JVM与Spring Boot核心知识

原创于 2025-07-11 09:20:25 发布 · 369 阅读

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📕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

类加载机制 JVM的类加载机制是一个复杂的过程，它不仅包括将类文件从磁盘加载到内存中，还包括验证、准备和初始化类信息。类加载器在这个过程中扮演着至关重要的角色。类加载器可以分为启动类加载器、扩展类加载器和应用程序类加载器。启动类加载器负责加载JVM自身核心类库，扩展类加载器负责加载JVM的扩展库，而应用程序类加载器负责加载应用程序中的类。

在类加载过程中，加载器首先在类路径中查找指定的类文件，然后通过类文件解析器将类文件中的二进制数据转换成JVM可以理解的内部表示形式。接下来，类加载器会进行验证，确保类文件符合JVM规范，然后为类的成员变量分配内存，并设置访问权限。最后，类加载器会执行类的初始化代码，包括静态代码块和静态初始化器。
类加载过程类加载过程可以分为加载、验证、准备、解析、初始化和使用几个阶段。在加载阶段，类加载器将类的字节码加载到JVM内存中。在验证阶段，JVM会检查类文件的结构是否正确，确保类文件不会对JVM造成危害。准备阶段为类的静态变量分配内存，并设置默认初始值。解析阶段将符号引用转换为直接引用。初始化阶段执行类的初始化代码。
双亲委派模型双亲委派模型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，才由子类加载器加载。这种模型确保了类的唯一性，避免了类的重复加载。双亲委派模型在Java 9中得到了增强，引入了模块化系统（JPMS），使得类加载更加灵活。
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，实现一个类加载器，从特定的文件系统或网络位置加载类。自定义类加载器可以用于实现模块化系统、插件框架等。
模块化系统（JPMS）模块化系统是Java 9引入的新特性，它将JVM中的类加载器体系进一步扩展。模块化系统通过模块描述文件（module-info.java）来定义模块的依赖关系，从而实现模块的隔离和安全性。
内存模型 JVM内存模型包括运行时数据区和PC寄存器。运行时数据区包括堆、栈、方法区和PC寄存器。堆是存储对象实例的地方，栈是存储局部变量和方法调用信息的地方，方法区存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等，PC寄存器用于指示当前线程所执行的字节码指令地址。
内存溢出场景分析内存溢出是指JVM内存不足以处理应用程序的请求，导致程序崩溃。内存溢出的场景包括堆溢出、栈溢出和方法区溢出。堆溢出通常是由于创建过多的对象实例导致的，栈溢出通常是由于递归调用过深导致的，方法区溢出通常是由于加载了太多的类导致的。
直接内存管理直接内存管理是指JVM使用专门的内存在堆之外分配内存空间，用于存储大量数据，如NIO缓冲区。直接内存管理可以提高I/O操作的性能，但同时也增加了内存泄漏的风险。
垃圾回收垃圾回收是JVM自动回收不再使用的内存空间的过程。垃圾回收算法包括标记-清除、复制和整理算法。标记-清除算法通过标记所有可达对象，然后清除未被标记的对象。复制算法将内存分为两个区域，每次只使用一个区域，当该区域快满时，将存活对象复制到另一个区域，并清空原区域。整理算法通过移动存活对象来回收内存空间。
并发收集器并发收集器包括CMS和G1等，它们在垃圾回收过程中尽量减少对应用程序的干扰。CMS收集器适用于对停顿时间要求较高的场景，G1收集器适用于多核处理器和大型堆的场景。
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应用程序的停顿时间。例如，CMS收集器通过使用多个线程并行回收垃圾来减少停顿时间。
性能调优 JVM性能调优主要包括JVM参数配置和内存泄漏诊断。JVM参数配置可以通过JVM启动参数进行调整，内存泄漏诊断可以使用JVM内置的工具或第三方工具进行。
JIT编译优化 JIT编译器是JVM的重要组成部分，它可以将字节码动态编译成本地机器码，提高程序执行效率。JIT编译器会根据程序的运行情况，动态选择最优的编译策略。

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框架中常用的组件，如数据库连接、Web服务等。自动配置的实现依赖于Spring的配置元数据，如@ConfigurationProperties、@Bean等。
@EnableAutoConfiguration原理 @EnableAutoConfiguration注解是Spring Boot自动配置的核心，它通过扫描类路径下的配置文件和注解，自动配置所需的组件。@EnableAutoConfiguration注解会触发Spring的自动配置机制，该机制会根据类路径下存在的类和配置信息，自动配置相应的组件。
条件化配置（@Conditional）条件化配置允许在满足特定条件时才配置某些组件。例如，可以使用@ConditionalOnClass、@ConditionalOnProperty等注解来实现条件化配置。
自定义Starter开发自定义Starter可以简化第三方库的集成，提高项目的可维护性。自定义Starter通常包含一个或多个依赖库，以及一个自动配置类。
起步依赖起步依赖是Spring Boot项目的基础依赖，它包含了项目运行所需的库。起步依赖通常使用Maven或Gradle进行管理。
依赖管理机制（BOM文件） BOM文件是Spring Boot项目依赖管理的核心，它定义了项目所有依赖的版本。BOM文件可以确保项目中的所有依赖版本一致。
版本冲突解决 Spring Boot通过BOM文件和依赖管理机制来避免版本冲突。如果存在版本冲突，Spring Boot会自动选择合适的版本。
第三方库集成模式 Spring Boot支持多种第三方库集成模式，如Maven依赖、Gradle依赖等。集成第三方库可以通过添加相应的依赖到项目的依赖管理文件中实现。
Actuator Actuator是Spring Boot提供的一套监控和管理工具，它可以实现健康检查、度量指标收集等功能。Actuator通过暴露HTTP端点或JMX端点来提供监控和管理功能。
健康检查端点健康检查端点可以监控应用程序的健康状态，如HTTP端点、JMX端点等。健康检查端点通常用于监控应用程序的运行状态，如数据库连接是否正常、服务是否可用等。
度量指标收集度量指标收集可以帮助开发者了解应用程序的性能表现。Spring Boot集成了Micrometer，它是一个度量指标收集框架，支持多种度量指标收集库。
自定义Endpoint开发自定义Endpoint允许开发者扩展Actuator的功能。自定义Endpoint可以用于实现自定义的监控和管理功能。
配置文件管理 Spring Boot支持多环境配置，如application-{profile}.yml。配置文件管理允许开发者根据不同的环境配置不同的参数。
配置加载优先级 Spring Boot按照一定的优先级加载配置文件。配置文件的优先级取决于其路径和文件名。
动态配置刷新动态配置刷新允许在运行时修改配置，而不需要重启应用程序。动态配置刷新通常用于实现配置的热更新。
监控与日志 Spring Boot集成了Micrometer和Logback/SLF4J等监控和日志组件。监控和日志是应用程序性能管理和调试的重要工具。
分布式链路追踪 Spring Boot支持分布式链路追踪，如Zipkin、Jaeger等。分布式链路追踪可以帮助开发者了解分布式系统的运行情况。
扩展机制 Spring Boot提供了丰富的扩展机制，如自定义AutoConfigurationBean、生命周期扩展点等。扩展机制允许开发者扩展Spring Boot的功能。
响应式编程支持 Spring Boot支持响应式编程，如Spring WebFlux等。响应式编程可以提高应用程序的并发性能和资源利用率。

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