micrometer和Logback/SLF4J，提供监控和日志功能。

Micrometer

Micrometer是Spring Boot集成的监控指标收集器。它支持多种监控指标收集器，如Prometheus、InfluxDB等。

Logback/SLF4J

Logback/SLF4J是Spring Boot集成的日志框架。它支持多种日志实现，如Log4j、Logback等。

分布式链路追踪

Spring Boot支持分布式链路追踪，如Zipkin、Jaeger等。分布式链路追踪可以帮助开发者追踪跨服务的请求，分析系统性能。

扩展机制

Spring Boot提供多种扩展机制，如自定义AutoConfiguration、Bean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。响应式编程可以帮助开发者构建高并发、高并发的应用程序。

通过以上对JVM和Spring Boot知识体系的详细介绍，相信您对这两个框架有了更深入的了解。在实际应用中，掌握这些知识点将有助于您更好地开发和优化Java程序。

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