JVM与Spring Boot核心解析

📕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）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。

🌾阅读前，快速浏览目录和章节概览可帮助了解文章结构、内容和作者的重点。了解自己希望从中获得什么样的知识或经验是非常重要的。建议在阅读时做笔记、思考问题、自我提问，以加深理解和吸收知识。阅读结束后，反思和总结所学内容，并尝试应用到现实中，有助于深化理解和应用知识。与朋友或同事分享所读内容，讨论细节并获得反馈，也有助于加深对知识的理解和吸收。💡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

在JVM中，类加载机制是一个复杂的系统，它负责在运行时将类信息加载到JVM中。这个过程不仅包括将类的字节码加载到内存中，还包括对类的解析、验证、准备和初始化。

• 加载：类加载过程的第一步是加载，JVM会查找并读取类定义的二进制数据，这些数据通常存储在.class文件中。加载过程涉及到类的字节码从文件系统到内存的转换。
• 连接：在加载完成后，JVM会进行连接操作。连接包括验证（确保类信息符合JVM规范）、准备（为类变量分配内存并设置默认值）和解析（将符号引用转换为直接引用）。
• 初始化：初始化是类加载的最后一步，它负责执行类构造器（<clinit>()方法），为静态变量赋值，初始化静态变量之前依赖的其他类。

双亲委派模型

双亲委派模型是JVM类加载机制的核心，它要求子类加载器首先委派给父类加载器来加载类。这种模型的目的是防止类的重复加载，同时保护程序安全。

• 类加载器：JVM中的类加载器主要包括启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）、扩展类加载器（Extension ClassLoader）和应用类加载器（Application ClassLoader）。
• 委托机制：当子类加载器请求加载一个类时，它会首先请求其父类加载器加载该类。只有当父类加载器无法完成类加载时，子类加载器才会尝试从自己的资源路径中加载该类。

自定义类加载器

在需要特殊类加载逻辑的情况下，如实现模块化系统或插件化应用时，开发者可以创建自定义类加载器。

• 继承抽象类：自定义类加载器通常继承java.lang.ClassLoader抽象类。
• 重写方法：自定义类加载器需要重写findClass()方法，以实现自定义的类查找逻辑。

模块化系统（JPMS）

Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的模块系统，它通过模块化的方式组织代码，提供更好的代码隔离、版本控制和依赖管理。

• 模块定义：每个模块通过一个描述文件（module-info.java）来定义模块的名称、公开的包、依赖和其他属性。
• 模块解析：JVM在运行时根据模块依赖关系来解析模块，并确保它们之间的兼容性。

内存模型

JVM的内存模型是一个复杂的多层次结构，它由多个区域组成，每个区域都有其特定的用途。

• 运行时数据区：运行时数据区包括堆、栈、方法区和PC寄存器。
  • 堆：堆是所有类实例和数组的存储区域，它由JVM自动管理。
  • 栈：栈是线程私有的内存区域，用于存储局部变量和方法调用。
  • 方法区：方法区存储类信息、常量、静态变量等。
  • PC寄存器：PC寄存器存储指向下一条指令的指针。

内存溢出场景分析

内存溢出是指程序在运行过程中，由于内存空间不足而无法继续分配内存的情况。

• 堆空间溢出：当创建的对象数量过多或对象体积过大时，可能会发生堆空间溢出。
• 栈空间溢出：当方法调用深度过大时，可能会发生栈空间溢出。

直接内存管理

直接内存管理是指JVM直接在本地内存中分配内存，而不是在堆中分配。

• 本地内存：本地内存是JVM之外的系统内存，它不受垃圾回收器的管理。
• 使用场景：直接内存管理通常用于处理大型数据集或需要高性能的场景。

垃圾回收

垃圾回收是JVM自动清理不再使用的对象以回收内存的过程。

• GC Roots：垃圾回收器通过分析GC Roots来确定哪些对象是可以回收的。GC Roots通常包括栈帧中的变量引用、静态变量、方法区等。
• 分代收集：JVM将内存分为几代（如Young、Old），不同的代有不同的回收策略。例如，Young代通常采用复制算法，而Old代则采用标记-清除或标记-整理算法。

二、Spring Boot知识体系

自动配置

Spring Boot的自动配置功能是基于条件化的配置实现的。它通过分析添加的依赖和类路径中的类，自动配置Spring应用程序。

• 条件化配置：@Conditional注解允许根据特定条件来启用或禁用配置。例如，如果项目中存在某个特定的类，则自动配置将启用。
• 自动配置类：Spring Boot定义了一系列自动配置类，它们根据添加的依赖自动配置应用程序。

@EnableAutoConfiguration原理

@EnableAutoConfiguration注解是Spring Boot自动配置的核心。当应用程序启动时，Spring Boot会扫描类路径中的所有自动配置类，并根据添加的依赖和类路径中的类来决定是否启用这些配置。

• 自动配置类：自动配置类通常包含一系列的@Bean定义，用于创建和配置Spring Bean。
• 依赖检查：Spring Boot使用@ConditionalOnClass和@ConditionalOnBean等注解来检查类路径中的类和Bean。

条件化配置（@Conditional）

@Conditional注解允许根据特定条件来启用或禁用配置。

• 条件注解：Spring Boot提供了一系列条件注解，如@ConditionalOnClass、@ConditionalOnBean、@ConditionalOnMissingBean等。
• 自定义条件：开发者可以自定义条件注解，以实现更复杂的配置逻辑。

自定义Starter开发

自定义Starter是Spring Boot生态中的一种常见实践，它允许开发者封装依赖和自动配置。

• 创建Starter：开发者需要创建一个Maven项目，并将其打包为JAR文件。
• 添加依赖：在Starter中添加所需的依赖和自动配置类。

起步依赖

起步依赖是一组预打包的Maven依赖，它们简化了项目的构建过程。

• 依赖管理：起步依赖使用Maven的BOM（Bill of Materials）文件来统一管理项目依赖的版本。
• 版本冲突解决：Maven通过依赖传递和版本仲裁机制来解决依赖版本冲突。

第三方库集成模式

Spring Boot支持多种第三方库集成模式，包括依赖注入、数据访问等。

• 依赖注入：Spring Boot使用Spring Framework的依赖注入机制来管理Bean。
• 数据访问：Spring Boot支持多种数据访问技术，如JPA、MyBatis等。

Actuator

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

• 端点：Actuator提供了一系列端点，如/health、/metrics、/info等。
• 监控：Actuator允许收集应用的各种度量指标，如内存使用情况、线程数等。

健康检查端点

通过@HealthIndicator注解可以定义健康检查端点。

• 健康指标：@HealthIndicator注解允许开发者定义自己的健康指标。
• 组合健康指标：Spring Boot允许将多个健康指标组合成一个复合健康指标。

度量指标收集

Actuator允许收集应用的各种度量指标。

• 度量指标：度量指标包括内存使用情况、线程数、HTTP请求统计等。
• 指标收集：Spring Boot与Micrometer集成，提供监控和日志支持。

自定义Endpoint开发

开发者可以自定义Endpoint来扩展Actuator的功能。

• 自定义端点：自定义Endpoint可以通过实现Endpoint接口来定义。
• 端点注册：自定义端点需要在Spring Boot应用程序中注册。

配置文件管理

Spring Boot支持多环境配置，如application-{profile}.yml。

• 配置文件：Spring Boot支持多种配置文件格式，如YAML、Properties等。
• 配置文件优先级：Spring Boot按照特定的优先级加载配置文件。

配置加载优先级

Spring Boot按照特定的优先级加载配置文件。

• 配置文件加载顺序：Spring Boot首先加载application.yml，然后根据配置文件优先级加载其他配置文件。
• 配置文件优先级：配置文件的优先级取决于它们在类路径中的位置。

动态配置刷新

Spring Boot支持动态刷新配置文件。

• 动态配置：动态配置允许在运行时修改配置文件。
• 刷新机制：Spring Boot使用@RefreshScope注解来实现动态配置刷新。

监控与日志

Spring Boot与Micrometer集成，提供监控和日志支持。

• 监控：Micrometer支持多种监控工具，如Prometheus、Grafana等。
• 日志：Spring Boot支持使用Logback和SLF4J进行日志配置。

Logback/SLF4J配置

Spring Boot支持使用Logback和SLF4J进行日志配置。

• Logback：Logback是一个开源的日志框架，它提供了灵活的日志配置选项。
• SLF4J：SLF4J是一个日志门面，它允许应用程序使用不同的日志框架。

分布式链路追踪

Spring Boot支持分布式链路追踪，如Zipkin。

• 链路追踪：链路追踪是一种用于追踪应用程序中请求的生命周期的技术。
• Zipkin：Zipkin是一个开源的分布式追踪系统，它可以帮助开发者追踪应用程序中的请求。

扩展机制

Spring Boot提供了多种机制来扩展其功能，包括自定义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的逻辑。
• 生命周期扩展点：Spring Boot的生命周期扩展点允许开发者自定义Spring Boot应用程序的生命周期。

响应式编程支持

Spring Boot支持响应式编程，允许开发者使用Reactor、Project Reactor等库。

• 响应式编程：响应式编程是一种编程范式，它允许异步处理事件。
• 响应式库：Reactor和Project Reactor是两个流行的响应式编程库。

通过以上对JVM和Spring Boot核心知识点的梳理，我们可以看到这两个技术是如何相互关联并共同支撑起Java应用的开发的。JVM负责底层的运行时环境，而Spring Boot则在上层提供了自动配置、依赖管理和响应式编程等高级功能。理解这些知识点不仅有助于深入掌握Java技术栈，还能够为日后的项目开发打下坚实的基础。

📥博主的人生感悟和目标

希望各位读者大大多多支持用心写文章的博主，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

📙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。这些书籍包括了基础篇、进阶篇、架构篇的📌《Java项目实战—深入理解大型互联网企业通用技术》📌，以及📚《解密程序员的思维密码--沟通、演讲、思考的实践》📚。具体出版计划会根据实际情况进行调整，希望各位读者朋友能够多多支持！

🔔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~