📕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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💡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。
一、JVM知识体系与类加载机制
1.1 JVM知识体系概述
Java虚拟机（JVM）是Java语言运行时环境的核心，它不仅负责执行Java字节码，还提供了一套完整的运行时环境，包括内存管理、垃圾回收、线程管理等。JVM的主要组件包括：
-
类加载器：负责将Java源代码编译成的.class文件加载到JVM中。类加载器包括启动类加载器、扩展类加载器和应用类加载器。启动类加载器负责加载JVM自身需要的库类，如rt.jar中的类；扩展类加载器负责加载JVM的扩展库；应用类加载器负责加载应用程序的类库。
-
运行时数据区：JVM的运行时数据区包括堆、栈、方法区、PC寄存器、本地方法栈和线程私有的程序计数器。
-
堆：是Java对象的主要存储区域，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。堆的大小可以通过JVM参数进行配置，如
-Xms和-Xmx分别表示堆的初始大小和最大大小。 -
栈：用于存储局部变量和方法调用栈，是线程私有的。栈的大小也受JVM参数控制，如
-Xss。 -
方法区：存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等数据。方法区是所有线程共享的。
-
PC寄存器：用于存储当前线程所执行的指令地址。
-
本地方法栈：与虚拟机栈所发挥的作用类似，用于存储本地方法（如JNI方法）的栈信息。
-
程序计数器：用于存储当前线程所执行的字节码的地址。
-
-
执行引擎：负责执行字节码。JVM的执行引擎主要有两种实现：即时编译（JIT）和解释执行。
-
垃圾回收器：负责回收不再使用的内存。垃圾回收器有多种不同的算法，如标记-清除、复制算法、标记-整理算法等。
1.2 类加载机制
类加载机制是JVM的核心机制之一，它负责将Java源代码编译成的.class文件加载到JVM中。类加载过程包括以下三个阶段：
1.2.1 加载
类加载器通过类名找到对应的字节码文件，然后将字节码文件读入内存，并创建一个Class对象代表该类。
1.2.2 连接
连接阶段分为三个子阶段：验证、准备和解析。
-
验证：确保加载的类信息符合JVM规范，包括类文件格式、字节码结构、符号引用等。
-
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。
1.2.3 初始化
初始化阶段是执行类构造器方法，初始化类变量。
1.3 双亲委派模型
双亲委派模型是JVM中类加载器的一种委派机制，它要求子类加载器首先委托父类加载器加载类，只有当父类加载器无法加载时，才由子类加载器加载。
1.4 自定义类加载器
开发者可以通过继承ClassLoader类或实现ClassLoader接口来创建自定义类加载器。
1.5 模块化系统（JPMS）
Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的一种模块化系统，它通过模块化的方式组织代码，提高系统性能和安全性。模块化系统能够将应用程序分解为多个模块，每个模块可以独立编译和部署，从而提高开发效率和系统稳定性。
二、内存模型与运行时数据区
2.1 内存模型
JVM内存模型包括以下部分：
-
堆：存储所有类实例和数组的对象。堆内存是动态分配的，因此容易发生内存溢出。
-
栈：存储局部变量和方法调用栈。栈内存是线程私有的，且大小有限。
-
方法区：存储类信息、常量、静态变量等。方法区是所有线程共享的。
-
PC寄存器：存储当前线程所执行的指令地址。
2.2 内存溢出场景分析
内存溢出通常发生在以下场景：
-
堆内存不足：创建过多对象，导致堆内存不足。
-
栈内存不足：方法调用深度过大，导致栈内存不足。
-
方法区内存不足：加载过多类，导致方法区内存不足。
2.3 直接内存管理
直接内存是指JVM直接分配在本地内存中的内存空间，不受JVM堆栈管理。直接内存可以用于大文件处理、网络通信等场景。
三、垃圾回收
3.1 GC Roots可达性分析
垃圾回收器通过GC Roots可达性分析来确定哪些对象是可以被回收的。GC Roots包括：
-
局部变量表：存储方法中的局部变量。
-
栈帧：存储方法的运行时数据。
-
方法区：存储静态变量、常量池等。
3.2 分代收集理论
JVM将内存分为Young区、Old区和永久代（在Java 8之后永久代被移除，使用元空间代替）。
-
Young区：存放新生对象，是垃圾回收的主要区域。
-
Old区：存放存活时间较长的对象。
-
永久代/元空间：存放类信息、常量、静态变量等。
3.3 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。
-
强引用：最常用的引用类型，当存在强引用时，对象不会被回收。
-
软引用：用于缓存数据，当内存不足时，可以被回收。
-
弱引用：类似于软引用，但弱引用的对象在垃圾回收时更易被回收。
-
虚引用：没有任何实际作用，仅用于跟踪对象。
3.4 垃圾回收算法
常见的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：首先标记所有可达对象，然后清除未被标记的对象。
-
复制算法：将内存分为两个区域，每次只使用其中一个区域，当该区域内存不足时，将存活对象复制到另一个区域。
-
整理算法：在标记-清除算法的基础上，对内存进行整理，提高内存利用率。
3.5 并发收集器
并发收集器如CMS（Concurrent Mark Sweep）和G1（Garbage-First）可以减少垃圾回收对应用程序的停顿时间。
-
CMS：一种以降低停顿时间为目标的垃圾回收器。
-
G1：一种以降低停顿时间为目标的垃圾回收器，同时具有更好的空间局部性。
3.6 停顿时间控制策略
JVM提供了多种策略来控制垃圾回收的停顿时间，如G1的停顿时间目标。
3.7 性能调优与JVM参数配置
通过调整JVM参数（如-Xms、-Xmx等）可以优化JVM性能。
3.8 内存泄漏诊断
内存泄漏是指程序中已经无法使用的对象无法被垃圾回收器回收。内存泄漏会导致程序性能下降，甚至崩溃。
3.9 JIT编译优化
JIT编译器可以将字节码编译成本地机器码，提高程序执行效率。JIT编译优化包括方法内联、循环展开、指令重排等。
四、Spring Boot知识体系
4.1 自动配置
Spring Boot通过自动配置来简化应用程序的配置过程。自动配置的原理是条件化配置，即根据特定的条件来启用或禁用配置。
4.2 @EnableAutoConfiguration原理
@EnableAutoConfiguration注解通过条件化配置来实现自动配置。当Spring Boot启动时，它会扫描项目中所有带有@Configuration注解的类，并查找带有@EnableAutoConfiguration注解的类。然后，Spring Boot会根据条件化配置规则，自动配置相关的Bean。
4.3 条件化配置（@Conditional）
@Conditional注解用于根据特定的条件来启用或禁用配置。条件化配置可以通过实现Condition接口或使用@ConditionalOn系列注解来实现。
4.4 自定义Starter开发
开发者可以通过创建Starter来简化依赖管理。Starter是一个包含一组依赖的Maven项目，它可以帮助开发者快速构建应用程序。
4.5 起步依赖与依赖管理机制
Spring Boot使用起步依赖来简化依赖管理，并通过BOM文件来管理版本冲突。起步依赖是一个包含多个依赖的Maven项目，它可以帮助开发者快速构建应用程序。
4.6 第三方库集成模式
Spring Boot支持多种第三方库集成模式，如声明式集成、编程式集成等。
4.7 Actuator与健康检查
Spring Boot Actuator提供了健康检查和度量指标收集的功能。健康检查可以帮助开发者了解应用程序的状态，度量指标收集可以帮助开发者了解应用程序的性能。
4.8 自定义Endpoint开发
开发者可以通过实现Endpoint接口来创建自定义的端点。自定义端点可以提供应用程序的元数据、配置信息等。
4.9 配置文件管理
Spring Boot支持多环境配置，如application-{profile}.yml。多环境配置可以帮助开发者根据不同的环境配置应用程序。
4.10 配置加载优先级与动态配置刷新
Spring Boot支持配置加载优先级和动态配置刷新。配置加载优先级可以帮助开发者控制配置文件的加载顺序，动态配置刷新可以帮助开发者实时更新配置。
4.11 监控与日志
Spring Boot集成了Micrometer用于监控，并支持Logback/SLF4J日志配置。监控可以帮助开发者了解应用程序的性能，日志配置可以帮助开发者记录应用程序的运行信息。
4.12 分布式链路追踪
Spring Boot支持分布式链路追踪，如Zipkin。分布式链路追踪可以帮助开发者了解应用程序的调用关系，定位问题。
4.13 扩展机制
Spring Boot提供了多种扩展机制，如自定义AutoConfigurationBean生命周期扩展点。扩展机制可以帮助开发者扩展Spring Boot的功能。
4.14 响应式编程支持
Spring Boot支持响应式编程，如使用WebFlux。响应式编程可以帮助开发者构建高并发、高可扩展性的应用程序。
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开源项目分享
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