JVM核心技术解析

📕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。

一、JVM知识体系、类加载机制、类加载过程（加载→连接→初始化）双亲委派模型自定义类加载器模块化系统（JPMS）内存模型、运行时数据区（堆/栈/方法区/PC寄存器）内存溢出场景分析直接内存管理垃圾回收、GC Roots可达性分析分代收集理论（Young/Old区）引用类型（强/软/弱/虚）垃圾回收算法、标记-清除/复制/整理算法并发收集器（CMS/G1/ZGC）停顿时间控制策略性能调优、JVM参数配置（Xms/Xmx等）内存泄漏诊断JIT编译优化

JVM（Java虚拟机）是Java程序运行的基础，它负责将Java字节码转换为机器码，并管理Java程序的运行环境。以下是JVM的核心知识点的技术实现细节。

1. JVM知识体系

   • 类加载器（Class Loader）：在JVM启动时，会创建一个初始类加载器（Bootstrap ClassLoader），它负责加载JVM的核心类库。除了Bootstrap ClassLoader，还有扩展类加载器（Extension ClassLoader）和应用类加载器（Application ClassLoader），它们负责加载用户自定义的类库。
   • 运行时数据区：堆（Heap）用于存储对象实例和数组，是动态分配的；栈（Stack）用于存储局部变量和方法调用，是线程私有的；方法区（Method Area）用于存储类信息、静态变量和常量池；PC寄存器（PC Register）用于存储当前线程的指令指针。
   • 垃圾回收器（Garbage Collector）：JVM提供了多种垃圾回收算法，如标记-清除（Mark-Sweep）、复制（Copying）和整理（Compacting），以回收不再使用的内存。
   • JIT编译器（Just-In-Time Compiler）：JIT编译器负责将字节码即时编译成本地机器码，以提高应用程序的性能。

2. 类加载机制

   • 类加载过程包括加载（Loading）、连接（Linking）和初始化（Initialization）三个阶段。加载阶段负责查找并加载指定的类文件；连接阶段负责验证类文件的有效性，并准备类中的静态变量；初始化阶段负责执行类构造器（ ()）方法，初始化类变量。
   • 双亲委派模型要求子类加载器首先委托父类加载器进行类加载，只有当父类加载器无法加载时，子类加载器才会尝试加载，这有助于减少重复加载同一个类，并确保类型安全。

3. 自定义类加载器

   • 自定义类加载器允许开发者在JVM中加载特定类型的类文件，例如，加载来自网络或特定存储介质的类文件。通过继承ClassLoader类并重写findClass方法，可以实现自定义类加载器。

4. 模块化系统（JPMS）

   • Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的一种模块化系统，它允许将JVM应用程序分解为多个独立的模块，从而提高应用程序的可维护性和性能。模块通过模块描述符（module-info.java）定义，模块之间通过模块依赖关系进行连接。

5. 内存模型

   • JVM的内存模型由堆、栈、方法区和PC寄存器组成。堆用于存储所有实例和数组的内存区域，是动态分配的；栈用于存储局部变量和操作数的内存区域，是线程私有的；方法区用于存储类信息、静态变量和常量池；PC寄存器用于存储当前执行线程的指令指针。

6. 内存溢出场景分析

   • 内存溢出是指JVM耗尽可用内存时发生的情况。常见的内存溢出场景包括堆溢出、栈溢出和方法区溢出。堆溢出通常是由于创建大量对象导致堆空间不足；栈溢出通常是由于递归调用深度过大导致栈空间不足；方法区溢出通常是由于类定义过多或过大的类定义导致方法区空间不足。

7. 直接内存管理

   • 直接内存管理是指JVM不通过堆分配内存，而是通过系统调用直接分配内存。这种内存称为直接内存（Direct Memory），通常用于I/O操作，如NIO。

8. 垃圾回收、GC Roots可达性分析

   • 垃圾回收是JVM自动回收不再使用的内存的过程。GC Roots可达性分析是指从GC Roots开始，遍历所有可达对象，确定哪些对象是可达的，从而回收不可达对象。GC Roots包括方法区中的静态变量、常量池、线程栈中的局部变量等。

9. 分代收集理论（Young/Old区）

   • 分代收集理论将堆内存分为Young区和Old区，分别针对不同年龄的对象进行垃圾回收。Young区用于存储新生对象，Old区用于存储存活时间较长的对象。

10. 引用类型（强/软/弱/虚）

    • 引用类型决定了对象的可达性，分为强引用、软引用、弱引用和虚引用。强引用是最常见的引用类型，它确保被引用的对象不会被垃圾回收器回收；软引用用于缓存，当内存不足时，可以被垃圾回收器回收；弱引用用于缓存，它不阻止被引用的对象被垃圾回收器回收；虚引用是最弱的一种引用类型，它只能通过引用队列来访问被引用的对象。

11. 垃圾回收算法

    • 常见的垃圾回收算法包括标记-清除（Mark-Sweep）、复制（Copying）和整理（Compacting）。标记-清除算法通过标记所有可达对象，然后清除未标记的对象；复制算法将内存分为两个相等的区域，每次只使用其中一个区域，当该区域满时，将存活对象复制到另一个区域，并清空旧区域；整理算法类似于复制算法，但它会在复制过程中进行内存整理。

12. 并发收集器（CMS/G1/ZGC）

    • 并发收集器在执行垃圾回收时，尽量减少对应用程序的干扰。常见的并发收集器包括CMS、G1和ZGC。CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器采用标记-清除算法，G1（Garbage-First）收集器采用标记-整理算法，ZGC（Z Garbage Collector）收集器采用标记-整理算法。

13. 停顿时间控制策略

    • 停顿时间控制策略旨在减少垃圾回收导致的停顿时间，提高应用程序的性能。常见的停顿时间控制策略包括自适应调整策略、时间窗口策略和动态调整策略。

14. 性能调优、JVM参数配置

    • 性能调优是指通过调整JVM参数来优化应用程序的性能。常见的JVM参数包括Xms（初始堆大小）、Xmx（最大堆大小）、Xss（线程栈大小）、XX:+UseG1GC（启用G1垃圾收集器）等。

15. 内存泄漏诊断

    • 内存泄漏是指程序中不再使用的内存没有被释放，导致内存占用不断增加。诊断内存泄漏的方法包括堆分析、线程分析等。堆分析可以找出内存泄漏的对象和引用关系；线程分析可以找出导致内存泄漏的线程和操作。

16. JIT编译优化

    • JIT编译器负责将字节码即时编译成本地机器码，从而提高应用程序的性能。JIT编译器通过多种优化技术，如循环优化、分支预测、指令重排等，提高程序的执行效率。

二、Spring Boot知识体系、自动配置、@EnableAutoConfiguration原理条件化配置（@Conditional）自定义Starter开发起步依赖、依赖管理机制（BOM文件）版本冲突解决第三方库集成模式Actuator、健康检查端点度量指标收集自定义Endpoint开发配置文件管理、多环境配置（application-{profile}.yml）配置加载优先级动态配置刷新监控与日志、Micrometer集成Logback/SLF4J配置分布式链路追踪扩展机制、自定义AutoConfigurationBean生命周期扩展点响应式编程支持。

Spring Boot是一个基于Spring框架的快速开发平台，它简化了Spring应用的初始搭建以及开发过程。以下是Spring Boot的核心知识点的技术实现细节。

1. Spring Boot知识体系

   • 自动配置：Spring Boot的自动配置功能可以根据项目依赖自动配置Spring框架的组件。自动配置的原理如下：
     • @EnableAutoConfiguration注解：启用自动配置。
     • Starter依赖：提供自动配置所需的类。
     • 条件化配置：根据项目依赖和配置文件动态启用或禁用自动配置。
   • Starter依赖：提供一组预定义的依赖，用于简化项目搭建。
   • Actuator：提供应用监控和管理功能。
   • 配置文件：管理应用配置，支持多环境配置。
   • 健康检查：检查应用状态，提供度量指标。
   • 分布式链路追踪：追踪应用请求的执行路径。
   • 自定义AutoConfigurationBean：扩展Spring Boot功能。

2. 自动配置

   • Spring Boot的自动配置功能可以根据项目依赖自动配置Spring框架的组件。自动配置的原理如下：
     • @EnableAutoConfiguration注解：启用自动配置。
     • Starter依赖：提供自动配置所需的类。
     • 条件化配置：根据项目依赖和配置文件动态启用或禁用自动配置。

3. 条件化配置（@Conditional）

   • 条件化配置允许根据特定条件动态启用或禁用自动配置。常见的条件包括：
     • @ConditionalOnClass：指定必须存在的类。
     • @ConditionalOnBean：指定必须存在的Bean。
     • @ConditionalOnMissingBean：指定不存在某个Bean时启用配置。

4. 自定义Starter开发

   • 自定义Starter可以帮助开发者将常用的依赖和配置封装在一起，简化项目搭建。开发自定义Starter的步骤如下：
     • 创建Maven项目，添加Starter依赖。
     • 编写自动配置类。
     • 编写Starter的POM文件。

5. 起步依赖、依赖管理机制（BOM文件）

   • 起步依赖是一组预定义的依赖，用于简化项目搭建。BOM（Bill of Materials）文件定义了项目依赖的版本，确保项目在不同环境中的一致性。

6. 版本冲突解决

   • 版本冲突是指项目中存在多个依赖版本不一致的情况。解决版本冲突的方法包括：
     • 使用依赖管理工具（如Maven或Gradle）的依赖冲突解决机制。
     • 使用依赖排除（Exclusions）。
     • 使用依赖覆盖（Overriding）。

7. 第三方库集成模式

   • 集成第三方库时，需要考虑以下模式：
     • 直接依赖：将第三方库添加到项目的依赖中。
     • 代理依赖：通过代理服务器获取第三方库。
     • 自定义依赖：将第三方库封装成自定义Starter。

8. Actuator、健康检查端点、度量指标收集

   • Actuator提供应用监控和管理功能，包括健康检查、度量指标收集等。健康检查端点用于检查应用状态，度量指标收集用于收集应用性能数据。

9. 自定义Endpoint开发

   • 自定义Endpoint允许开发者扩展Spring Boot的健康检查和度量指标收集功能。

10. 配置文件管理、多环境配置

    • Spring Boot支持多环境配置，允许根据不同的环境（如开发、测试、生产）加载不同的配置文件。配置文件管理包括：
      • application.yml：默认配置文件。
      • application-{profile}.yml：特定环境的配置文件。

11. 配置加载优先级

    • 配置加载优先级决定了配置文件的加载顺序，通常遵循以下规则：
      • application.yml > application-{profile}.yml > application.properties > application-{profile}.properties。

12. 动态配置刷新

    • 动态配置刷新允许在应用运行时实时更新配置，而无需重启应用。

13. 监控与日志

    • Spring Boot提供多种监控和日志解决方案，包括：
      • Micrometer：度量指标收集。
      • Logback/SLF4J：日志配置。

14. 分布式链路追踪扩展机制

    • 分布式链路追踪允许追踪应用请求的执行路径，包括调用链路、服务实例等。

15. 自定义AutoConfigurationBean生命周期扩展点

    • 自定义AutoConfigurationBean生命周期扩展点允许开发者扩展Spring Boot的生命周期，例如，在Bean初始化后执行特定操作。

16. 响应式编程支持

    • Spring Boot支持响应式编程，允许使用Reactor、Project Reactor等库构建异步、非阻塞的应用程序。

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~