📕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）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。
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一、JVM知识体系
类加载机制
类加载机制是JVM的核心特性之一，它负责在运行时将类的.class文件转换为Java类型（Class对象）。这个过程涉及到类加载器、类定义信息、类加载器之间的交互以及类加载过程中的验证、准备和初始化等步骤。
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加载：类加载器负责查找和加载类的.class文件。在Java中，存在不同的类加载器，如Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader和Application ClassLoader。Bootstrap ClassLoader负责加载核心库，Extension ClassLoader负责加载扩展库，Application ClassLoader负责加载应用程序类。
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验证：验证类文件是否符合Java虚拟机规范，包括字节码验证、符号引用验证等。这一步骤确保了加载的类文件是安全的。
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准备：为类变量分配内存并设置默认值。这里的类变量包括静态变量和编译时常量。
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解析：将符号引用转换为直接引用。符号引用是类文件中的引用，而直接引用是直接指向内存地址的引用。
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初始化：执行类构造器（clinit）方法，初始化静态变量。clinit方法在类加载完成后、虚拟机开始执行main方法之前执行。
类加载过程
类加载过程可以分为以下阶段：
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加载：类加载器查找并加载类的.class文件到内存中。加载过程包括加载类的字节码文件、解析类文件结构、生成类对象等。
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连接：
- 验证：确保类的正确性，包括字节码验证、符号引用验证等。
- 准备：为类变量分配内存并设置默认值。
- 解析：将符号引用转换为直接引用。
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初始化：执行类构造器，初始化静态变量。
双亲委派模型
双亲委派模型是一种类加载策略，它要求类加载器首先请求其父类加载器进行类加载。这种策略确保了类加载的一致性和安全性。
- 父类加载器：Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader和Application ClassLoader。
- 子类加载器：自定义类加载器。
自定义类加载器
自定义类加载器允许开发者在JVM中定义自己的类加载策略，这对于实现模块化系统（如JPMS）尤为重要。
- 继承抽象类ClassLoader：自定义类加载器需要继承抽象类ClassLoader或其子类。
- 重写loadClass方法：重写loadClass方法以实现自定义的类加载逻辑。
模块化系统（JPMS）
模块化系统（Java Platform Module System，JPMS）是Java 9引入的一个特性，它提供了一种更加模块化的方式来组织类和包。
- 模块定义：使用module-info.java文件定义模块的依赖关系和模块本身。
- 模块解析：JVM在运行时解析模块依赖关系。
- 模块加载：JVM加载模块并执行模块初始化。
内存模型
JVM的内存模型由以下几个运行时数据区组成：
- 堆：用于存放几乎所有的对象实例及数组的内存区域。堆内存是动态分配的，由垃圾回收器管理。
- 栈：每个线程都有自己的栈，用于存放局部变量和方法调用。栈内存是线程私有的，线程之间不会共享。
- 方法区：用于存放已经被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等数据。方法区是所有线程共享的。
- PC寄存器：每条线程都有一个程序计数器，用于指示下一条要执行的字节码指令。PC寄存器是线程私有的。
内存溢出场景分析
内存溢出通常发生在以下场景：
- 创建的对象过多：当创建的对象数量超过堆内存容量时，会发生内存溢出。
- 使用大数据类型的数组：大数据类型的数组会占用大量内存，可能导致内存溢出。
- 循环引用导致的对象无法被回收：循环引用会导致垃圾回收器无法回收对象，从而占用内存。
垃圾回收
垃圾回收（GC）是JVM自动回收不再使用的内存空间的过程。其主要方法包括：
- GC Roots可达性分析：从GC Roots开始，向上搜索可达对象。GC Roots包括栈帧中的局部变量、方法区中的静态变量、常量池等。
- 分代收集理论：将堆内存分为几个区域，如新生代（Young）和老年代（Old）。新生代用于存放新创建的对象，老年代用于存放长时间存活的对象。
- 引用类型：不同的引用类型对垃圾回收有不同的影响。强引用、软引用、弱引用和虚引用分别对应不同的回收策略。
垃圾回收算法
常见的垃圾回收算法包括：
- 标记-清除：标记所有可达对象，清除未标记对象。
- 复制：将对象在内存中复制，不常用的对象不再复制。
- 整理：将已分配的对象移动到内存的一端。
并发收集器
并发收集器如CMS（Concurrent Mark Sweep）和G1（Garbage-First）等，旨在减少应用程序的停顿时间。
- CMS收集器：使用标记-清除算法，适用于对停顿时间要求较高的场景。
- G1收集器：使用标记-整理算法，适用于对停顿时间和吞吐量都有要求的场景。
停顿时间控制策略
JVM提供了多种策略来控制停顿时间，如G1的暂停预测和调整。
- 暂停预测：根据历史数据预测停顿时间，并据此调整垃圾回收策略。
- 暂停调整：根据实际停顿时间调整垃圾回收策略，以减少停顿时间。
性能调优
JVM性能调优包括JVM参数配置和内存泄漏诊断。常见的JVM参数包括Xms、Xmx等。
- JVM参数配置：通过设置JVM参数来调整内存分配、垃圾回收策略等。
- 内存泄漏诊断：使用工具（如VisualVM、MAT等）诊断内存泄漏问题。
JIT编译优化
JIT（Just-In-Time）编译器是JVM的一个重要组成部分，它将字节码即时编译成本地机器码，从而提高性能。
- 编译过程：JIT编译器在运行时将字节码编译成本地机器码。
- 优化策略：JIT编译器采用多种优化策略，如循环优化、内联优化等。
二、Spring Boot知识体系
自动配置
Spring Boot的自动配置通过@EnableAutoConfiguration注解实现，它会根据添加的依赖自动配置Spring应用程序。
- 自动配置原理：Spring Boot自动配置基于条件化配置，只有满足特定条件时才会启用配置。
- 条件化配置：Spring Boot使用条件化配置来启用或禁用配置。条件化配置允许开发者基于特定的条件来启用或禁用配置。
@EnableAutoConfiguration原理
@EnableAutoConfiguration注解使用条件化配置，只有满足特定条件时才会启用配置。
- 条件化配置：Spring Boot使用条件化配置来启用或禁用配置。条件化配置允许开发者基于特定的条件来启用或禁用配置。
- 条件注解：Spring Boot使用条件注解（如@ConditionalOnClass、@ConditionalOnBean等）来定义条件。
条件化配置（@Conditional）
条件化配置允许开发者基于特定的条件来启用或禁用配置。
- 条件注解：Spring Boot使用条件注解（如@ConditionalOnClass、@ConditionalOnBean等）来定义条件。
- 条件表达式：条件表达式用于判断是否满足条件。
自定义Starter开发
自定义Starter允许开发者将项目封装成一个模块，其他开发者可以通过添加依赖来使用这个模块。
- 创建Starter项目：使用Spring Initializr创建Starter项目。
- 添加依赖：将Starter项目添加到其他项目中。
起步依赖
起步依赖是一系列预配置的Maven依赖，用于简化Spring Boot项目的构建。
- 起步依赖管理：Spring Boot使用Maven依赖管理来管理起步依赖。
- 起步依赖版本：Spring Boot提供了多个版本的起步依赖，以满足不同需求。
依赖管理机制（BOM文件）
BOM（Bill of Materials）文件用于定义项目的依赖关系，确保不同项目的依赖版本一致性。
- BOM文件：BOM文件定义了项目的依赖关系和版本信息。
- 依赖传递：BOM文件确保了依赖传递的正确性。
版本冲突解决
通过使用BOM文件和依赖传递，可以有效地解决版本冲突问题。
- BOM文件：BOM文件定义了项目的依赖关系和版本信息。
- 依赖传递：依赖传递确保了依赖的正确性。
第三方库集成模式
Spring Boot提供了多种方式来集成第三方库，包括SPI（Service Provider Interface）和自定义配置。
- SPI：SPI是一种服务提供者接口，用于集成第三方库。
- 自定义配置：自定义配置允许开发者根据需要配置第三方库。
Actuator
Spring Boot Actuator提供了一系列端点，用于监控和诊断应用程序。
- 端点：Spring Boot Actuator提供了一系列端点，如/health、/metrics等。
- 监控：Spring Boot Actuator允许开发者监控应用程序的性能和健康状况。
健康检查端点
健康检查端点允许开发者检查应用程序的健康状态。
- 健康检查：健康检查端点用于检查应用程序的健康状态。
- 自定义健康检查：开发者可以自定义健康检查逻辑。
度量指标收集
度量指标收集允许开发者收集应用程序的性能数据。
- 度量指标：度量指标用于收集应用程序的性能数据。
- 度量指标收集器：Spring Boot提供了多种度量指标收集器，如Micrometer。
自定义Endpoint开发
开发者可以自定义Endpoint来扩展Actuator的功能。
- 自定义Endpoint：自定义Endpoint允许开发者扩展Actuator的功能。
- Endpoint注册：将自定义Endpoint注册到Actuator中。
配置文件管理
Spring Boot支持多环境配置，如使用application-{profile}.yml文件来配置不同环境下的应用程序。
- 多环境配置：Spring Boot支持多环境配置，如开发环境、测试环境和生产环境。
- 配置文件：Spring Boot使用application-{profile}.yml文件来配置不同环境下的应用程序。
配置加载优先级
Spring Boot会根据配置文件的路径和名称来确定配置的优先级。
- 配置文件路径：Spring Boot会根据配置文件的路径来确定配置的优先级。
- 配置文件名称：Spring Boot会根据配置文件的名称来确定配置的优先级。
动态配置刷新
Spring Boot支持动态配置刷新，允许开发者在运行时更改配置。
- 动态配置刷新：Spring Boot支持动态配置刷新，允许开发者在运行时更改配置。
- 配置刷新机制：Spring Boot使用配置刷新机制来刷新配置。
监控与日志
Spring Boot集成Micrometer和Logback/SLF4J等工具来实现监控和日志记录。
- 监控：Spring Boot集成Micrometer来实现监控。
- 日志记录：Spring Boot集成Logback/SLF4J来实现日志记录。
分布式链路追踪
Spring Boot支持分布式链路追踪，如使用Zipkin或Jaeger。
- 分布式链路追踪：分布式链路追踪用于追踪分布式系统的请求路径。
- Zipkin：Zipkin是一个开源的分布式追踪系统。
- Jaeger：Jaeger是一个开源的分布式追踪系统。
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允许开发者扩展Spring Boot的自动配置功能。
- 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。
响应式编程支持
Spring Boot支持响应式编程，如使用Reactor或Spring WebFlux。
- 响应式编程：响应式编程是一种异步编程范式。
- Reactor：Reactor是一个响应式编程库。
- Spring WebFlux：Spring WebFlux是一个响应式Web框架。
通过以上对JVM和Spring Boot知识体系的详细描述，我们可以看到这两个技术栈是如何相互补充和增强的。JVM为Java应用程序提供了强大的运行时环境，而Spring Boot则简化了Java应用程序的开发和维护。这些知识点的深入理解将有助于开发者构建高效、可扩展和易于维护的Java应用程序。
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