JVM与Spring Boot深度解析-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/AIHacksCash/article/details/149132224

📕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。

JVM知识体系补充说明

类加载机制

类加载机制是JVM实现动态类型语言的关键。在加载过程中，JVM会使用类加载器来查找和加载类定义信息。类加载器的工作流程包括：

加载（Loading）：JVM使用类加载器读取类定义信息，这些信息存储在二进制文件中，如.class文件。在加载过程中，类加载器会验证类的字节码，确保其符合Java虚拟机规范。
连接（Linking）：连接过程包括验证、准备和解析三个步骤。
- 验证：确保类文件的字节码结构正确，并且没有安全方面的问题。
- 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，即把类、接口、字段和方法的符号引用替换为直接引用。
初始化（Initialization）：初始化阶段是类加载的最后一步，它会执行类构造器<clinit>()。这个方法是由编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并产生的。

双亲委派模型

双亲委派模型确保了Java类的唯一性。在类加载过程中，子类加载器首先委托给父类加载器尝试加载类，如果父类加载器无法加载，才由子类加载器尝试加载。这种模型的实现依赖于ClassLoader类的loadClass()方法。

自定义类加载器

自定义类加载器允许开发者对类加载过程进行细粒度的控制。例如，可以通过自定义类加载器实现模块化系统，将应用程序拆分成多个独立的模块。自定义类加载器通常继承自ClassLoader类，并重写findClass()方法来提供自定义的类查找逻辑。

模块化系统（JPMS）

模块化系统是JVM 9及以上版本引入的重要特性。它通过模块描述文件（.jar文件）来定义模块，并使用模块系统来组织类和资源。模块化系统提供了以下优势：

增强安全性：通过模块边界限制，减少安全漏洞。
提高性能：减少不必要的类加载，减少内存占用。
简化依赖管理：模块化系统简化了依赖管理，减少了版本冲突。

内存模型

JVM的内存模型包括以下运行时数据区：

堆（Heap）：堆是JVM内存中最大的区域，用于存储所有类实例和数组的对象。垃圾回收主要在堆上执行。
栈（Stack）：栈是线程私有的内存区域，用于存储局部变量和方法调用栈。栈的内存分配是动态的，不会造成内存溢出。
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。方法区是全局共享的，所有线程都可以访问。
PC寄存器（PC Register）：PC寄存器是每个线程私有的，用于存储指向当前执行字节码的指令指针。

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：大量对象实例被创建，导致堆内存不足。可以通过增加堆内存大小或优化对象创建策略来解决。
栈内存溢出：递归调用深度过大或方法调用栈过深。可以通过增加栈内存大小或优化代码逻辑来解决。
方法区溢出：类定义过多或过大的类定义。可以通过限制方法区大小或优化类定义来解决。

垃圾回收

垃圾回收是JVM自动管理内存的重要机制。以下是垃圾回收的关键知识点：

GC Roots可达性分析：通过GC Roots找到所有可达对象，不可达对象将被回收。GC Roots包括方法区中静态变量引用的对象、栈中引用的对象、本地方法栈中引用的对象等。
分代收集理论：将堆内存划分为年轻代、老年代和永久代（在JVM 8中永久代被移除，改为元空间）。不同代的垃圾回收策略不同，以提高回收效率。
引用类型：分为强引用、软引用、弱引用和虚引用。强引用是默认的引用类型，软引用和弱引用在内存不足时可以被回收，虚引用则没有任何引用关系。
垃圾回收算法：包括标记-清除、复制、整理算法等。不同算法适用于不同的场景。
并发收集器：如CMS、G1、ZGC等，旨在减少停顿时间，提高应用程序的响应速度。
停顿时间控制策略：如G1的动态停顿时间目标，可以根据应用程序的响应要求调整停顿时间。
性能调优：通过JVM参数配置和内存泄漏诊断来优化性能。

JIT编译优化

JIT编译器将字节码即时编译成本地机器码，提高程序执行效率。JIT编译优化包括：

方法内联：将小方法直接嵌入到调用它的方法中，减少方法调用的开销。
循环展开：将循环体中的代码复制多次，减少循环的开销。
逃逸分析：分析对象是否被引用，从而避免不必要的对象复制。

Spring Boot知识体系补充说明

自动配置

Spring Boot的自动配置功能可以根据添加的依赖自动配置Spring应用程序。其核心原理是：

@EnableAutoConfiguration：通过这个注解，Spring Boot会自动配置与添加的依赖相关的Bean。@EnableAutoConfiguration注解内部使用了SpringFactoriesLoader类来加载类路径下META-INF/spring.factories文件中定义的自动配置类。
条件化配置（@Conditional）：允许基于特定条件动态启用或禁用配置。例如，可以使用@ConditionalOnClass、@ConditionalOnBean等注解来实现条件化配置。

自定义Starter开发

自定义Starter可以简化依赖管理，提高开发效率。开发自定义Starter需要：

创建一个Maven项目，添加Spring Boot的依赖。
在pom.xml中定义Starter的依赖。
在Starter中提供自动配置类。自动配置类通常继承自SpringBootConfiguration类，并使用@Bean注解定义自动配置的Bean。

起步依赖

起步依赖（Starters）是Spring Boot提供的预定义依赖集合，简化了依赖管理。使用起步依赖可以快速添加所需的库。例如，spring-boot-starter-web提供了创建Web应用程序所需的依赖。

依赖管理机制

Spring Boot使用Maven或Gradle进行依赖管理。其中，BOM（Bill of Materials）文件用于统一依赖版本，确保不同模块之间的依赖版本一致。

版本冲突解决

依赖版本冲突是常见问题，可以通过以下方法解决：

使用依赖管理策略，如传递性依赖排除。
使用BOM文件统一依赖版本。

第三方库集成模式

Spring Boot支持多种第三方库集成模式，如SPI（Service Provider Interface）和适配器模式。SPI允许第三方库通过接口提供扩展功能，而适配器模式则允许将第三方库与Spring应用程序集成。

Actuator

Spring Boot Actuator提供了一系列端点，用于监控和管理应用程序。关键功能包括：

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：收集应用程序的性能指标。
自定义Endpoint开发：允许开发者自定义端点。

配置文件管理

Spring Boot使用配置文件来管理应用程序的配置。以下是配置文件管理的关键知识点：

多环境配置（application-{profile}.yml）：支持不同环境的配置文件，如开发、测试、生产等。
配置加载优先级：配置文件优先级由文件名决定。
动态配置刷新：支持动态刷新配置。

监控与日志

Spring Boot提供了监控和日志功能，如：

Micrometer集成：用于收集和导出应用程序的度量指标。
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和Jaeger。分布式链路追踪可以帮助开发者了解应用程序中各个组件之间的交互过程，从而快速定位问题。

扩展机制

Spring Boot提供了多种扩展机制，如：

自定义AutoConfigurationBean：允许开发者自定义自动配置Bean。
生命周期扩展点：允许在Bean的生命周期中插入自定义逻辑。

响应式编程支持

Spring Boot支持响应式编程，如Spring WebFlux，用于构建异步、非阻塞的应用程序。响应式编程可以提高应用程序的并发性能和资源利用率。

通过以上知识点的补充说明，我们可以更深入地了解JVM和Spring Boot在Java应用开发中的技术实现细节，从而更好地掌握和运用这些技术。

优快云

📥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

📙经过多年在优快云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！