JVM与Spring Boot深度解析-CSDN博客

📕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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一、JVM知识体系

类加载机制

Java虚拟机（JVM）的类加载机制是Java语言实现动态性、灵活性的关键。它通过类加载器（ClassLoader）负责将类定义（.class文件）从文件系统或网络中读取到JVM中，并存储在方法区中。类加载器确保了每个类只被加载一次，并且可以被多个线程共享，这是通过类加载器引用的不可变性来实现的。

类加载过程

类加载过程可以分为三个阶段：加载、连接和初始化。

加载：在这个过程中，JVM会通过类加载器找到类的定义，并将其载入内存。加载过程包括读取类的二进制数据，创建一个类的Class对象，并将其存储在方法区中。
连接：连接阶段包括验证、准备和解析三个子阶段。验证过程确保类的正确性，如字节码的格式正确性、符号引用的验证等。准备阶段为类变量分配内存，并设置默认值。解析阶段将符号引用转换为直接引用。
初始化：初始化阶段是执行类构造器<clinit>()方法的过程，这个方法包含了类的静态初始化代码，如静态变量的赋值和静态代码块的执行。

双亲委派模型

双亲委派模型是JVM类加载机制的一个重要特性。在这个模型中，当一个类需要被加载时，首先由其父类加载器尝试加载，如果父类加载器无法加载，则由子类加载器尝试加载。这种模型的优点是避免了类的重复加载，同时确保了类加载的安全性。

自定义类加载器

开发者可以通过继承ClassLoader类或实现ClassLoadable接口来创建自定义类加载器。自定义类加载器可以用来加载特定来源的类，如从网络加载、从加密文件加载等。

模块化系统（JPMS）

Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的模块化系统，它通过模块来组织代码，提高了系统的可扩展性和可维护性。模块化系统通过模块描述符（module-info.java）来定义模块的依赖关系和模块提供的API。

内存模型

JVM的内存模型包括运行时数据区和程序计数器。

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。堆内存的大小可以通过JVM参数进行调整。
- 栈：存储局部变量和方法调用栈。栈内存的大小也受到JVM参数的限制。
- 方法区：存储类信息、常量、静态变量等。方法区的大小通常比堆内存小。
- PC寄存器：用于存储当前线程所执行的指令的地址。

内存溢出场景分析

内存溢出通常发生在以下场景：

堆内存不足：创建对象过多，导致堆内存耗尽。可以通过JVM参数调整堆内存大小来解决这个问题。
栈内存不足：方法调用深度过深，导致栈内存耗尽。可以通过调整栈内存大小或优化代码结构来解决这个问题。
方法区不足：类定义过多，导致方法区内存耗尽。可以通过调整方法区大小或使用轻量级类加载器来解决这个问题。

垃圾回收

垃圾回收是JVM自动管理内存的重要机制。它通过标记-清除、复制和整理算法来回收不再使用的对象。

GC Roots可达性分析：从GC Roots开始，向上遍历所有可达对象，确定哪些对象是可达的，哪些是不可达的。
分代收集理论：将对象分为新生代（Young）和老年代（Old），针对不同代采用不同的回收策略。
引用类型：分为强引用、软引用、弱引用和虚引用，不同的引用类型决定了对象的生命周期。

垃圾回收算法

标记-清除：标记所有可达对象，然后清除未被标记的对象。
复制：将对象分为两个部分，每次只使用其中一部分，当这一部分满时，将存活的对象复制到另一部分。
整理：在回收过程中，将存活的对象移动到内存的一端，释放另一端的空间。

并发收集器

CMS（Concurrent Mark Sweep）：一种以降低停顿时间为目标的收集器。
G1（Garbage-First）：一种以预测垃圾回收停顿时间并优化回收过程为目标的收集器。
ZGC（Z Garbage Collector）：一种低延迟的垃圾回收器。

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G1的并发标记阶段和并发清理阶段。

性能调优

JVM的性能调优包括JVM参数配置和内存泄漏诊断。

JVM参数配置：通过设置-Xms、-Xmx等参数来调整堆内存大小。
内存泄漏诊断：使用工具如MAT（Memory Analyzer Tool）来诊断内存泄漏。

JIT编译优化

JIT编译器是JVM的一个关键组件，它将字节码编译成本地机器码，以提高程序的执行效率。JIT编译器通过动态编译、即时编译和优化等技术来提高程序性能。

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，减少手动配置的工作量。自动配置基于条件化配置，根据类路径下存在的类和库来推断应用程序的配置。

@EnableAutoConfiguration原理

@EnableAutoConfiguration注解是Spring Boot自动配置的核心。它通过扫描类路径下的jar包，根据类路径下配置的类自动配置Spring应用程序。这个过程涉及到Spring的类路径扫描、条件化配置和自动配置注册。

条件化配置（@Conditional）

Spring Boot使用@Conditional注解来实现条件化配置，根据特定的条件来启用或禁用某些配置。例如，@ConditionalOnClass可以根据类路径下是否存在某个类来启用或禁用配置。

自定义Starter开发

自定义Starter可以帮助开发者将他们的库或组件集成到Spring Boot项目中。开发者可以通过创建一个包含所需依赖的jar包来创建自定义Starter。

起步依赖

Spring Boot使用起步依赖来简化依赖管理。起步依赖是一个包含一组相关依赖的jar包，这些依赖是根据Spring Boot的官方文档和最佳实践选择的。

依赖管理机制（BOM文件）

Spring Boot使用BOM（Bill of Materials）文件来管理依赖的版本，确保所有依赖的版本一致性。BOM文件定义了所有依赖的版本，确保了应用程序的稳定性和兼容性。

版本冲突解决

Spring Boot通过提供兼容的依赖版本来解决版本冲突。如果存在版本冲突，Spring Boot会自动选择兼容的版本，并解决依赖关系。

第三方库集成模式

Spring Boot支持多种第三方库的集成模式，包括直接依赖、依赖管理器依赖和自定义Starter依赖。这些模式提供了灵活性和可扩展性，使得开发者可以根据需求选择合适的集成方式。

Actuator

Spring Boot Actuator是一个生产级特性，它提供了健康检查、度量指标收集和自定义端点等功能。Actuator可以帮助开发者监控和管理Spring Boot应用程序。

健康检查端点

Spring Boot Actuator提供了多种健康检查端点，如/health和/health/prometheus。这些端点可以用来检查应用程序的健康状态，如数据库连接、缓存状态等。

度量指标收集

Spring Boot Actuator可以收集应用程序的度量指标，如内存使用、线程数等。这些指标可以用来监控应用程序的性能和资源使用情况。

自定义Endpoint开发

开发者可以自定义Endpoint来提供自定义的监控和诊断信息。自定义Endpoint可以通过实现Endpoint接口来创建。

配置文件管理

Spring Boot使用配置文件来管理应用程序的配置，支持多环境配置和动态配置刷新。配置文件可以是application.properties或application.yml。

多环境配置（application-{profile}.yml）

Spring Boot支持多环境配置，通过application-{profile}.yml文件来管理不同环境的配置。例如，application-dev.yml可以用于开发环境，而application-prod.yml可以用于生产环境。

配置加载优先级

Spring Boot按照一定的优先级加载配置文件，确保配置的正确性。配置文件的优先级取决于它们的名称和位置。

动态配置刷新

Spring Boot支持动态配置刷新，允许在运行时更改配置并重新加载。这可以通过Spring Cloud Config Server来实现。

监控与日志

Spring Boot使用Micrometer进行监控，并支持Logback/SLF4J进行日志配置。Micrometer提供了一组用于度量指标收集的客户端库，而Logback/SLF4J提供了灵活的日志配置选项。

分布式链路追踪

Spring Boot支持分布式链路追踪，如Zipkin和Jaeger。分布式链路追踪可以帮助开发者追踪分布式系统中的请求路径，并分析性能瓶颈。

扩展机制

Spring Boot提供了多种扩展机制，如自定义AutoConfigurationBean和生命周期扩展点。这些机制允许开发者扩展Spring Boot的功能，以满足特定的需求。

响应式编程支持

Spring Boot支持响应式编程，使用Reactor和Project Reactor等技术。响应式编程可以提供更好的并发性能和资源利用率。

通过以上对JVM和Spring Boot知识体系的详细解析，我们可以看到这两个技术在现代Java开发中的应用和重要性。JVM提供了运行时环境，而Spring Boot则提供了开发框架，两者相辅相成，共同推动了Java技术的进步。

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博主分享

📥博主的人生感悟和目标

Java程序员廖志伟

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