JVM/Spring Boot知识解析

于 2025-07-25 09:44:59 发布
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分类专栏： Java场景面试宝典 文章标签： Java JVM Performance Optimization
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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）、《解密程序员的思维密码——沟通、演讲、思考的实践》作者、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

💡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的核心功能之一，其实现细节如下：

  1. 加载（Loading）：在类加载过程中，JVM首先通过类加载器查找并读取类的.class文件，然后通过定义的类加载器将字节码数据加载到JVM中。这个过程涉及类文件的解析，包括将符号引用转换为直接引用。

  2. 连接（Linking）：在连接阶段，JVM会检查类在类路径中的正确性，进行符号解析，并将类信息链接到JVM中。这一阶段分为验证、准备和解析三个子阶段。

    • 验证：确保类在运行时满足Java虚拟机的各种限制条件。
    • 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（Initialization）：在初始化阶段，JVM会对类变量进行显式初始化，并执行类中的静态初始化器（static块）。

双亲委派模型

双亲委派模型通过以下方式实现：

  • 当需要加载某个类时，JVM首先请求启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）尝试加载。
  • 如果启动类加载器无法找到该类，则请求扩展类加载器（Extension ClassLoader）。
  • 如果扩展类加载器也无法加载，则请求应用程序类加载器（Application ClassLoader）。
  • 最后，如果应用程序类加载器也无法找到该类，则抛出ClassNotFoundException。

这种模型确保了核心API的稳定性，避免应用程序加载了错误的类。

自定义类加载器

自定义类加载器通常通过继承java.lang.ClassLoader类实现。实现细节包括：

  • 重写findClass(String name)方法来查找并返回类的字节码。
  • 重写loadClass(String name)方法来调用findClass方法，并处理类的加载过程。
  • 在加载类时，可以自定义类文件的解析和验证逻辑。
模块化系统（JPMS）

Java Platform Module System（JPMS）通过以下方式实现模块化：

  • 将应用程序分解为多个模块，每个模块包含自己的类路径和资源。
  • 使用模块描述符文件（module-info.java）来声明模块的依赖关系。
  • 使用java.modularity包中的API来加载和管理模块。
内存模型

JVM的内存模型包括以下运行时数据区：

  • 堆（Heap）：使用分代收集算法，如新生代和老年代，以优化垃圾回收。
  • 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、静态变量等数据，采用全局共享。
  • PC寄存器：用于存储当前线程所执行的字节码的地址。
内存溢出场景分析

内存溢出的常见场景包括：

  • 大量对象创建：频繁创建大对象或数组，导致堆空间不足。
  • 循环引用：对象之间相互引用，导致垃圾回收器无法回收。
  • 内存泄漏：资源未释放，导致内存占用不断增加。
垃圾回收

垃圾回收（GC）的步骤如下：

  1. GC Roots可达性分析：从GC Roots开始，向上遍历可达对象，确定哪些对象是可回收的。
  2. 分代收集理论：将对象分为新生代、老年代和永久代，分别采用不同的回收策略。
  3. 引用类型：包括强引用、软引用、弱引用和虚引用，不同类型的引用对垃圾回收有不同的影响。
  4. 垃圾回收算法：包括标记-清除、复制和整理算法。
  5. 并发收集器：如CMS（Concurrent Mark Sweep）和G1（Garbage-First），它们在垃圾回收过程中尽量减少对应用程序的干扰。
  6. 停顿时间控制策略：如G1的停顿时间目标，旨在控制垃圾回收过程中的停顿时间。
性能调优

性能调优的步骤如下：

  1. JVM参数配置：如-Xms、-Xmx等，用于调整堆空间大小。
  2. 内存泄漏诊断：通过工具如VisualVM、MAT等诊断内存泄漏。
  3. JIT编译优化：JIT编译器将字节码编译成本地机器码，提高程序执行效率。

二、Spring Boot知识体系

自动配置

Spring Boot的自动配置功能通过以下方式实现：

  1. @EnableAutoConfiguration：启用自动配置。
  2. 条件化配置（@Conditional）：根据条件启用或禁用配置。

例如，当项目中包含spring-boot-starter-web依赖时，Spring Boot会自动配置内嵌的Tomcat服务器。

自定义Starter开发

自定义Starter的开发步骤如下：

  1. 起步依赖：定义依赖关系，简化项目构建。
  2. 依赖管理机制：使用BOM文件统一管理依赖版本，解决版本冲突。

例如，创建一个名为spring-boot-starter-mysql的Starter，可以将MySQL驱动和连接池等依赖添加到起步依赖中。

第三方库集成模式

Spring Boot支持多种第三方库集成模式，如SPI、依赖注入等。

例如，通过SPI机制集成数据库连接池，可以在Spring Boot应用程序中方便地切换不同的数据库连接池。

Actuator

Spring Boot Actuator提供了一系列端点，用于监控和管理应用程序。

例如，/health端点可以检查应用程序的健康状态，/metrics端点可以收集应用程序的性能指标。

配置文件管理

Spring Boot使用配置文件来管理应用程序的配置信息。

例如，使用application.properties或application.yml文件来配置数据库连接信息、日志级别等。

监控与日志

Spring Boot提供了多种监控和日志解决方案。

例如，使用Micrometer集成Prometheus进行度量指标收集，使用Logback/SLF4J配置日志框架。

分布式链路追踪

Spring Boot支持分布式链路追踪，如Zipkin和Jaeger。

例如，使用Zipkin进行分布式链路追踪，可以跟踪跨多个服务器的请求流程。

扩展机制

Spring Boot提供了多种扩展机制，如：

  1. 自定义AutoConfigurationBean：自定义自动配置Bean。
  2. 生命周期扩展点：扩展Bean的生命周期。
  3. 响应式编程支持：支持响应式编程模型。

例如，通过实现ApplicationRunner或CommandLineRunner接口，可以自定义应用程序启动时的初始化逻辑。

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Java程序员廖志伟

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Spring Boot Starter深度解析与实践
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08-26 448
Spring Boot是一个开源Java基础框架，用于创建独立、生产级的基于Spring框架的应用程序。它设计时考虑了无需进行大量的XML配置，通过starters提供依赖管理，简化了项目配置。
Spring Boot日志系统解析与实战
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01-29 887
在spring-boot-starter中，有一个重要的配置是排除了commons-logging依赖项，因为Spring内部使用的是JCL，而JCL的日志代码如果没有被桥接到SLF4J，就会导致NoClassDefFoundError错误。Spring Boot的日志系统通过SLF4J和Logback的结合，提供了一种强大且灵活的日志管理方式。通过spring-boot-starter-logging，Spring Boot能够将多种日志框架统一桥接到SLF4J，并通过Logback进行最终的日志输出。
JVM/Spring Boot深入解析
我是Java程序员廖志伟，感谢朋友们的支持！不定期贡献一篇高品质、过万文字、图文并茂且附有视频解说、满载代码示例注释的良心之作，坚决杜绝粗制乱造。
07-06 644
自定义类加载器允许开发者实现特定的类加载逻辑，如热部署或模块化设计。自定义类加载器需要继承类，并重写findClass方法，该方法负责查找和返回指定的类定义。自定义Starter可以简化依赖管理，并允许其他开发者更容易地集成到他们的项目中。Starter的创建通常涉及创建一个包含所有依赖项的Maven项目，并使用命名约定。可以自定义Endpoint来扩展Actuator的功能。自定义Endpoint需要实现Endpoint接口，并使用@Endpoint注解来标记。可以通过实现。
JVM/Spring Boot知识体系
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07-07 908
类加载机制：在类加载过程中，类加载器会首先尝试从系统类路径（classpath）中查找类的定义，如果找不到，则尝试从父类加载器中查找。这个过程保证了Java程序的类加载机制的安全性。Java虚拟机中的类加载器主要有Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader和Application ClassLoader。类加载过程：在加载阶段，JVM会使用读取类文件，然后通过生成Class对象。在连接阶段，验证器会检查Class对象中的字节码是否安全，包括类型检查、常量池检查等。
JVM/Spring Boot详解
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06-29 767
在特定场景下，如实现特定协议的文件加载或热部署时，可能需要自定义类加载器。自定义类加载器可以继承类或实现接口，并重写findClass方法来指定类的加载逻辑。自定义Starter可以帮助开发者简化项目的依赖管理。要创建自定义Starter，需要创建一个包含所有依赖的jar包，并在pom.xml文件中添加相应的依赖。
JVM与Spring Boot核心解析
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07-23 608
在需要特殊类加载逻辑的情况下，如实现模块化系统或插件化应用时，开发者可以创建自定义类加载器。继承抽象类：自定义类加载器通常继承抽象类。重写方法：自定义类加载器需要重写方法，以实现自定义的类查找逻辑。自定义Starter是Spring Boot生态中的一种常见实践，它允许开发者封装依赖和自动配置。创建Starter：开发者需要创建一个Maven项目，并将其打包为JAR文件。添加依赖：在Starter中添加所需的依赖和自动配置类。开发者可以自定义Endpoint来扩展Actuator的功能。自定义端点。
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07-07 1290
自定义类加载器允许开发者实现自定义的类加载逻辑。类加载器继承：自定义类加载器通常继承自。加载逻辑：在findClass方法中实现自定义的类加载逻辑。依赖管理：使用Maven或Gradle创建Starter项目，并定义所需的依赖。配置文件：提供默认的配置文件，允许用户根据需要进行覆盖。
JVM & Spring Boot 深度解析
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07-14 969
自定义类加载器允许开发者根据特定需求加载类。创建自定义类加载器通常需要继承类并重写findClass方法。加载特定格式的资源文件：例如，加载特定格式的配置文件或日志文件。实现模块化设计：通过自定义类加载器来加载模块中的类，实现模块之间的解耦。实现热部署：在运行时动态加载和卸载类，实现热部署功能。本文从JVM和Spring Boot两个角度，详细介绍了JVM知识体系和Spring Boot知识体系。通过本文的学习，读者可以深入理解JVM和Spring Boot的核心概念、原理和最佳实践。
Java JVM与Spring Boot深度解析
CodeJavaPro的博客
07-01 1011
开发者可以通过继承类或实现接口来创建自定义类加载器。例如，可以创建一个URL类加载器，用于加载位于特定URL路径下的类文件。每个模块都由一个描述文件定义，其中包含了模块的名称、所需模块、导出模块、打开的包等信息。开发者可以通过创建Maven项目并添加依赖来开发自定义Starter。自定义Starter需要实现接口，并定义所需的依赖。开发者可以通过实现Endpoint接口来开发自定义端点。自定义端点可以用来提供应用程序的特定信息。开发者可以通过实现接口来自定义AutoConfigurationBean。
JVM & Spring Boot 深入解析
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06-30 778
在某些情况下，如模块化系统或插件开发，可能需要自定义类加载器来加载特定类。自定义类加载器可以通过继承类并重写findClass方法来实现。自定义Starter可以简化依赖管理，提高开发效率。自定义Starter需要创建一个包含前缀的jar包，并在其中添加文件，该文件中包含所有自动配置类的全限定名。自定义Endpoint可以扩展Actuator的功能，提供定制化的监控信息。自定义Endpoint需要实现Endpoint接口，并使用@Endpoint注解来注册端点。
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08-24
Spring Boot webflux 使用方法解析 Spring Boot webflux 是一种基于 Reactive Streams 的反应式编程框架，用于构建高性能、低延迟的 Web 应用程序。下面是对 Spring Boot webflux 的使用方法解析。 1. 同步阻塞 ...
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Java虚拟机（JVM）通过类加载器（ClassLoader）将Class文件加载到内存中，执行一系列操作如校验、转换、解析和初始化，最终形成可供虚拟机使用的Java类型。当热部署发生时，新的ClassLoader会接管已修改的类，使得...
MATLAB GUI设计平台：多算法雷达一维恒虚警检测CFAR可视化界面，实现噪声波形与目标检测回波-检测门限波形图的可视化
07-25
内容概要：本文介绍了利用MATLAB GUI设计平台构建的一个多算法雷达一维恒虚警检测(CFAR)可视化界面。该界面允许用户选择不同的噪声类型（如高斯白噪声、瑞利噪声）、目标类型（如点目标、扩展目标），并选择多种CFAR算法（如OS-CFAR、CA-CFAR）。用户还可以手动输入关键参数，如噪声功率、目标回波功率和门限值。系统能够实时生成并显示噪声波形和目标检测的回波-检测门限波形图，帮助用户直观地评估不同算法在各种噪声条件下的表现。 适合人群：从事雷达信号处理研究的专业人士、高校师生及相关领域的科研工作者。 使用场景及目标：适用于需要对比和优化雷达系统中CFAR算法性能的研究项目，旨在提升雷达系统的检测精度和适应能力。 其他说明：通过这个可视化工具，研究人员可以更加便捷地探索不同参数配置下各CFAR算法的效果，为实际工程应用提供理论支持和技术指导。
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07-25
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MATLABSimulink中小电流系统单相接地故障仿真的建模与分析 电力系统仿真 v2.1
最新发布
07-25
利用MATLAB/Simulink构建小电流系统单相接地故障仿真模型的方法。主要探讨了三种不同的中性点接地方式（不接地、经消弧线圈接地、经小电阻接地）下，故障特征的变化情况。文中不仅提供了具体的模型搭建步骤，还展示了如何通过Simulink进行波形数据的采集与分析，如零序电流、零序电压及其五次谐波波形图的获取方法。此外，作者分享了一些实用技巧，比如正确配置Powergui模块以确保仿真精度。 适用人群：电力系统研究人员、高校师生以及从事电力工程相关工作的技术人员。 使用场景及目标：适用于需要深入理解不同类型中性点接地方式对电网稳定性影响的研究项目；也可作为教学案例帮助学生掌握电力系统故障诊断的基本原理和技术手段。 其他说明：文中涉及大量MATLAB/Simulink的具体操作细节，对于初学者来说可能具有一定难度，建议有一定编程基础后再行尝试。
基于MATLAB蚁群算法的配电网重构研究：提升供电可靠性与减少线损能力
07-25
内容概要：本文探讨了利用MATLAB中的蚁群算法进行配电网重构的方法，旨在提升供电可靠性和减少线损。文中详细介绍了蚁群算法的基本原理及其在配电网重构中的具体应用，包括蚂蚁对象的定义、转移概率的计算、节点电压约束的处理以及信息素的迭代更新。通过对IEEE33节点系统的实验验证，展示了该算法的有效性和高效性。结果显示，在相同条件下，蚁群算法相比传统遗传算法不仅速度更快，而且能显著降低线损并减少失电负荷。 适合人群：从事电力系统研究的技术人员、高校相关专业师生、对智能算法感兴趣的开发者。 使用场景及目标：适用于需要优化配电网结构的实际工程中，特别是在追求更高供电质量和更低能耗的情况下。目标是通过改进现有配电网络，达到减少停电时间和损失电量的效果。 阅读建议：对于想要深入了解蚁群算法及其在电力系统中应用的人来说，本文提供了详细的理论解释和技术实现步骤。建议读者跟随文中提供的代码片段逐步理解和实践，同时关注参数调节对最终结果的影响。
西门子SMART200PLC与昆仑通泰触摸屏在气力输送系统的集成应用及控制程序解析
07-25
西门子SMART200PLC与昆仑通泰触摸屏在气力输送系统中的集成应用。首先，文中探讨了两种不同的物料输送控制系统：一种基于西门子1200PLC和昆仑通泰触摸屏，另一种基于SMART200PLC和WINCC flexible SMARTV3SP2画面组态。两者均涉及称重仪表的模拟量采样和阀门控制，确保物料输送的稳定性和精确度。文中还提供了具体的代码示例，展示如何通过PLC编程实现对物料输送的精确控制。此外，文章强调了昆仑通泰触摸屏带来的直观操作体验以及系统中的安全措施。 适合人群：从事工业自动化领域的工程师和技术人员，尤其是对PLC编程和气力输送系统感兴趣的读者。 使用场景及目标：适用于需要深入了解PLC与触摸屏在气力输送系统中协同工作的技术人员，旨在提高物料输送效率和精度，优化生产流程。 其他说明：文中提到的具体技术和工具如WINCC flexible SMARTV3SP2、SIMATIC SMART200 PLC等，对于相关从业人员有较高的参考价值。
Matlab Simulink风储系统频域调频模型：含同步机、风机与储能装置的实时频率响应控制模型
07-25
Matlab Simulink风储系统调频模型的技术实现及其运行特性。该模型涵盖同步机、风机和储能三个主要部分，通过虚拟惯性控制和虚拟下垂控制策略，模拟了风储系统的频率响应特性。模型不仅能够实时观测储能的状态容积（SOC），还能根据SOC变化调整有功出力，适应不同类型的负荷扰动。此外，文中还探讨了模型的应用背景、各关键环节的工作原理及控制策略，强调了其实时性和灵活性。 适合人群：从事风电储能系统研究和技术开发的专业人士，尤其是对Matlab Simulink有一定了解的研究人员。 使用场景及目标：适用于需要深入了解风储系统调频机制的研究项目，旨在优化风储系统的运行性能，提高系统的稳定性和可靠性。 其他说明：该模型已针对多种负荷扰动进行了参数调整，确保了其在实际应用场景中的有效性和准确性。
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