JVM深入解析-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）、《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。

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Java程序员廖志伟

💡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。

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JVM知识体系深入解析

类加载机制

类加载机制在JVM中扮演着至关重要的角色，它确保了每个Java类在运行时都能够被正确地加载和初始化。类加载过程涉及多个细节，以下是具体的技术实现细节：

加载阶段：JVM通过类加载器（ClassLoader）将类的字节码加载到内存中。在Java 9及以后的版本中，类加载器被分为平台类加载器、扩展类加载器和应用程序类加载器。平台类加载器负责加载平台核心类库，如rt.jar；扩展类加载器负责加载JVM的扩展库；应用程序类加载器负责加载应用程序中的类。
连接阶段：连接阶段是类加载的中间阶段，主要分为验证、准备和解析三个步骤。
- 验证：确保类文件中的字节码是合法的，并且符合JVM规范。验证过程包括对字节码流进行结构验证、符号引用验证和常量池验证等。
- 准备：为类变量分配内存，并设置默认初始值。在Java虚拟机中，类变量分为两类：静态变量和实例变量。静态变量存储在方法区中，而实例变量存储在堆中。
- 解析：将符号引用转换为直接引用。符号引用是编译时生成的，直接引用是运行时生成的，直接引用可以指向堆中的对象。
初始化阶段：初始化阶段是类加载的最后一步，它会执行类中的静态初始化器代码块（static{}），初始化类变量。

双亲委派模型

双亲委派模型是JVM中类加载器的一种委派机制，它的实现细节如下：

类加载器层级：在双亲委派模型中，类加载器按照从顶层到应用程序层级的顺序进行委派。顶层是启动类加载器（Bootstrap ClassLoader），它负责加载JVM的核心库。其他类加载器（如扩展类加载器和应用程序类加载器）都继承自抽象类ClassLoader，并重写了findClass方法，实现了类加载逻辑。
委派过程：当一个类加载器请求加载一个类时，它会先请求其父类加载器加载该类。如果父类加载器无法加载，则由当前类加载器尝试加载。这种委派过程确保了类库的稳定性和安全性，防止了不同版本的类库之间的冲突。

自定义类加载器

自定义类加载器允许开发者在JVM中加载特定的类，以下是实现自定义类加载器的技术细节：

继承ClassLoader类：通过继承ClassLoader类，可以创建自定义的类加载器。在findClass方法中，可以实现自定义的类加载逻辑，例如从文件系统、网络或数据库中加载类文件。
实现ClassLoader接口：除了继承ClassLoader类，还可以通过实现ClassLoader接口来创建自定义的类加载器。这种方式提供了更大的灵活性，可以实现更复杂的类加载逻辑。

模块化系统（JPMS）

Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的一个模块化系统，以下是JPMS的技术实现细节：

模块定义：每个模块都通过一个module-info.java文件进行定义，其中包含了模块的名称、所依赖的模块以及模块的导出和开包声明。
模块解析：模块解析器负责解析模块信息，并根据模块之间的依赖关系确定模块的加载顺序。
模块加载：模块加载器负责将模块加载到JVM中，并将模块的类加载器设置为当前线程的上下文类加载器。

内存模型

JVM的内存模型包括以下几个运行时数据区：

堆（Heap）：堆是JVM中最大的内存区域，用于存储所有实例和数组。堆的内存大小可以通过JVM参数（如-Xms和-Xmx）进行配置。
栈（Stack）：栈是线程私有的内存区域，用于存储局部变量和方法调用。每个线程都有自己的栈，栈的大小可以通过JVM参数（如-XX:StackSize）进行配置。
方法区（Method Area）：方法区用于存储类信息、常量、静态变量等数据。方法区的内存大小可以通过JVM参数（如-XX:MaxPermSize）进行配置。在Java 8及以后的版本中，方法区被移至堆中。
PC寄存器：PC寄存器存储当前线程所执行的指令的内存地址。PC寄存器的值在程序计数器中不断变化，直到指令执行完毕。

内存溢出场景分析

内存溢出是指JVM的内存不足以处理应用程序的请求。以下是常见内存溢出场景的技术实现细节：

堆内存溢出：当对象实例过多，占用过多内存时，可能会发生堆内存溢出。可以通过调整JVM参数（如-Xmx）来增加堆内存大小，或者通过优化代码减少对象实例的创建。
栈内存溢出：当方法调用过深，占用过多栈空间时，可能会发生栈内存溢出。可以通过调整JVM参数（如-XX:StackSize）来增加栈内存大小，或者优化代码减少方法调用的深度。
方法区溢出：当类信息过多，占用过多方法区空间时，可能会发生方法区溢出。可以通过调整JVM参数（如-XX:MaxPermSize）来增加方法区内存大小，或者优化代码减少类信息的创建。

垃圾回收

垃圾回收（GC）是JVM自动管理内存的一种机制。以下是垃圾回收的技术实现细节：

GC Roots可达性分析：GC通过从GC Roots开始，向上搜索可达对象，确定哪些对象是可以回收的。GC Roots包括静态变量、常量池引用、线程栈帧的局部变量表、方法区中的类静态变量等。
分代收集理论：JVM将内存分为不同的代，如Young代、Old代和永久代（在Java 8及以后的版本中，永久代被移除）。分代收集理论认为不同代的对象具有不同的生命周期，从而提高垃圾回收效率。
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，它们在垃圾回收中的角色不同。强引用是默认的引用类型，不会被垃圾回收器回收；软引用和弱引用可以被垃圾回收器回收，但回收策略不同；虚引用只能通过引用队列来访问。
垃圾回收算法：常见的垃圾回收算法包括标记-清除、复制和整理算法。标记-清除算法是一种非确定性的垃圾回收算法，它将内存分为两部分：可达对象和不可达对象，然后回收不可达对象占用的内存空间。复制算法和整理算法是标记-清除算法的改进，可以提高垃圾回收效率。
并发收集器：并发收集器在多线程环境中进行垃圾回收，以提高垃圾回收效率。常见的并发收集器包括CMS（Concurrent Mark Sweep）和G1（Garbage-First）。
停顿时间控制策略：JVM通过不同的策略来控制垃圾回收的停顿时间，如G1的停顿时间目标。这些策略包括动态停顿时间控制、自适应停顿时间控制和最大停顿时间控制。
性能调优：通过调整JVM参数（如-Xms、-Xmx、-XX:MaxGCPauseMillis等）来优化垃圾回收性能。
内存泄漏诊断：通过工具和技巧来诊断和修复内存泄漏问题，例如使用VisualVM、JProfiler等工具进行内存分析。
JIT编译优化：JVM的即时编译器（JIT）可以优化Java代码，提高执行效率。JIT编译优化包括方法内联、循环展开、逃逸分析等。

Spring Boot知识体系深入解析

自动配置

Spring Boot的自动配置功能可以自动配置Spring应用，以下是自动配置的技术实现细节：

@EnableAutoConfiguration：@EnableAutoConfiguration注解是Spring Boot自动配置的核心。当使用@EnableAutoConfiguration注解时，Spring Boot会扫描项目中的类路径，并根据添加的jar依赖自动配置相关的Bean。
条件化配置（@Conditional）：Spring Boot使用条件化配置来决定是否应用特定的配置。条件化配置可以通过@ConditionalOnClass、@ConditionalOnMissingBean、@ConditionalOnProperty等注解实现。
自定义Starter开发：通过创建自定义的Starter项目，可以提供更简单的依赖管理和自动配置。自定义Starter项目通常包含一个spring-boot-starter模块和一个spring-boot-configuration-processor模块。

起步依赖

起步依赖（Starter POMs）是Spring Boot的核心特性之一，以下是起步依赖的技术实现细节：

依赖管理：Spring Boot使用Maven或Gradle来管理依赖。在pom.xml或build.gradle文件中，可以添加起步依赖，从而引入Spring Boot的所有相关依赖。
BOM（Bill of Materials）文件：BOM文件用于管理依赖的版本，以解决版本冲突问题。在Maven中，BOM文件是一个特殊的pom文件，其groupId和artifactId与对应的jar包相同，但type为pom，并包含dependencies元素。
依赖冲突解决：当多个起步依赖引入了相同或冲突的依赖时，Spring Boot会自动选择合适的依赖版本，并解决依赖冲突。

依赖管理机制

Spring Boot使用Maven或Gradle来管理依赖，以下是依赖管理机制的技术实现细节：

依赖管理工具：Spring Boot支持Maven和Gradle两种依赖管理工具。Maven是一个基于POM（Project Object Model）的项目构建和管理工具，而Gradle是一个基于Groovy的自动化构建工具。
依赖范围：在Maven中，依赖范围包括compile、test、provided、runtime和system等。在Gradle中，依赖范围包括api、implementation、runtime和test等。不同的依赖范围决定了依赖的传递性。
依赖传递：当添加一个起步依赖时，Spring Boot会自动将所有必需的依赖传递到项目中。依赖传递遵循依赖链的规则，即父依赖的依赖会传递给子依赖。

第三方库集成模式

Spring Boot支持多种第三方库的集成模式，以下是集成模式的技术实现细节：

自动配置：当添加一个第三方库的起步依赖时，Spring Boot会自动配置相关的Bean，从而实现第三方库的集成。
Starter POMs：Starter POMs是Spring Boot集成第三方库的一种常见模式。通过添加一个Starter POMs，可以引入所有必需的依赖和配置，从而简化集成过程。
配置属性：Spring Boot支持配置属性，用于配置第三方库的行为。配置属性通常通过application.properties或application.yml文件进行设置。

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，以下是Actuator的技术实现细节：

健康检查端点：健康检查端点可以检查应用程序的健康状态。Spring Boot提供了多种健康指示器，例如DiskSpaceHealthIndicator、MemoryHealthIndicator和CpuHealthIndicator等。
度量指标收集：度量指标收集可以收集应用程序的性能数据，例如CPU使用率、内存使用率和HTTP请求次数等。Spring Boot使用Micrometer来集成不同的监控工具，例如Prometheus、Grafana和InfluxDB等。
自定义Endpoint开发：允许开发者创建自定义的端点，用于监控和管理应用程序。自定义端点可以通过实现Endpoint接口或使用@Endpoint注解实现。

配置文件管理

Spring Boot使用配置文件来管理应用程序的配置，以下是配置文件管理的技

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Java程序员廖志伟

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