JVM与Spring Boot核心知识

📕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。

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💡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。

一、JVM知识体系

1.1 类加载机制

Java虚拟机（JVM）的类加载机制是确保Java程序能够正确执行的关键。这一机制涉及多个阶段，每个阶段都有其特定的技术实现细节。

加载过程：

• 加载：在类加载过程中，JVM会首先通过类加载器查找并加载指定的.class文件。这个过程涉及到类加载器的初始化，类文件的读取和解析，以及类对象在内存中的创建。
• 连接：连接阶段包括验证、准备和解析。
  • 验证：这一阶段确保加载的.class文件符合JVM规范，防止恶意代码的运行。验证过程涉及字节码的校验、符号引用与字面量的解析等。
  • 准备：为类变量分配内存并设置默认初始值，例如对于基本数据类型，默认值是0，对于对象引用，默认值是null。
  • 解析：将符号引用转换为直接引用，例如将符号引用的类、字段或方法的引用转换为直接引用。

1.2 双亲委派模型

双亲委派模型是一种安全机制，它要求类加载器首先委派给父加载器加载类，只有当父加载器无法完成时，才由自己加载。这种模型通过ClassLoader类及其子类来实现。

• Bootstrap ClassLoader：负责加载核心API，如rt.jar中的类。
• Extension ClassLoader：负责加载扩展API，如jre/lib/ext目录下的类。
• Application ClassLoader：负责加载应用程序的类。

1.3 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，这在模块化系统和插件架构中非常有用。

• 继承ClassLoader类：通过继承ClassLoader类并重写findClass方法，可以自定义类的查找逻辑。
• 覆盖loadClass方法：通过覆盖loadClass方法，可以添加额外的类加载逻辑，如添加额外的类查找路径。

1.4 模块化系统（JPMS）

Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的模块化系统，它通过模块定义文件（module-info.java）来组织代码，并引入了模块的依赖关系。

• 模块定义：通过module-info.java文件定义模块的名称、版本、依赖关系等。
• 模块解析：JVM使用模块解析器来解析模块依赖，并确保模块的兼容性。

1.5 内存模型

JVM的内存模型是Java程序运行的基础，它包括多个区域，每个区域都有其特定的实现细节。

• 堆：堆是所有线程共享的内存区域，用于存放几乎所有的对象实例。堆的内存分配是通过垃圾回收器（GC）来管理的。
• 栈：每个线程都有自己的栈，用于存放局部变量和方法调用的参数。栈的内存分配是线程私有的。
• 方法区：方法区用于存放已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等数据。方法区的内存分配也是线程私有的。
• PC寄存器：PC寄存器用于存放正在执行的线程所指向的字节码指令的地址。

1.6 内存溢出场景分析

内存溢出通常发生在堆空间不足时，常见的原因包括对象生命周期过长、大对象频繁创建等。

• 对象生命周期过长：如果对象长时间不被引用，但仍然占据内存空间，会导致内存溢出。
• 大对象频繁创建：频繁地创建大对象会迅速消耗堆空间，导致内存溢出。

1.7 垃圾回收

垃圾回收（GC）是JVM自动管理内存的一个重要机制，它通过回收不再使用的对象来避免内存泄漏。

• GC Roots可达性分析：垃圾回收器通过从GC Roots开始，向上搜索可达的对象来判定对象是否存活。
• 分代收集理论：将内存分为Young、Old等不同区域，针对不同区域采取不同的回收策略。
• 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。
• 垃圾回收算法：包括标记-清除、复制、整理等算法。
• 并发收集器：如CMS（Concurrent Mark Sweep）、G1（Garbage-First）、ZGC（Z Garbage Collector）等。
• 停顿时间控制策略：如G1的停顿时间目标。
• 性能调优：通过调整JVM参数（如Xms、Xmx等）来优化性能。
• 内存泄漏诊断：使用工具如VisualVM或MAT（Memory Analyzer Tool）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代码，以提高性能。

二、Spring Boot知识体系

2.1 自动配置

Spring Boot的自动配置功能是基于条件化配置实现的。

• @EnableAutoConfiguration：通过这个注解，Spring Boot能够根据添加的jar依赖自动配置Spring应用程序。
• @Conditional：条件化配置允许基于特定条件来启用或禁用自动配置，例如基于类路径下是否存在某个类或配置文件。

2.2 @EnableAutoConfiguration原理

@EnableAutoConfiguration注解通过类路径下META-INF/spring.factories文件中的配置来启用自动配置。

• spring.factories文件：这个文件包含了所有自动配置类的全限定名。
• 自动配置类：自动配置类负责根据条件判断是否需要启用自动配置。

2.3 条件化配置（@Conditional）

条件化配置允许基于特定条件来启用或禁用自动配置。

• @ConditionalOnClass：当类路径下存在某个类时，启用自动配置。
• @ConditionalOnMissingClass：当类路径下不存在某个类时，启用自动配置。
• @ConditionalOnBean：当存在某个Bean时，启用自动配置。

2.4 自定义Starter开发

自定义Starter可以帮助开发者快速集成Spring Boot。

• 创建Starter项目：创建一个Maven项目，并添加spring-boot-starter依赖。
• 添加自动配置类：添加一个自动配置类，用于配置Spring应用程序。

2.5 起步依赖、依赖管理机制

起步依赖是Spring Boot提供的预配置依赖，依赖管理机制如BOM（Bill of Materials）文件用于管理依赖版本。

• 起步依赖：起步依赖包含了Spring Boot应用程序所需的所有依赖。
• BOM文件：BOM文件用于管理依赖的版本，确保所有依赖的版本一致性。

2.6 版本冲突解决

通过使用依赖管理工具如Maven或Gradle，可以解决版本冲突问题。

• 依赖冲突解决策略：Maven和Gradle都提供了多种依赖冲突解决策略，例如选择最高版本、选择最近版本等。

2.7 第三方库集成模式

Spring Boot支持多种第三方库的集成模式，包括声明式集成和编程式集成。

• 声明式集成：通过添加依赖并使用注解或配置文件进行配置。
• 编程式集成：通过编写代码进行配置。

2.8 Actuator、健康检查端点

Spring Boot Actuator提供了一系列端点，用于监控和管理应用程序。

• 端点：端点提供了应用程序的运行时信息，例如内存使用情况、线程活动等。
• 健康检查：健康检查端点可以用于检查应用程序的健康状态。

2.9 度量指标收集

Actuator可以收集应用程序的性能指标，如内存使用情况、线程活动等。

• 度量指标：度量指标是应用程序性能的量化表示。
• 度量指标收集：Actuator通过JMX、Prometheus等方式收集度量指标。

2.10 自定义Endpoint开发

开发者可以根据需要开发自定义的端点。

• 自定义端点：自定义端点可以提供特定的应用程序信息或操作。

2.11 配置文件管理、多环境配置

Spring Boot支持多环境配置，如通过application-{profile}.yml文件来管理不同环境的配置。

• 多环境配置：多环境配置允许为不同的环境（例如开发、测试、生产）配置不同的参数。
• 配置文件：配置文件用于存储应用程序的配置参数。

2.12 配置加载优先级

配置加载的优先级可以通过配置文件的路径和文件名来控制。

• 配置文件路径：配置文件的路径决定了配置的优先级。
• 配置文件文件名：配置文件的文件名也决定了配置的优先级。

2.13 动态配置刷新

Spring Cloud Config支持动态刷新配置，无需重启应用程序。

• 动态配置刷新：动态配置刷新允许在运行时更新配置，而无需重启应用程序。

2.14 监控与日志

Spring Boot提供了多种监控和日志解决方案，如Micrometer和Logback/SLF4J。

• 监控：监控是跟踪应用程序性能和资源使用情况的过程。
• 日志：日志是记录应用程序运行时信息的记录。

2.15 分布式链路追踪

Spring Boot可以通过集成Zipkin、Jaeger等工具来实现分布式链路追踪。

• 分布式链路追踪：分布式链路追踪是跟踪分布式系统中请求路径的过程。

2.16 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。

• 自定义AutoConfigurationBean：自定义AutoConfigurationBean允许开发者自定义自动配置类。
• 生命周期扩展点：生命周期扩展点允许开发者扩展Spring Boot的生命周期。

2.17 响应式编程支持

Spring Boot支持响应式编程，通过集成Reactor、Project Reactor等库来实现。

• 响应式编程：响应式编程是一种编程范式，它允许异步处理数据流。
• 响应式库：Reactor、Project Reactor等库提供了响应式编程的实现。

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