📕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
类加载机制
在JVM中,类加载机制是实现Java程序动态性和灵活性的关键。类加载过程涉及多个组件,包括类加载器、类定义文件(.class文件)以及运行时数据区。
- 类加载器(Class Loader):JVM中的类加载器负责将类定义文件加载到JVM中。Java标准库中提供了三种主要的类加载器: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自身用到的类库,扩展类加载器负责加载JDK扩展库,而应用类加载器负责加载用户编写的类。
- 类定义文件:类定义文件(.class文件)包含了类的结构信息,如字段、方法、接口等。这些信息在类加载过程中被读取并转换为Java对象。
- 运行时数据区:在JVM运行时,每个类实例都会占用运行时数据区的一部分。运行时数据区包括堆(Heap)、栈(Stack)、方法区(Method Area)和PC寄存器(PC Register)。
类加载过程
类加载过程分为加载、验证、准备、解析和初始化五个阶段。
- 加载(Loading):类加载器查找并加载类的字节码文件。在这个过程中,类加载器会检查类文件是否有效,并且将其存储在JVM的内存中。
- 验证(Verification):验证类文件确保其符合JVM规范,不会对JVM的稳定运行造成威胁。验证过程包括结构验证、逻辑验证和符号引用验证。
- 准备(Preparation):为类变量分配内存并设置默认初始值。这个阶段不涉及实例化对象,仅对类变量进行内存分配。
- 解析(Resolution):将符号引用转换为直接引用。符号引用是指编译时生成的引用,而直接引用是指运行时可以直接访问的引用。
- 初始化(Initialization):执行类的初始化代码,包括静态变量的赋值和静态代码块。这个阶段是初始化类的关键步骤。
双亲委派模型
双亲委派模型是一种类加载策略,要求类加载器在尝试加载类之前,首先请求其父类加载器加载。这种模型有助于保证类型安全,避免同名类的冲突。
自定义类加载器
自定义类加载器允许开发者根据特定需求创建类加载器。这可以通过继承ClassLoader
类或实现ClassLoading
接口来实现。
- 继承
ClassLoader
:通过继承ClassLoader
并重写loadClass
方法,可以创建自定义类加载器。 - 实现
ClassLoading
接口:通过实现ClassLoading
接口,可以提供类加载的完整实现。
模块化系统(JPMS)
Java Platform Module System(JPMS)是Java 9引入的模块化系统,它通过模块定义了应用程序的组件和依赖关系,提高了应用程序的模块化和安全性。
- 模块定义:模块通过
module-info.java
文件来定义,其中指定了模块的名称、导出、依赖等信息。 - 模块解析:JVM在运行时会解析模块依赖,确保所有需要的模块都已经被正确加载。
内存模型
JVM的内存模型包括堆、栈、方法区和PC寄存器等运行时数据区。
- 堆(Heap):堆是存储所有类的实例和数组的对象的地方。堆内存由JVM自动管理。
- 栈(Stack):栈存储线程的局部变量和方法调用栈。每个线程都有自己的栈。
- 方法区(Method Area):方法区存储已经被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等数据。
- PC寄存器:PC寄存器存储指向当前正在执行的指令的指针。
内存溢出场景分析
内存溢出是指JVM的内存使用超出其限制,导致程序无法正常运行。常见的内存溢出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:创建大量对象,导致堆内存不足。
- 栈内存溢出:递归调用深度过深,导致栈内存不足。
- 方法区溢出:加载大量类信息,导致方法区内存不足。
垃圾回收
垃圾回收(GC)是JVM自动管理内存的一种机制。垃圾回收的过程包括GC Roots可达性分析、分代收集理论和引用类型。
- GC Roots可达性分析:从GC Roots开始,向上遍历可达的对象,确定哪些对象是可达的。
- 分代收集理论:将对象分为新生代、老年代和永久代,分别采用不同的回收策略。
- 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
常见的垃圾回收算法包括标记-清除(Mark-Sweep)算法、复制(Copying)算法和整理(Mark-Compact)算法。
- 标记-清除(Mark-Sweep)算法:标记所有可达对象,然后清除未被标记的对象。
- 复制(Copying)算法:将对象分为两块,每次只使用其中一块,当这一块满了,就将存活的对象复制到另一块,然后交换两块的角色。
- 整理(Mark-Compact)算法:类似于标记-清除,但在清除后对堆内存进行整理,以提高空间利用率。
并发收集器
并发收集器可以在应用程序运行时进行垃圾回收,从而减少对应用程序性能的影响。常见的并发收集器包括CMS(Concurrent Mark Sweep)、G1(Garbage-First)和ZGC(Z Garbage Collector)。
- CMS(Concurrent Mark Sweep):适用于响应时间敏感的应用程序。
- G1(Garbage-First):适用于大堆内存的应用程序。
- ZGC(Z Garbage Collector):适用于对延迟要求极高的应用程序。
停顿时间控制策略
为了减少垃圾回收对应用程序性能的影响,JVM提供了多种停顿时间控制策略,如自适应大小(Adaptive Size)和G1的动态设置(G1 Dynamic Set)。
性能调优
性能调优是提高JVM性能的关键。常用的性能调优方法包括JVM参数配置、内存泄漏诊断和JIT编译优化。
二、Spring Boot知识体系
自动配置
Spring Boot的自动配置功能可以自动配置Spring应用程序的许多组件,从而减少配置工作量。自动配置的原理基于Spring的@Configuration
注解和条件化配置。
- @EnableAutoConfiguration:通过该注解启用自动配置。
- 条件化配置(@Conditional):根据特定的条件来决定是否应用某些配置。
自定义Starter开发
自定义Starter可以帮助开发者简化依赖管理。以下是一些关键步骤:
- 起步依赖:定义起步依赖,包含所有必要的依赖项。
- 依赖管理机制:使用
pom.xml
或build.gradle
文件来管理依赖。 - 版本冲突解决:使用依赖管理工具(如Maven或Gradle)来解决版本冲突。
第三方库集成模式
Spring Boot支持多种第三方库的集成模式,包括自动配置和配置文件。
- 自动配置:自动配置第三方库的Bean。
- 配置文件:通过配置文件来配置第三方库。
Actuator
Spring Boot Actuator提供了一系列端点,用于监控和管理Spring Boot应用程序。
- 健康检查端点:检查应用程序的健康状态。
- 度量指标收集:收集应用程序的性能指标。
- 自定义Endpoint开发:开发自定义端点来满足特定的监控需求。
配置文件管理
Spring Boot使用配置文件来管理应用程序的配置。
- 多环境配置:使用
application-{profile}.yml
文件来管理不同环境的配置。 - 配置加载优先级:配置文件的加载顺序和优先级。
- 动态配置刷新:在运行时动态刷新配置。
监控与日志
Spring Boot提供了多种监控和日志解决方案,包括Micrometer和Logback/SLF4J。
- Micrometer:用于度量指标收集。
- Logback/SLF4J:用于日志记录。
分布式链路追踪
Spring Boot支持分布式链路追踪,允许开发者追踪分布式系统的请求路径。
- 自定义AutoConfigurationBean:自定义Bean来支持链路追踪。
- 生命周期扩展点:在Bean的生命周期中添加扩展点。
响应式编程支持
Spring Boot支持响应式编程,使用Reactor、Project Reactor等库来实现响应式编程。
- 响应式编程模型:使用Reactor、Project Reactor等库来实现响应式编程。
- 非阻塞IO:使用Netty、Undertow等库来实现非阻塞IO。
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在现代Java开发中的应用非常广泛。JVM作为Java语言的运行环境,提供了强大的性能和灵活性;而Spring Boot则简化了Spring应用程序的开发和配置过程。在实际开发中,开发者需要根据具体的应用场景和需求,灵活运用这些技术,以达到最佳的开发效果。
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