📕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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JVM知识体系
类加载机制
Java虚拟机(JVM)的类加载机制是Java运行时环境的核心之一,它负责将编译好的Java类文件(.class)转换为JVM能够识别的格式,并在运行时将这些类加载到JVM中。类加载机制涉及以下关键步骤:
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加载(Loading):类加载器通过加载类定义,将其字节码读入JVM,并创建一个
java.lang.Class
对象。类加载器可以是启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)、扩展类加载器(Extension ClassLoader)或应用程序类加载器(Application ClassLoader)。 -
验证(Verification):验证过程确保加载的类信息符合JVM规范,没有安全违规。验证包括四个阶段:文件格式验证、元数据验证、字节码验证和符号引用验证。
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准备(Preparation):为类变量分配内存并设置默认初始值。这些变量通常包括静态变量和编译时常量。
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解析(Resolution):将符号引用替换为直接引用。符号引用是类、接口、字段和方法的引用,而直接引用是直接指向内存地址的引用。
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初始化(Initialization):初始化类变量,执行静态初始化器和静态代码块。这个过程是类加载的最后一步,也是初始化类的重要阶段。
双亲委派模型
双亲委派模型是Java类加载机制的一个关键特性,它确保了类型的安全,防止了类替换攻击。在双亲委派模型中,除了启动类加载器外,其余的类加载器都应当有自己的父类加载器:
- 启动类加载器:负责加载核心Java类库,如
rt.jar
文件中的类。 - 扩展类加载器:负责加载JVM扩展库,如
<JAVA_HOME>/lib/ext
目录中的类。 - 应用程序类加载器:负责加载用户类路径(
classpath
)上的所有类。
当需要加载一个类时,应用程序类加载器首先会请求其父类加载器(扩展类加载器)尝试加载该类。如果父类加载器无法加载,则由应用程序类加载器自己加载。
模块化系统(JPMS)
Java Platform Module System(JPMS)是Java 9引入的一个模块化系统,它提供了一种更灵活、更易于管理的类加载和依赖管理方式。模块化系统通过以下方式实现:
- 模块:模块是一组相关的类和资源,可以定义版本、依赖关系和访问权限。每个模块都有一个唯一的名称和版本号。
- 模块路径:模块路径包含模块的目录或JAR文件。JVM在启动时可以指定模块路径,JVM会根据模块路径查找所需的模块。
- 模块描述符:每个模块都有一个模块描述符文件,用于定义模块的依赖关系、访问权限和版本信息。
内存模型
JVM的内存模型包括以下几个运行时数据区:
- 堆:堆是JVM中最大的内存区域,用于存储所有对象实例。堆由垃圾回收器管理,它负责回收不再使用的对象。
- 栈:栈是每个线程的私有内存空间,用于存储局部变量和方法调用状态。栈空间较小,但访问速度快。
- 方法区: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。方法区是共享内存,多个线程可以访问同一方法区。
- PC寄存器:PC寄存器是每个线程的私有寄存器,用于存储当前执行的指令的地址。
内存溢出场景分析
内存溢出是指JVM内存空间耗尽,导致程序无法正常运行。常见场景包括:
- 堆溢出:创建过多对象,导致堆空间耗尽。
- 栈溢出:递归调用太深,导致栈空间耗尽。
- 方法区溢出:加载过多类,导致方法区空间耗尽。
垃圾回收
垃圾回收(GC)是JVM自动回收不再使用的对象的过程。垃圾回收器通过以下方式实现:
- GC Roots可达性分析:从GC Roots开始,向上遍历,可达的对象不会被回收。GC Roots包括栈帧中的局部变量、方法区中的静态变量和常量等。
- 分代收集理论:将对象分为年轻代(Young)、老年代(Old)和永久代(Perm)。
- 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、复制和整理算法。
- 并发收集器:如CMS和G1,可以在应用程序运行期间进行垃圾回收。
- 停顿时间控制策略:如G1的动态停顿时间目标。
性能调优
- JVM参数配置:通过调整JVM参数,如堆大小、栈大小、垃圾回收器等,优化JVM性能。
- 内存泄漏诊断:使用工具如MAT分析内存泄漏。
- JIT编译优化:JVM即时编译器优化运行时的代码。
Spring Boot知识体系
自动配置
Spring Boot通过自动配置功能,根据添加的依赖自动配置Spring应用程序。自动配置的实现基于以下原理:
- @EnableAutoConfiguration原理:Spring Boot自动配置基于条件化配置,它通过扫描类路径上的类和配置文件来查找自动配置的类。
- 条件化配置(@Conditional):根据特定条件启用或禁用配置。例如,如果类路径上存在某个库,则启用相应的自动配置。
自定义Starter开发
自定义Starter可以帮助开发者快速构建Spring Boot项目。自定义Starter的实现步骤如下:
- 起步依赖:创建一个Maven或Gradle项目,并添加起步依赖。
- 依赖管理机制:使用Maven或Gradle的BOM文件管理依赖版本。
- 版本冲突解决:通过依赖树分析和版本仲裁解决版本冲突。
第三方库集成模式
Spring Boot提供了多种集成第三方库的模式,包括:
- 自动配置:根据依赖自动配置第三方库。
- 手动配置:通过配置文件或注解手动配置第三方库。
Actuator
Spring Boot Actuator提供了一系列端点,用于监控和管理应用程序。Actuator端点的实现细节如下:
- 健康检查端点:检查应用程序的健康状态,如数据库连接是否可用。
- 度量指标收集:收集应用程序的性能数据,如内存使用情况、线程数等。
- 自定义Endpoint开发:根据需要开发自定义端点。
配置文件管理
Spring Boot使用配置文件管理应用程序配置。配置文件管理的实现细节如下:
- 多环境配置:使用
application-{profile}.yml
文件配置不同环境的配置,如开发环境、测试环境和生产环境。 - 配置加载优先级:优先加载配置文件,然后是命令行参数,最后是环境变量。
- 动态配置刷新:支持动态刷新配置。
监控与日志
- Micrometer集成:Micrometer是一个监控指标库,支持多种监控系统集成,如Prometheus、InfluxDB等。
- Logback/SLF4J配置:配置日志记录器,如Logback和SLF4J,用于记录应用程序的日志信息。
分布式链路追踪
Spring Boot支持分布式链路追踪,如Zipkin和Jaeger。分布式链路追踪的实现细节如下:
- Zipkin:Zipkin是一个开源的分布式追踪系统,可以追踪分布式系统中各个服务的调用关系。
- Jaeger:Jaeger是一个开源的分布式追踪系统,提供了丰富的功能和灵活的配置选项。
扩展机制
Spring Boot提供了多种扩展机制,包括:
- 自定义AutoConfigurationBean:创建自定义的自动配置Bean,如自定义的健康检查端点。
- 生命周期扩展点:实现自定义的生命周期扩展点,如自定义的启动器或监听器。
- 响应式编程支持:支持响应式编程模式,如Spring WebFlux。
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