📕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、优快云博客专家、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
类加载机制在JVM中扮演着至关重要的角色，它负责确保类在运行时以正确的方式被加载。在类加载过程中，涉及到类文件的读取、解析和符号引用的处理。
-
加载（Loading）：这一阶段涉及将
.class文件从文件系统或网络中读取到JVM中。加载过程包括以下步骤：- 通过类加载器查找
.class文件。 - 将
.class文件读入JVM内存。 - 创建一个代表类的
Class对象。
- 通过类加载器查找
-
连接（Linking）：在连接阶段，JVM会检查类文件的有效性，并准备类中的静态变量。
- 验证：确保类文件符合Java虚拟机规范，没有安全风险。
- 准备：为类变量分配内存，并设置默认初始值。
- 解析：将符号引用转换为直接引用。
-
初始化（Initialization）：初始化阶段是类加载过程的最后一步，它会执行类构造器
<clinit>()方法，初始化类变量。
双亲委派模型
双亲委派模型是一种安全机制，它要求类加载器首先请求其父类加载器加载类，只有当父类加载器无法加载该类时，才由当前类加载器尝试加载。
- 启动类加载器：负责加载
<JAVA_HOME>/lib目录中的类库。 - 扩展类加载器：负责加载
<JAVA_HOME>/lib/ext目录中的类库。 - 应用程序类加载器：负责加载用户应用程序中的类。
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，例如实现热部署功能。
- 覆盖
findClass方法：这是自定义类加载器的核心方法，用于找到并返回指定名称的类。 - 加载非标准类路径：可以通过自定义类加载器加载非JVM标准类路径中的类。
模块化系统（JPMS）
Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的模块化系统，它通过模块化的方式组织代码，提高了代码的可维护性和可扩展性。
- 模块定义：每个模块通过
module-info.java文件定义模块的依赖和导出。 - 模块间访问控制：模块间通过
exports和requires关键字进行访问控制。
内存模型
JVM的内存模型是JVM运行时的核心，它定义了JVM内存的布局和访问规则。
运行时数据区
-
堆（Heap）：堆是JVM内存中最大的一块区域，用于存储所有类的实例和数组的对象。
- 内存分配：堆内存分配给对象实例和数组。
- 垃圾回收：垃圾回收器主要在堆上工作。
-
栈（Stack）：每个线程都有自己的栈，用于存储局部变量和方法调用栈。
- 栈帧：每个方法调用都会创建一个栈帧，栈帧包含局部变量和方法参数。
-
方法区（Method Area）：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。
- 永久代：在Java 8之前，方法区被永久代所取代，但Java 8及以后的版本已移除永久代。
-
PC寄存器：PC寄存器用于存储当前线程所执行的指令的地址。
内存溢出场景分析
内存溢出通常发生在以下场景：
- 堆内存溢出：当创建大量对象实例时，可能导致堆内存不足。
- 栈内存溢出：当递归调用过深时，可能导致栈内存不足。
- 方法区溢出：当加载大量类信息时，可能导致方法区内存不足。
直接内存管理
直接内存管理允许Java程序直接在堆外分配内存，这部分内存不受垃圾回收器管理。
垃圾回收
垃圾回收是JVM自动回收不再使用的对象所占用的内存的过程。
GC Roots可达性分析
GC Roots是垃圾回收算法的基础，它用于确定哪些对象是可达的。
- 栈中的引用：栈中的引用指向的对象是可达的。
- 方法区中的静态变量：方法区中的静态变量指向的对象是可达的。
- 常量池：常量池中的引用指向的对象是可达的。
分代收集理论
分代收集理论将对象分为新生代（Young）、老年代（Old）和永久代（Perm），分别采用不同的回收策略。
- 新生代：用于存放新创建的对象，采用复制算法进行垃圾回收。
- 老年代：用于存放生命周期较长的对象，采用标记-清除或标记-整理算法进行垃圾回收。
- 永久代：在Java 8及以后的版本中，永久代已被移除，其功能被元空间所取代。
引用类型
引用类型包括强引用、软引用、弱引用和虚引用，它们在垃圾回收中的行为不同。
- 强引用：当存在强引用时，对象不会被垃圾回收。
- 软引用：当内存不足时，软引用指向的对象可能会被垃圾回收。
- 弱引用：弱引用指向的对象在垃圾回收时可能被回收。
- 虚引用：虚引用是最弱的引用，它不阻止对象被垃圾回收。
垃圾回收算法
垃圾回收算法包括标记-清除、复制和整理算法。
- 标记-清除：首先标记所有可达对象，然后清除未被标记的对象。
- 复制：将对象复制到一半空间，回收另一半空间。
- 整理：移动存活对象，回收未存活对象的内存空间。
并发收集器
并发收集器包括CMS（Concurrent Mark Sweep）和G1（Garbage-First）等，它们能够在多线程环境下进行垃圾回收。
- CMS：适用于多核处理器，减少停顿时间。
- G1：适用于大内存环境，通过将堆分为多个区域，实现更高效的垃圾回收。
停顿时间控制策略
停顿时间控制策略旨在控制垃圾回收过程中的停顿时间，例如CMS的并发标记和清除阶段。
- 目标停顿时间：设置目标停顿时间，垃圾回收器会尽量控制停顿时间不超过这个值。
- 动态调整：根据实际情况动态调整停顿时间。
性能调优
性能调优包括JVM参数配置、内存泄漏诊断和JIT编译优化等。
- JVM参数配置：通过调整JVM参数，可以优化内存使用和垃圾回收。
- 内存泄漏诊断：使用内存分析工具诊断内存泄漏问题。
- JIT编译优化：JIT编译器对热点代码进行优化，提高程序性能。
二、Spring Boot知识体系
自动配置
Spring Boot的自动配置功能允许自动配置Spring应用程序，无需编写大量配置代码。
- 条件化配置：根据特定的条件动态启用或禁用配置。
- 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。
起步依赖
起步依赖是Spring Boot的核心特性之一，它简化了依赖管理。
- 依赖管理机制：使用BOM文件定义项目依赖的版本，确保项目的一致性。
- 版本冲突解决：通过依赖管理机制和版本选择策略解决版本冲突。
第三方库集成模式
Spring Boot支持多种第三方库集成模式，例如Maven和Gradle。
Actuator
Actuator是Spring Boot提供的一个端点，用于监控和管理应用程序。
- 健康检查端点：检查应用程序的健康状态。
- 度量指标收集：收集应用程序的性能数据。
- 自定义Endpoint开发：自定义Endpoint允许开发者扩展Actuator的功能。
配置文件管理
Spring Boot使用配置文件来管理应用程序的配置。
- 多环境配置：根据不同的环境使用不同的配置文件。
- 配置加载优先级：配置文件的加载顺序。
- 动态配置刷新：在运行时刷新配置。
监控与日志
Spring Boot提供监控和日志功能，以便开发者可以监控应用程序的性能和状态。
- Micrometer集成：Micrometer是一个度量指标库，可以与多种监控工具集成。
- Logback/SLF4J配置：Logback和SLF4J是日志框架，Spring Boot支持它们的配置。
分布式链路追踪扩展机制
Spring Boot支持分布式链路追踪，允许开发者追踪跨多个服务的方法调用。
- 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的自动配置功能。
响应式编程支持
Spring Boot支持响应式编程，允许开发者使用Spring WebFlux框架创建异步、非阻塞的应用程序。
总结
本文详细介绍了JVM和Spring Boot的知识体系，包括类加载机制、内存模型、垃圾回收、自动配置、依赖管理、监控与日志等。通过这些知识点的串联，读者可以更好地理解Java应用程序的运行原理和Spring Boot框架的配置与扩展。
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