📕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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一、JVM知识体系
JVM(Java虚拟机)是Java语言运行时的核心,其设计理念旨在提供一种跨平台、高效、安全的运行环境。以下是JVM知识体系中的关键知识点及其技术实现细节:
类加载机制
类加载机制是JVM的核心机制之一,其技术实现细节包括:
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加载(Loading):类加载器通过类加载器的类路径(Classpath)查找并加载指定的Class文件。在Java 9及以后版本中,类路径被模块路径(Modulepath)所取代,以支持模块化。
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验证(Verification):验证阶段确保加载的类文件符合Java虚拟机的规范。这一阶段包括对字节码的验证、符号引用的验证等。Java虚拟机规范定义了一系列验证规则,确保类文件不会破坏虚拟机的安全。
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准备(Preparation):为类变量分配内存,并设置默认初始值。在Java 8之前,类变量是直接分配在方法区的;在Java 8之后,类变量可以分配在堆中。
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解析(Resolution):将符号引用转换为直接引用,即解析类、接口、字段和方法的符号引用到它们在运行时数据中的表示。
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初始化(Initialization):执行类构造器( ()),初始化类变量。这个阶段会执行静态代码块和初始化语句。
双亲委派模型
双亲委派模型的技术实现细节如下:
- 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)负责加载核心库(如rt.jar),它由JVM实现,不继承自任何类加载器。
- 扩展类加载器(Extension ClassLoader)负责加载扩展库(如jre/lib/ext目录下的jar包)。
- 应用程序类加载器(Application ClassLoader)负责加载应用程序的类库。
- 子类加载器在加载类时,首先委托给父类加载器进行加载,只有父类加载器无法完成时,才自己尝试加载。
自定义类加载器
自定义类加载器允许开发者实现自己的类加载逻辑,技术实现细节包括:
- 继承
java.lang.ClassLoader
类,并重写findClass(String name)
方法。 - 在
findClass
方法中,可以实现自定义的类查找逻辑,如从特定目录或网络资源加载类文件。
模块化系统(JPMS)
Java Platform Module System(JPMS)在Java 9中引入,其技术实现细节如下:
- 模块是代码的封装单元,具有清晰定义的接口和依赖关系。
- 模块定义文件(module-info.java)用于声明模块的版本、主类、依赖和导出等。
- 模块化系统通过模块路径(modulepath)来查找模块定义文件和模块内容。
内存模型
JVM的内存模型包括以下几个运行时数据区:
-
堆(Heap):使用分代收集算法,包括新生代和老年代,以及永久代(在Java 8及以后版本中已被移除)。
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栈(Stack):每个线程拥有一个栈,用于存储局部变量和方法调用信息。
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方法区(Method Area):存储已被加载的类信息、常量、静态变量等数据。
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PC寄存器:用于存储下一条要执行的指令的地址。
内存溢出场景分析
内存溢出的技术实现细节分析如下:
- 堆内存溢出:通常由于创建大量对象导致,可以通过调整JVM堆内存参数(如-Xmx和-Xms)来解决。
- 方法区或栈内存溢出:可能由于类加载过多或方法调用栈太深导致,需要优化代码结构或调整JVM参数。
垃圾回收
垃圾回收的技术实现细节如下:
- 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:将对象分为新生代和老年代,分别采用不同的回收策略,如复制算法、标记-清除算法、标记-整理算法等。
- 引用类型:不同类型的引用对垃圾回收的影响不同,如强引用、软引用、弱引用和虚引用。
- 垃圾回收算法:包括标记-清除、复制、整理算法等。
- 并发收集器:如CMS、G1、ZGC等,它们能够在应用程序运行时进行垃圾回收,减少停顿时间。
停顿时间控制策略
停顿时间控制策略的技术实现细节如下:
- 通过调整JVM参数来控制垃圾回收的频率和方式,以减少停顿时间。
- 使用并发收集器或低停顿收集器来减少停顿时间。
性能调优
性能调优的技术实现细节如下:
- JVM参数配置:通过设置JVM参数(如-Xms、-Xmx、-XX:+UseG1GC等)来优化内存和垃圾回收。
- 内存泄漏诊断:使用工具(如MAT、VisualVM等)来检测内存泄漏,并修复代码。
- JIT编译优化:JIT编译器在运行时对字节码进行优化,提高程序性能。
二、Spring Boot知识体系
Spring Boot是Spring框架的一个模块,它简化了Spring应用的创建和配置过程。以下是Spring Boot知识体系中的关键知识点及其技术实现细节:
自动配置
Spring Boot的自动配置原理如下:
- 通过条件化配置(@Conditional)自动配置相应的Bean。
@EnableAutoConfiguration
注解是自动配置的关键,它通过类路径扫描和必要的属性条件来激活自动配置类。
起步依赖
起步依赖的技术实现细节如下:
- 使用Maven或Gradle的依赖管理功能,通过添加起步依赖来简化项目配置。
- 起步依赖通常包含了一组预定义的依赖,这些依赖能够满足常见的开发需求。
第三方库集成
Spring Boot集成第三方库的技术实现细节如下:
- 通过添加起步依赖来集成第三方库,如数据库连接池、缓存等。
- Spring Boot提供了多种自动配置类来简化第三方库的配置。
Actuator
Spring Boot Actuator提供了一系列端点,用于监控和管理Spring Boot应用程序。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,如HTTP端点
/actuator/health
。 - 度量指标收集:通过集成Micrometer,收集应用程序的性能指标。
- 自定义Endpoint开发:通过实现
Endpoint
接口,可以自定义端点以提供额外的监控信息。
配置文件管理
Spring Boot配置文件管理的实现细节如下:
- 使用YAML或Properties文件来管理应用程序的配置。
- 通过
@ConfigurationProperties
注解将配置文件中的属性绑定到Java对象。
监控与日志
Spring Boot监控和日志的实现细节如下:
- 集成Micrometer进行度量指标收集。
- 使用Logback或SLF4J作为日志框架,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。技术实现细节如下:
- 通过集成Zipkin或Jaeger客户端,将分布式追踪信息发送到追踪系统。
- 使用HTTP端点或JMX接口来获取追踪信息。
扩展机制
Spring Boot扩展机制的技术实现细节如下:
- 通过实现
AutoConfigurePackage
接口,可以自定义自动配置包。 - 通过实现
BeanPostProcessor
接口,可以自定义Bean的生命周期扩展点。
响应式编程支持
Spring Boot响应式编程支持的技术实现细节如下:
- 通过集成Spring WebFlux,实现非阻塞的Web服务。
- 使用
Mono
和Flux
等响应式类型来处理异步事件。
通过以上技术实现细节的补充,我们可以更深入地理解JVM和Spring Boot的工作原理,并将其应用于实际的项目开发中,实现高性能、可维护的Java应用程序。
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