JVM & Spring Boot精髓-优快云博客

📕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。

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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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JVM知识体系详解

类加载机制

Java虚拟机（JVM）的类加载机制是Java程序运行的生命线，它确保了类在运行时能够正确地被加载、解析和初始化。在类加载过程中，JVM执行了一系列的步骤来确保类型安全。

加载：这个过程涉及将类或接口的二进制字节码从文件系统或网络中读取到JVM中，并存储在运行时数据区的永久代或元空间中。在这个过程中，类加载器负责定位类的Class文件并读取它们。类加载器通常包括启动类加载器、扩展类加载器和应用程序类加载器。
验证：这个阶段是对Class文件结构正确性和类型安全性的校验。它包括文件格式验证、元数据验证、字节码验证和符号引用验证。验证过程确保了字节码的安全性和正确性。
准备：为类变量分配内存并设置默认初始值。这里的类变量指的是类级别的变量，而非实例变量。
解析：将类、接口、字段和方法的符号引用转换为直接引用。解析过程是连接阶段的最后一个步骤，它将符号引用替换为指向方法区的指针。
初始化：初始化阶段是类加载过程的最后一个阶段，它执行类定义中的 ()方法，该方法用于初始化类变量、执行静态代码块等。

类加载过程

类加载过程是类加载机制的核心，以下是具体的实现细节：

加载：首先，类加载器通过findClass方法在文件系统或网络中查找并读取指定名称的.class文件。加载过程涉及读取类的字节码并将其存储在内存中。
验证：在加载之后，JVM会对类的字节码进行验证，以确保其正确性。验证过程包括检查类文件是否包含正确的魔数、是否是有效的Java类文件等。
准备：在验证完成后，JVM为类变量分配内存，并将其设置为默认值（例如，对象类型默认为null，整型默认为0等）。
解析：解析阶段是将符号引用转换为直接引用的过程。例如，将类名、字段名和接口名等符号引用转换为指向方法区的指针。
初始化：初始化阶段是类加载过程的最后一个阶段，它负责执行类的初始化代码。这个过程包括执行静态初始化器和静态代码块等。

双亲委派模型

双亲委派模型是JVM中类加载机制的一种实现，以下是模型的实现细节：

当应用程序尝试加载一个类时，首先请求其父类加载器进行加载。
如果父类加载器无法完成加载任务，则子类加载器将尝试加载该类。
这种委托关系使得类加载过程遵循自顶向下的顺序。

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，从特定的URL或JAR文件中加载类。以下是实现自定义类加载器的步骤：

创建一个类，继承自ClassLoader类。
重写findClass方法，以实现类加载逻辑。
在findClass方法中，从特定的源加载类文件。
将加载的类文件转换成Class对象并返回。

模块化系统（JPMS）

Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的一种模块化系统，它通过模块来组织类和资源，以下是模块化系统的实现细节：

模块定义了一个具有明确边界的包集合，这些包可以包含类、接口和资源。
模块之间的依赖关系由模块描述文件（module-info.java）定义。
JPMS提供了模块化编译和运行时环境，使得模块之间的类和资源可以更加安全地访问。

内存模型

JVM的内存模型是JVM运行时的核心部分，以下是内存模型的实现细节：

运行时数据区：运行时数据区包括堆、栈、方法区和PC寄存器。
堆：堆是JVM中用于存放对象实例和数组的内存区域。它由JVM的垃圾回收器管理。
栈：栈是用于存放局部变量和方法调用的内存区域。栈的大小在创建线程时就已经确定。
方法区：方法区用于存放已经被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等数据。
PC寄存器：PC寄存器用于存储指向当前正在执行的指令的指针。

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：当应用程序创建的对象数量过多，超过JVM能分配的最大堆内存时，会发生堆内存溢出。
栈内存溢出：当递归调用太深，超过栈的最大深度时，会发生栈内存溢出。
方法区溢出：当加载的类过多，超过方法区的最大容量时，会发生方法区溢出。

垃圾回收

垃圾回收是JVM自动管理内存的一种机制，以下是垃圾回收的实现细节：

GC Roots可达性分析：从GC Roots开始，向上遍历整个对象图，能够访问到的对象被认为是存活的对象。
分代收集理论：将堆内存划分为几个不同的区域，每个区域针对不同的存活周期采用不同的回收策略。
引用类型：Java中的引用类型包括强引用、软引用、弱引用和虚引用，它们在垃圾回收中的作用不同。

垃圾回收算法

垃圾回收算法主要包括以下几种：

标记-清除算法：标记所有存活的对象，清除未被标记的对象。
复制算法：将对象分为两个部分，每次只使用其中一个部分，回收时复制另一部分。
标记-整理算法：在标记阶段后，将所有存活的对象移动到堆的一端，释放未存活对象所占用的空间。

并发收集器

并发收集器可以在应用程序运行期间进行垃圾回收，以下是并发收集器的实现细节：

CMS（Concurrent Mark Sweep）：CMS是一种并发收集器，它尝试减少应用程序的停顿时间。
G1（Garbage-First）：G1是一种面向服务端应用的高性能垃圾回收器。

停顿时间控制策略

JVM的停顿时间控制策略包括以下几种：

并行垃圾回收：多线程并行执行垃圾回收任务。
并发垃圾回收：垃圾回收线程与应用程序线程并发执行。

性能调优

性能调优包括以下几个方面：

JVM参数配置：通过配置JVM参数（如-Xms、-Xmx等）来调整JVM的性能。
内存泄漏诊断：使用工具诊断内存泄漏问题。
JIT编译优化：JIT编译器对代码进行优化，提高执行效率。

Spring Boot知识体系详解

自动配置

Spring Boot的自动配置是基于条件化配置的，以下是自动配置的实现细节：

当Spring Boot启动时，它会扫描类路径下所有带有@SpringBootApplication注解的类。
然后，Spring Boot会根据类路径下是否存在某些类和属性设置，自动配置相应的Bean。
自动配置的过程是条件化的，这意味着只有满足特定条件时，才会进行配置。

@EnableAutoConfiguration原理

@EnableAutoConfiguration是一个Spring注解，以下是其实现原理：

@EnableAutoConfiguration注解通过AutoConfigurationImportSelector类来工作。
AutoConfigurationImportSelector类会扫描类路径下所有带有@ConditionalOnClass、@ConditionalOnMissingBean和@ConditionalOnProperty等注解的配置类。
然后选择符合条件的配置类并将其注册到Spring容器中。

条件化配置（@Conditional）

@Conditional注解允许在自动配置时根据某些条件选择性地添加Bean，以下是常见的条件：

@ConditionalOnClass：当存在特定类时才进行配置。
@ConditionalOnMissingBean：当不存在特定Bean时才进行配置。
@ConditionalOnProperty：当满足特定属性时才进行配置。

自定义Starter开发

自定义Starter允许开发者将库的功能集成到Spring Boot中，以下是自定义Starter的实现细节：

创建一个Maven项目，并添加Spring Boot的依赖。
在项目的pom.xml文件中，添加自定义库的依赖。
创建一个名为spring.factories的文件，并将其放置在项目的META-INF目录下。
在spring.factories文件中，添加自定义库的自动配置类。
将自定义Starter打包成jar包，并将其放置在Maven仓库中。

起步依赖

起步依赖是Spring Boot项目中的一个关键概念，以下是起步依赖的实现细节：

起步依赖是Spring Boot提供的一系列预定义的依赖，它们可以方便地引入所需的库。
起步依赖通过在pom.xml文件中添加对应的依赖来引入。
起步依赖会自动引入所需的所有依赖，无需手动管理。

依赖管理机制（BOM文件）

BOM（Bill of Materials）文件是一个Maven文件，以下是BOM文件的实现细节：

BOM文件定义了项目中的所有依赖版本，确保项目的各个模块使用相同的版本。
BOM文件通过在pom.xml文件中添加<dependencyManagement>元素来引入。

版本冲突解决

版本冲突是依赖管理中的一个常见问题，以下是解决版本冲突的方法：

选择合适的依赖版本：使用最新的兼容版本。
使用依赖传递规则：依赖传递规则可以解决版本冲突。
使用依赖锁定：使用依赖锁定来锁定依赖的版本。

第三方库集成模式

Spring Boot支持多种第三方库集成模式，以下是集成模式的实现细节：

直接依赖：将第三方库作为项目的直接依赖。
间接依赖：通过其他依赖间接引入第三方库。

Actuator

Spring Boot Actuator提供了一系列的端点，以下是Actuator的实现细节：

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：用于收集应用程序的度量指标。
自定义Endpoint开发：允许开发者自定义端点来满足特定的监控需求。

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，以下是配置文件管理的实现细节：

多环境配置：使用application-{profile}.yml文件来管理不同环境下的配置。
配置加载优先级：配置文件加载的优先级由文件名决定。
动态配置刷新：支持动态刷新配置文件。

监控与日志

Spring Boot集成了Micrometer来支持监控，并使用Logback/SLF4J来管理日志，以下是监控与日志的实现细节：

Micrometer集成：Micrometer允许应用程序集成到多种监控系统。
Logback/SLF4J配置：配置日志记录器以适应不同的日志需求。

分布式链路追踪

Spring Boot支持分布式链路追踪，如Zipkin和Jaeger，以下是分布式链路追踪的实现细节：

分布式链路追踪可以追踪跨多个服务的请求，并分析请求的执行路径。
Zipkin和Jaeger是两种流行的分布式链路追踪工具。

扩展机制

Spring Boot提供了多种扩展机制，以下是扩展机制的实现细节：

自定义AutoConfigurationBean：允许开发者自定义AutoConfigurationBean来扩展Spring Boot的功能。
生命周期扩展点：Spring Boot提供了生命周期扩展点，允许开发者监听Spring Boot的生命周期事件。

响应式编程支持

Spring Boot支持响应式编程，以下是响应式编程的实现细节：

Spring Boot支持使用Spring WebFlux来构建异步和非阻塞的应用程序。
Spring WebFlux使用Reactor库来处理事件驱动编程。

通过以上对JVM和Spring Boot知识体系的详细描述，我们可以看到这两个框架是如何协同工作的。JVM负责提供运行Java程序的基础环境，而Spring Boot则提供了快速开发应用程序的工具和框架。了解这两个框架的知识体系，对于开发者来说，能够更好地掌握Java开发的技术栈，提高开发效率。

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Java程序员廖志伟

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