📕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。
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由于文章内容较长，我将分几个部分来补充说明，以提升文章的专业性和技术深度。
一、JVM知识体系
类加载机制
类加载机制是JVM的核心机制，它负责在运行时将类信息载入到JVM中。这个过程中涉及到类加载器（ClassLoader）的初始化和类文件解析的关键步骤。
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加载（Loading）：类加载器负责查找和加载类的.class文件。在Java中，有几种类型的类加载器，如Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader和Application ClassLoader。Bootstrap ClassLoader由JVM启动类加载器实现，负责加载核心库；Extension ClassLoader负责加载扩展库；Application ClassLoader负责加载应用程序的类。
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连接（Linking）：这一阶段包括验证、准备和解析。
- 验证：确保类文件符合JVM规范，没有安全问题，如访问权限验证。
- 准备：为类变量分配内存，并设置默认初始值，如static字段被初始化为0。
- 解析：将符号引用转换为直接引用，例如，将类的全限定名和简单类名解析为类对象。
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初始化（Initialization）：初始化类变量，执行静态代码块，并调用构造器。这个过程可能涉及到类的初始化顺序、初始化时机等问题。
双亲委派模型
双亲委派模型确保了类加载的安全性，防止恶意类替代系统类。在类加载过程中，子类加载器会首先请求父类加载器进行类的加载，只有当父类加载器无法完成加载时，子类加载器才会尝试加载。
自定义类加载器
自定义类加载器允许开发者定义自己的类加载策略，如实现特定的加载逻辑、指定类文件的来源等。例如，可以创建一个URL类加载器，从指定的URL地址加载类文件。
模块化系统（JPMS）
Java Platform Module System（JPMS）通过模块化的方式组织JVM和Java应用，将依赖关系明确化，减少了冲突，提高了系统的可维护性和性能。
内存模型
JVM的内存模型包括以下数据区：
- 堆（Heap）：用于存储所有对象实例和数组，是垃圾回收的主要区域。
- 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。
- 方法区（Method Area）：存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等。
- PC寄存器：存储正在执行的线程所对应的字节码指令的地址。
内存溢出场景分析
内存溢出通常发生在堆空间不足时，可能由以下原因导致：
- 创建的对象过多，超过了堆空间容量。
- 堆空间分配不合理，导致无法有效利用。
垃圾回收
垃圾回收是JVM自动管理内存的一种机制，它通过回收不再使用的对象来释放内存。垃圾回收的基本原理包括：
- GC Roots可达性分析：从GC Roots开始，遍历所有可达对象，不可达对象即为垃圾。
- 分代收集理论：将对象分为新生代和老年代，分别采用不同的回收策略。
- 引用类型：不同类型的引用对垃圾回收有不同的影响，如强引用、软引用、弱引用和虚引用。
垃圾回收算法
常见的垃圾回收算法包括：
- 标记-清除（Mark-Sweep）：分为标记和清除两个阶段，但可能导致内存碎片。
- 复制（Copying）：将内存分为两块，每次只使用其中一块，当这块空间用完时，将存活的对象复制到另一块空间，并清空原空间。
- 整理（Mark-Compact）：在标记-清除算法的基础上，将存活的对象移动到内存的一端，释放内存碎片。
并发收集器
并发收集器允许垃圾回收与应用程序同时运行，常见的包括：
- CMS（Concurrent Mark Sweep）：以最短停顿时间为目标，但可能在高负载下性能下降。
- G1（Garbage-First）：将堆内存分割成多个区域，优先回收垃圾最多的区域。
- ZGC（Z Garbage Collector）：以低延迟为目标的垃圾回收器。
停顿时间控制策略
JVM提供了多种停顿时间控制策略，如：
- 自适应大小调整：根据历史数据动态调整堆大小。
- G1的预测停顿时间：根据历史数据预测垃圾回收的停顿时间。
性能调优
性能调优包括：
- JVM参数配置：通过调整JVM参数（如Xms、Xmx）来优化性能。
- 内存泄漏诊断：使用工具诊断内存泄漏问题。
- JIT编译优化：JIT编译器对字节码进行优化，提高执行效率。
二、Spring Boot知识体系
自动配置
Spring Boot的自动配置功能可以自动配置Spring应用，无需手动编写大量配置代码。其原理如下：
- @EnableAutoConfiguration：通过该注解启用自动配置。
- 条件化配置（@Conditional）：根据特定的条件动态启用或禁用配置。
自定义Starter
自定义Starter允许开发者将常用的依赖和配置封装在一起，方便其他开发者使用。例如，可以创建一个名为spring-boot-starter-myapp的Starter，它包含了所有开发MyApp所需的基础依赖。
起步依赖
起步依赖是Spring Boot的核心概念之一，它将一组相关的依赖自动包含在项目中。例如，spring-boot-starter-web起步依赖包含了Spring MVC、Tomcat和Jackson等库。
依赖管理机制
Spring Boot使用Maven或Gradle作为依赖管理工具，通过配置文件（pom.xml或build.gradle）管理依赖。依赖管理机制包括依赖的版本控制、冲突解决和排除。
版本冲突解决
解决版本冲突的方法包括：
- 使用依赖排除。
- 使用依赖覆盖。
第三方库集成模式
Spring Boot支持多种第三方库的集成模式，如：
- 声明式集成：通过配置文件或注解声明集成。
- 编程式集成：通过代码实现集成。
Actuator
Spring Boot Actuator提供了一系列端点，用于监控和管理Spring Boot应用。这些端点包括：
- /health：检查应用的总体健康状态。
- /health/liveness：检查应用是否存活。
健康检查端点
健康检查端点可以检查应用的健康状态，如：
/health：检查应用的总体健康状态。/health/liveness：检查应用是否存活。
度量指标收集
度量指标收集可以收集应用的各种性能指标，如：
- CPU使用率。
- 内存使用情况。
自定义Endpoint开发
自定义Endpoint允许开发者根据需求创建自己的端点。例如，可以创建一个自定义端点来获取应用的配置信息。
配置文件管理
Spring Boot支持多环境配置，通过配置文件（application-{profile}.yml）来管理不同环境的配置。配置文件管理包括配置加载优先级和动态配置刷新。
配置加载优先级
配置加载优先级如下：
- 命令行参数。
- 系统环境变量。
- 配置文件。
动态配置刷新
动态配置刷新允许在运行时修改配置并立即生效。这可以通过Spring Cloud Config或Spring Cloud Bus实现。
监控与日志
Spring Boot提供了多种监控和日志解决方案，如：
- Micrometer：用于度量指标收集。
- Logback/SLF4J：用于日志配置。
分布式链路追踪
分布式链路追踪可以帮助开发者追踪分布式系统中的请求路径。Spring Boot Actuator支持分布式链路追踪的集成。
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。
响应式编程支持
Spring Boot支持响应式编程，通过Spring WebFlux实现。
总结
本文详细介绍了JVM和Spring Boot的核心知识点，从类加载机制、内存模型、垃圾回收到Spring Boot的自动配置、监控和日志等，旨在帮助读者深入理解Java虚拟机和Spring Boot的工作原理，为实际开发提供指导。
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