JVM与Spring Boot详解

📕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）、《解密程序员的思维密码——沟通、演讲、思考的实践》作者、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。

💡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。

JVM知识体系详解

类加载机制

Java虚拟机（JVM）的类加载机制是Java语言动态性的基石，它负责将类定义的数据从文件系统或网络中加载到JVM中，并转换为方法区的运行时数据结构。这一过程涉及类加载器、类定义数据、方法区、运行时常量池等多个组件。

类加载过程

类加载过程分为三个主要阶段：加载、连接和初始化。

1. 加载：类加载器负责查找和加载.class文件。在加载过程中，类加载器会检查.class文件的格式是否正确，并生成一个Class对象。Java提供了多种类加载器，如Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader和App ClassLoader。

2. 连接：连接阶段包括验证、准备和解析三个子阶段。

   • 验证：确保.class文件的字节码符合JVM规范，没有安全风险。
   • 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，即解析类、接口、字段和方法的符号引用到直接引用。

3. 初始化：初始化阶段是执行类构造器<clinit>()方法的过程，它负责初始化类变量和静态变量，执行静态代码块。

双亲委派模型

双亲委派模型是JVM中类加载器的一个设计模式，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。这种设计模式确保了类型安全，防止了不同版本的类加载器加载相同的类。

自定义类加载器

自定义类加载器允许开发者控制类的加载过程，这对于实现特定的加载策略、模块化系统（如OSGi）等非常有用。自定义类加载器需要继承java.lang.ClassLoader类，并重写findClass方法。

模块化系统（JPMS）

Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的一个模块化系统，它允许将应用程序分解为多个模块，每个模块可以独立编译和部署。模块化系统能够提高应用程序的启动速度、减少内存占用，并提高安全性。

内存模型

JVM的内存模型包括运行时数据区和PC寄存器。

• 运行时数据区：包括堆、栈、方法区和PC寄存器。
  • 堆：存储所有类的实例和数组的对象，是垃圾回收的主要区域。
  • 栈：存储局部变量和方法调用栈，栈帧包含局部变量表、操作数栈、动态链接信息、方法返回地址等信息。
  • 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，是永久代或元空间的存储区域。
  • PC寄存器：用于指示当前线程所执行的字节码指令的地址。

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。常见场景包括：

• 创建大量对象，如无限循环创建对象。
• 循环引用，如两个对象相互引用，导致垃圾回收器无法回收。
• 内存泄漏，如静态变量引用了不再使用的对象，导致内存无法释放。

垃圾回收

垃圾回收（GC）是JVM自动管理内存的一种机制，它通过回收不再使用的对象来释放内存。垃圾回收算法包括标记-清除、复制、整理等。

• 标记-清除：标记所有可达对象，清除未被标记的对象。
• 复制：将对象复制到另一个区域，只保留一半的对象。
• 整理：移动对象以减少内存碎片。

并发收集器

JVM提供了多种并发收集器，如CMS（Concurrent Mark Sweep）、G1（Garbage-First）和ZGC（Z Garbage Collector）。

• CMS（Concurrent Mark Sweep）：一种以降低停顿时间为目标的收集器，适用于对响应时间敏感的应用程序。
• G1（Garbage-First）：一种面向服务端应用的收集器，旨在提供可控的停顿时间。
• ZGC（Z Garbage Collector）：一种低延迟的垃圾收集器，适用于对延迟敏感的应用程序。

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，如使用不同的收集器、调整JVM参数等。

性能调优

JVM性能调优主要包括JVM参数配置、内存泄漏诊断和JIT编译优化。

• JVM参数配置：通过调整Xms、Xmx等参数来优化内存使用。
• 内存泄漏诊断：使用工具如VisualVM或MAT来诊断内存泄漏。
• JIT编译优化：JIT编译器将字节码编译成本地机器码，以提高程序的执行效率。

Spring Boot知识体系详解

自动配置

Spring Boot的自动配置通过自动配置类来简化应用程序的配置过程。自动配置类通常位于spring-boot-autoconfigure依赖中。

• @EnableAutoConfiguration原理：Spring Boot通过分析类路径下添加的jar包以及项目中的配置，自动配置项目所需的Bean。自动配置类通常使用@Conditional注解来根据特定条件动态启用或禁用配置。

自定义Starter开发

自定义Starter可以帮助开发者将库或框架集成到Spring Boot项目中。自定义Starter需要定义一个起步依赖，并使用spring-boot-starter命名规范。

• 起步依赖：定义一个包含所有必需依赖的jar包。
• 依赖管理机制：使用BOM文件来管理依赖版本，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、配置属性和Bean定义。

• 自动配置：通过自动配置类来简化第三方库的配置过程。
• 配置属性：使用@ConfigurationProperties注解将配置文件中的属性绑定到Bean上。
• Bean定义：通过自定义Bean来集成第三方库。

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：检查应用程序的健康状态，如数据库连接、服务可用性等。
• 度量指标收集：收集应用程序的性能指标，如内存使用、线程数等。
• 自定义Endpoint开发：允许开发者创建自定义端点，以提供更丰富的监控信息。

配置文件管理

Spring Boot使用配置文件来管理应用程序的配置，支持多环境配置。

• 多环境配置：通过application-{profile}.yml文件来区分不同环境的配置，如开发环境、测试环境和生产环境。
• 配置加载优先级：配置文件加载的优先级规则，如先加载application.yml，再加载application-dev.yml。
• 动态配置刷新：支持动态刷新配置文件，如使用Spring Cloud Config。

监控与日志

Spring Boot集成了Micrometer和Logback/SLF4J，用于监控和日志管理。

• Micrometer集成：提供了一种统一的度量指标收集方式，支持多种监控工具，如Prometheus、Grafana等。
• Logback/SLF4J配置：配置日志记录器，支持多种日志级别和输出格式。

分布式链路追踪扩展机制

Spring Boot支持分布式链路追踪，允许开发者追踪跨多个服务调用的请求。

• 自定义AutoConfigurationBean生命周期扩展点：允许开发者自定义Bean的生命周期，如添加自定义的初始化和销毁逻辑。

响应式编程支持

Spring Boot支持响应式编程，允许开发者使用Reactor、Project Reactor等库来编写异步非阻塞代码。

通过以上知识点的串联，我们可以看到JVM和Spring Boot在构建高性能、可扩展的应用程序中的重要作用。JVM提供了底层运行时环境，而Spring Boot则提供了高级别的抽象和自动化配置，使得开发者可以更专注于业务逻辑的实现。在实际开发中，理解这些知识点对于优化应用程序性能和解决潜在问题至关重要。

博主分享

📥博主的人生感悟和目标

📙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。

• 《Java项目实战—深入理解大型互联网企业通用技术》基础篇的购书链接：https://item.jd.com/14152451.html
• 《Java项目实战—深入理解大型互联网企业通用技术》基础篇繁体字的购书链接：http://product.dangdang.com/11821397208.html
• 《Java项目实战—深入理解大型互联网企业通用技术》进阶篇的购书链接：https://item.jd.com/14616418.html
• 《Java项目实战—深入理解大型互联网企业通用技术》架构篇待上架
• 《解密程序员的思维密码--沟通、演讲、思考的实践》购书链接：https://item.jd.com/15096040.html

面试备战资料

八股文备战

理论知识专题（图文并茂，字数过万）

集群部署（图文并茂，字数过万）

开源项目分享

管理经验

【公司管理与研发流程优化】针对研发流程、需求管理、沟通协作、文档建设、绩效考核等问题的综合解决方案：https://download.csdn.net/download/java_wxid/91148718

希望各位读者朋友能够多多支持！

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

🔔如果您需要转载或者搬运这篇文章的话，非常欢迎您私信我哦~