JVM与Spring Boot精髓

📕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。

Java程序员廖志伟

🌾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。

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一、JVM知识体系

类加载机制

类加载机制是JVM的核心概念之一,其技术实现细节如下:

  1. 加载:类加载器(ClassLoader)负责加载类定义。这个过程包括以下几个步骤:

    • 查找:通过类名查找对应的.class文件。
    • 读取:将.class文件内容读入内存。
    • 定义:在内存中生成一个Class对象。
  2. 连接:连接过程包括验证、准备和解析三个步骤。

    • 验证:确保类文件中的信息符合JVM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。
  3. 初始化:初始化过程包括:

    • 执行类构造器方法<clinit>(),对类变量进行初始化。
    • 执行静态代码块。
双亲委派模型

双亲委派模型的技术实现如下:

  • 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)加载核心库类,如rt.jar
  • 扩展类加载器(Extension ClassLoader)加载第三方库。
  • 应用程序类加载器(Application ClassLoader)加载应用程序类。
  • 自定义类加载器继承自ClassLoader或实现ClassLoader接口。
模块化系统(JPMS)

Java Platform Module System(JPMS)的技术实现包括:

  • 模块定义:使用module-info.java文件定义模块。
  • 模块间依赖:使用requiresusesprovidesexports关键字定义模块间依赖。
  • 模块解析:JVM在启动时解析模块依赖关系。

内存模型

JVM的内存模型的技术实现细节如下:

运行时数据区
  • :使用分代收集算法,包括新生代(Eden、Survivor区)和老年代。
  • :每个线程有自己的栈,使用栈帧(Stack Frame)存储局部变量和部分运行时常量。
  • 方法区:用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等数据。
  • PC寄存器:用于存放指向当前执行线程下一条指令的地址。
内存溢出场景分析

内存溢出的技术实现细节如下:

  • 堆空间不足:创建大量对象或大数组分配。
  • 栈空间不足:线程栈过深。
  • 永久代空间不足:大量常量或类信息。
直接内存管理

直接内存管理的实现细节如下:

  • 使用java.nio包中的ByteBuffer类进行操作。
  • 直接内存不受JVM堆空间限制,但需要手动管理内存。

垃圾回收

垃圾回收的技术实现细节如下:

GC Roots可达性分析
  • GC Roots包括:线程栈、方法区、本地方法栈、静态变量等。
  • 通过遍历GC Roots,找到所有可达对象。
分代收集理论
  • 年轻代:采用复制算法或标记-整理算法。
  • 老年代:采用标记-清除算法、标记-整理算法或并发收集算法。
引用类型
  • 强引用:通过引用变量直接访问对象。
  • 软引用:弱引用的加强版,当内存不足时,系统会回收软引用指向的对象。
  • 弱引用:允许垃圾回收器回收引用的对象。
  • 虚引用:没有任何实际引用,只能通过引用队列来访问。
垃圾回收算法
  • 标记-清除:标记所有可达对象,清除未被标记的对象。
  • 复制:将对象在堆内存中分成两个区域,每次只使用一个区域。
  • 整理:在复制算法的基础上,对内存进行整理。
并发收集器
  • CMS(Concurrent Mark Sweep):采用并发标记和清除算法,降低停顿时间。
  • G1(Garbage-First):采用垃圾优先算法,优先回收垃圾多的区域。
  • ZGC(Z Garbage Collector):采用低延迟算法,减少停顿时间。
停顿时间控制策略
  • 动态停顿时间目标:根据应用负载动态调整停顿时间。
  • 适应性暂停:根据历史停顿时间调整停顿时间。
性能调优
  • 调整JVM参数,如堆空间大小、垃圾回收算法等。
  • 监控垃圾回收日志,分析性能瓶颈。
内存泄漏诊断
  • 分析堆转储文件,查找内存泄漏对象。
  • 使用内存泄漏检测工具,如MAT(Memory Analyzer Tool)。
JIT编译优化
  • JIT编译器将字节码编译成本地机器代码,提高程序执行效率。
  • 常用优化技术:循环展开、内联、寄存器分配等。

二、Spring Boot知识体系

自动配置

Spring Boot的自动配置技术实现细节如下:

  • @EnableAutoConfiguration:通过扫描类路径下的jar包和配置文件,自动配置相应的Bean。
  • 条件化配置(@Conditional):根据特定条件自动启用或禁用某些配置。
Actuator

Spring Boot Actuator的技术实现细节如下:

  • 健康检查端点:通过/actuator/health端点检查应用的健康状态。
  • 度量指标收集:通过/actuator/metrics端点收集应用的度量指标。
配置文件管理

Spring Boot配置文件管理的实现细节如下:

  • 多环境配置(application-{profile}.yml):根据不同的环境使用不同的配置文件。
  • 配置加载优先级:优先加载application.yml,然后加载application-{profile}.yml
监控与日志

Spring Boot监控与日志的技术实现细节如下:

  • Micrometer集成:使用Micrometer集成多种监控系统。
  • Logback/SLF4J配置:使用Logback作为日志框架,并集成SLF4J作为日志门面。
分布式链路追踪扩展机制

Spring Boot分布式链路追踪的技术实现细节如下:

  • 自定义AutoConfigurationBean生命周期扩展点:允许开发者自定义AutoConfigurationBean的生命周期。
  • 响应式编程支持:通过Spring WebFlux框架实现响应式编程。

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、监控与日志等方面。通过这些知识点的串联,读者可以更好地理解Java应用的工作原理,并利用Spring Boot框架快速构建和部署高质量的应用。

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