JVM与Spring Boot核心知识

Java开发廖志伟

于 2025-08-04 09:16:11 发布

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分类专栏： Java场景面试宝典文章标签： Java JVM Spring Boot

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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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一、JVM知识体系

类加载机制： JVM的类加载机制负责将Java源文件编译生成的字节码加载到内存中。具体实现上，类加载器负责查找和加载类的.class文件。JVM提供了四种类型的类加载器：Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader、System ClassLoader和用户自定义类加载器。Bootstrap ClassLoader负责加载核心类库，如rt.jar中的类；Extension ClassLoader负责加载JVM扩展库；System ClassLoader负责加载应用程序类路径中的类；用户自定义类加载器可以加载特定来源的类。
类加载过程：类加载过程分为三个阶段：加载、连接、初始化。
- 加载：类加载器通过类的全限定名找到对应的.class文件，并创建一个Class对象。
- 连接：包括验证、准备和解析三个子阶段。验证确保类文件格式正确，没有安全错误；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。
- 初始化：为类变量赋予正确的初始值，调用类构造器（ ()方法）。
双亲委派模型：双亲委派模型要求子类加载器先请求父类加载器加载类，只有当父类加载器无法加载时，子类加载器才尝试加载。这种模型确保了类型安全，避免了类的重复加载。
模块化系统（JPMS）： Java 9引入的模块化系统将JVM、Java API和应用程序划分为独立的模块，通过模块描述文件（module-info.java）定义模块间的依赖关系。模块化系统提高了系统稳定性和安全性，减少了运行时依赖问题。
内存模型： JVM内存模型包括堆、栈、方法区、PC寄存器等运行时数据区。
- 堆：存储所有类的实例和数组的对象引用。
- 栈：存储局部变量和方法调用信息。
- 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。
- PC寄存器：存储指向当前执行指令的指针。
内存溢出场景分析：内存溢出是指程序在运行过程中，消耗的内存超过了JVM能够分配的内存限制。常见场景包括：对象创建过多、数据结构设计不合理、循环引用等。
垃圾回收： JVM通过垃圾回收机制自动回收不再使用的对象占用的内存。垃圾回收算法包括标记-清除、复制、整理算法等。
GC Roots可达性分析：垃圾回收器通过GC Roots可达性分析确定哪些对象是可达的，从而回收不可达的对象。GC Roots包括：栈帧中的本地变量表、方法区中的静态变量、常量池、线程的栈帧中的引用等。
分代收集理论： JVM将对象分为新生代（Young）和老年代（Old），分别采用不同的垃圾回收算法。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：引用类型包括强引用、软引用、弱引用和虚引用。
- 强引用：最常见的引用类型，不会被垃圾回收器回收。
- 软引用：在内存不足时，垃圾回收器会回收软引用指向的对象。
- 弱引用：垃圾回收器在回收时，不管内存是否充足，都会回收弱引用指向的对象。
- 虚引用：没有任何实际意义，只能通过引用队列来回收。
垃圾回收算法：常见的垃圾回收算法有标记-清除、复制、整理算法。
- 标记-清除：先标记所有可达对象，然后清除未被标记的对象。
- 复制：将对象分为两个半区，每次只使用其中一个半区，当该半区快满时，将存活对象复制到另一个半区，清空原半区。
- 整理：类似于标记-清除，但在清除过程中对内存空间进行整理。
并发收集器：并发收集器如CMS、G1、ZGC等，在程序运行期间进行垃圾回收，减少停顿时间。CMS采用标记-清除算法，G1和ZGC采用标记-整理算法。
停顿时间控制策略： JVM提供多种停顿时间控制策略，如最大停顿时间目标、自适应调整策略等。这些策略旨在优化垃圾回收过程，减少对程序执行的影响。
性能调优：通过调整JVM参数配置，优化Java程序性能。例如，调整堆大小、垃圾回收策略、线程数等参数。
内存泄漏诊断：通过分析程序运行过程中的内存占用情况，找出内存泄漏的原因。可以使用工具如VisualVM、MAT等来诊断内存泄漏。
JIT编译优化： JVM在运行时对字节码进行即时编译，提高程序执行效率。JIT编译器通过分析热点代码，将热点代码编译成机器码，从而提高程序性能。

二、Spring Boot知识体系

自动配置： Spring Boot自动配置功能可以根据项目依赖自动配置Spring框架和第三方库。具体实现上，Spring Boot使用条件化配置、配置属性绑定等技术，自动配置Bean和依赖注入。
@EnableAutoConfiguration原理：通过分析项目依赖，自动启用相应的自动配置类。Spring Boot通过@EnableAutoConfiguration注解实现自动配置功能，该注解会扫描项目依赖，查找所有符合条件的自动配置类，并自动注册到Spring容器中。
条件化配置（@Conditional）：根据特定条件启用或禁用配置。例如，可以使用@ConditionalOnClass、@ConditionalOnBean、@ConditionalOnProperty等注解实现条件化配置。
自定义Starter开发：创建自定义Starter，方便其他开发者使用。自定义Starter需要定义一个或多个依赖项，并添加spring-boot-starter父依赖。
起步依赖： Spring Boot提供了一系列起步依赖，简化项目依赖管理。起步依赖包含了Spring框架、数据库连接池、Web框架等常用库。
依赖管理机制（BOM文件）： BOM文件用于管理项目依赖的版本，解决版本冲突问题。BOM文件将所有依赖项的版本统一管理，确保项目中的依赖版本一致。
第三方库集成模式： Spring Boot支持多种第三方库集成模式，如声明式集成、编程式集成等。声明式集成通过注解和配置实现，编程式集成通过编程方式实现。
Actuator： Spring Boot Actuator提供了一系列端点，用于监控和管理应用程序。这些端点包括健康检查、度量指标、日志等。
健康检查端点：通过健康检查端点，了解应用程序的健康状态。Spring Boot提供了多种健康指标，如CPU、内存、数据库连接等。
度量指标收集： Spring Boot Actuator支持度量指标收集，方便监控系统性能。可以使用Micrometer等库来收集和导出度量指标。
自定义Endpoint开发：根据需求开发自定义端点，扩展Actuator功能。自定义端点可以提供额外的监控和管理信息。
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规则确保配置正确生效。
动态配置刷新：支持动态刷新配置，提高系统灵活性。可以通过Spring Cloud Config等工具实现动态配置刷新。
监控与日志： Spring Boot集成Micrometer进行监控，支持Logback/SLF4J日志配置。通过监控和日志，可以更好地了解应用程序的运行状态。
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请求在分布式系统中的处理过程。
扩展机制： Spring Boot提供多种扩展机制，如自定义AutoConfigurationBean、生命周期扩展点等。这些扩展机制可以帮助开发者扩展Spring Boot的功能。
响应式编程支持： Spring Boot支持响应式编程，如Spring WebFlux等。响应式编程可以提高应用程序的并发性能和可伸缩性。

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Java程序员廖志伟

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