JVM与Spring Boot深度解析

📕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。

JVM知识体系详解

类加载机制

Java虚拟机（JVM）中的类加载机制是Java运行时环境的关键组成部分，其核心在于确保类型安全，同时避免重复加载类定义。类加载过程涉及多个步骤，每个步骤都有其特定的技术实现细节。

1. 加载：这个过程涉及类加载器的使用，类加载器负责在JVM中查找并加载.class文件。在Java中，类加载器分为启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）、扩展类加载器（Extension ClassLoader）和应用类加载器（Application ClassLoader）。启动类加载器负责加载JVM核心库，如rt.jar，它使用原生代码实现。扩展类加载器和应用类加载器则使用Java代码实现，负责加载用户类路径（classpath）下的类。

2. 连接：

   • 验证：这个过程确保加载的类信息符合JVM规范。验证过程包括：文件格式验证、元数据验证、字节码验证和符号引用验证。字节码验证器会检查字节码的合法性，确保它不会违反JVM的任何规则。
   • 准备：为类变量分配内存，并设置默认初始值。对于基本数据类型，初始值通常是0、false或null；对于引用类型，初始值为null。
   • 解析：将符号引用转换为直接引用，包括类、接口、字段和方法的解析。解析过程需要查找类定义中的符号引用所指向的字节码引用。

3. 初始化：执行类的初始化代码，包括静态初始化器和构造器。这个步骤是类加载的最后一步，也是执行类构造器 ()方法的时机。

类加载过程

类加载过程是JVM启动时自动进行的，其技术实现细节如下：

• 加载：类加载器使用findClass()方法查找并返回.class文件的字节码。在Java 9之前，类加载器通常继承自ClassLoader类；从Java 9开始，可以使用java.lang.ModuleLayer来加载类。
• 连接：
  • 验证：验证器会检查.class文件是否具有合法的字节码结构，以及类中的常量池是否有效。
  • 准备：准备阶段是为类变量分配内存，并为这些变量设置默认值。
  • 解析：解析阶段涉及将符号引用转换为直接引用，通常是通过查找类定义文件中的符号表来完成的。
• 初始化：初始化阶段执行类的初始化代码，包括静态变量的赋值和静态代码块。

双亲委派模型

双亲委派模型（Parent Delegation Model）是JVM中类加载器的一个设计模式，它的核心思想是保证类型安全。在双亲委派模型中，子类加载器在尝试加载一个类之前，会先请求其父类加载器进行加载。如果父类加载器无法加载，子类加载器才会尝试自己加载。

自定义类加载器

自定义类加载器允许开发者实现特定的类加载逻辑，例如实现热部署。在实现自定义类加载器时，需要关注以下几个方面：

• 类加载器的继承：自定义类加载器通常继承自ClassLoader类。
• 类的查找：实现findClass()方法来查找类定义文件，并将其转换为字节码。
• 类加载器的生命周期：了解类加载器的生命周期，包括loadClass()、findClass()和defineClass()方法。

模块化系统（JPMS）

Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的一种模块化系统，它通过模块来组织代码，以提供更好的隔离性和可扩展性。JPMS的核心技术实现细节包括：

• 模块定义：每个模块都通过一个模块描述文件（module-info.java）来定义。
• 模块的依赖：模块之间的依赖关系通过模块描述文件中的requires、uses、provides和exports声明来指定。
• 模块的命名：模块必须有一个唯一的名称，通常是一个组织名和一个模块名。

内存模型

JVM的内存模型是JVM运行时环境的基础，其技术实现细节如下：

• 运行时数据区：
  • 堆：堆内存是JVM中最大的内存区域，用于存储几乎所有的Java对象实例，以及数组。
  • 栈：栈内存用于存储局部变量和方法调用的上下文。每个线程都有自己的栈内存。
  • 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。
  • PC寄存器：PC寄存器存储指向当前执行方法的指令指针。

内存溢出场景分析

内存溢出是JVM中常见的问题，其技术实现细节如下：

• 堆溢出：当堆内存使用超过最大值时，会发生堆溢出。可以通过调整-Xmx参数来设置堆的最大大小。
• 栈溢出：当栈内存使用超过最大值时，会发生栈溢出。可以通过调整-Xss参数来设置栈的最大大小。
• 方法区溢出：当方法区内存使用超过最大值时，会发生方法区溢出。可以通过调整-XX:MaxPermSize参数（在Java 8及之前版本）或-XX:MaxMetaspaceSize参数（在Java 8及之后版本）来设置方法区的最大大小。

垃圾回收

垃圾回收（GC）是JVM自动管理内存的一种机制，其技术实现细节如下：

• GC Roots可达性分析：从GC Roots开始，向上搜索可达的对象，不可达的对象将被回收。
• 分代收集理论：将对象分为新生代（Young）和老年代（Old），新生代采用复制算法，老年代采用标记-清除或标记-整理算法。
• 引用类型：分为强引用、软引用、弱引用和虚引用。
• 垃圾回收算法：
  • 标记-清除：标记所有可达对象，清除未被标记的对象。
  • 复制：将对象复制到新的内存区域，回收旧区域。
  • 整理：移动对象以减少内存碎片。

并发收集器

JVM提供了多种并发收集器，如CMS（Concurrent Mark Sweep）和G1（Garbage-First）。这些并发收集器的技术实现细节如下：

• CMS：CMS收集器用于降低停顿时间，适合响应时间敏感的应用。它的工作流程包括：初始标记、并发标记、重新标记和并发清除。
• G1：G1收集器适合大内存应用，可以预测停顿时间。它将堆内存分为多个区域（Region），并使用标记-整理算法来回收垃圾。

停顿时间控制策略

JVM提供了多种策略来控制停顿时间，如适应性大小调整、并发标记阶段调整等。这些策略的技术实现细节如下：

• 适应性大小调整：根据应用程序的内存使用情况动态调整堆内存的大小。
• 并发标记阶段调整：调整并发标记阶段的执行时间，以控制停顿时间。

性能调优

性能调优是JVM使用过程中的重要环节，其技术实现细节如下：

• JVM参数配置：通过设置-Xms、-Xmx等参数来调整堆内存大小。
• 内存泄漏诊断：使用工具如JProfiler、VisualVM等来诊断内存泄漏。
• JIT编译优化：JIT编译器会优化热点代码，提高程序性能。

Spring Boot知识体系详解

自动配置

Spring Boot的自动配置功能可以自动配置Spring应用程序，大大简化了开发过程。其技术实现细节如下：

• @EnableAutoConfiguration原理：Spring Boot会读取类路径下的META-INF/spring.factories文件，找到所有配置类，并根据类名进行自动配置。
• 条件化配置（@Conditional）：根据条件判断是否应用某个配置。条件可以是基于类存在性、属性值或特定注解。

自定义Starter开发

自定义Starter可以帮助开发者快速集成第三方库。其技术实现细节如下：

• 起步依赖：在pom.xml中添加起步依赖，可以自动引入所需的依赖项。
• 依赖管理机制（BOM文件）：BOM文件可以确保不同项目使用相同的依赖版本。

第三方库集成模式

Spring Boot支持多种第三方库集成模式，如SPI、配置属性等。其技术实现细节如下：

• SPI：Service Provider Interface（服务提供者接口）允许第三方库以标准的方式注册和提供服务。
• 配置属性：通过配置属性，可以将外部配置（如环境变量、命令行参数等）注入到Spring应用程序中。

Actuator

Spring Boot Actuator提供了一系列端点，用于监控和管理应用程序。其技术实现细节如下：

• 健康检查端点：用于检查应用程序的健康状态。
• 度量指标收集：收集应用程序的运行时数据。
• 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支持多环境配置，通过application-{profile}.yml文件实现。其技术实现细节如下：

• 多环境配置：根据不同的环境（开发、测试、生产）使用不同的配置文件。
• 配置加载优先级：Spring Boot会根据配置文件的优先级加载配置。
• 动态配置刷新：支持动态刷新配置，无需重启应用程序。

监控与日志

Spring Boot提供了多种监控和日志解决方案。其技术实现细节如下：

• Micrometer集成：用于收集应用程序的度量数据。
• Logback/SLF4J配置：用于配置日志记录器。

分布式链路追踪

Spring Boot支持分布式链路追踪，如Zipkin、Jaeger等。其技术实现细节如下：

• Zipkin：Zipkin是一个开源的分布式跟踪系统，用于收集、存储和展示分布式系统的跟踪信息。
• Jaeger：Jaeger是一个开源的分布式追踪系统，与Zipkin类似，但它提供了更多的功能。

扩展机制

Spring Boot提供了多种扩展机制，如自定义AutoConfigurationBean、生命周期扩展点等。其技术实现细节如下：

• 自定义AutoConfigurationBean：允许开发者自定义自动配置的Bean。
• 生命周期扩展点：允许开发者扩展Spring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，使用Reactor、Project Reactor等库实现。其技术实现细节如下：

• Reactor：Reactor是一个响应式编程库，提供了异步编程模型。
• Project Reactor：Project Reactor是一个响应式编程框架，它基于Reactor库。

通过以上对JVM和Spring Boot知识体系的详细解析，相信读者能够对这两个技术有更深入的理解。在实际开发过程中，结合具体场景和需求，灵活运用这些知识，能够提高开发效率和应用程序性能。

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~