JVM核心技术解析-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知识体系及核心概念补充说明

1. 类加载机制

类加载机制在JVM中扮演着至关重要的角色。它涉及到类文件的加载、链接和初始化三个阶段。在加载阶段，类加载器会读取类文件，创建一个Class对象，并存储在方法区中。这一过程涉及到类文件格式的解析，包括魔数、版本信息、常量池、字段、方法等。

加载：类加载器通过findClass方法查找并加载类文件。在Java 9之前，主要有Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader和App ClassLoader三个类加载器。Java 9之后，引入了模块化系统，类加载器被重新设计，以支持模块化。
连接：在连接阶段，JVM会验证类文件的有效性，准备类变量和静态常量，解析符号引用。这一过程包括验证类文件结构、准备类变量、解析类成员引用等。
初始化：初始化阶段是执行类构造器<clinit>()的过程，该构造器由编译器自动生成。在这一阶段，类变量会被初始化为默认值，静态初始化块和静态变量会被执行。

2. 双亲委派模型

双亲委派模型是一种安全机制，它要求类加载器先请求其父类加载器进行类加载，只有当父类加载器无法完成加载时，才由自己来加载。这种模型确保了类型安全，避免了类加载过程中的混乱。

Bootstrap ClassLoader：作为启动类加载器，它负责加载<JAVA_HOME>/lib目录下的核心API类库，如rt.jar。
Extension ClassLoader：扩展类加载器负责加载<JAVA_HOME>/lib/ext目录下的类库，或由系统属性java.ext.dirs指定路径下的类库。
App ClassLoader：应用程序类加载器负责加载用户类路径（Classpath）上的所有类库。

3. 自定义类加载器

自定义类加载器允许开发者根据需求加载特定的类文件。例如，可以实现URLClassLoader来加载远程类文件，或者实现ClassLoader的子类来改变类加载的规则。

URLClassLoader：它使用URL数组来指定要查找的类文件的目录或JAR文件。
自定义类加载器：通过覆盖findClass方法来改变类加载的行为。

4. 模块化系统（JPMS）

Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的模块化系统，它通过模块来组织代码，提高代码的可重用性和安全性。

模块定义：每个模块都通过一个module-info.java文件来定义模块的名称、依赖关系、导出和开放的包等。
模块解析：JVM使用模块解析器来解析模块依赖关系，确保模块之间的正确连接。

5. 内存模型

JVM的内存模型分为运行时数据区和内存溢出场景分析两部分。

运行时数据区：堆、栈、方法区和PC寄存器。
- 堆：存储所有类的实例和数组的对象。堆的大小可以通过JVM参数-Xms和-Xmx进行设置。
- 栈：存储局部变量和方法调用栈。栈的大小可以通过JVM参数-Xss进行设置。
- 方法区：存储类信息、常量池和静态变量。方法区的大小可以通过JVM参数-XX:MaxPermSize（Java 8之前）或-XX:MaxMetaspaceSize（Java 8及以后）进行设置。
- PC寄存器：存储当前线程所执行的指令地址。
内存溢出场景分析：包括堆溢出、栈溢出和永久代溢出等。
- 堆溢出：当JVM堆空间不足以分配对象时，会发生堆溢出。
- 栈溢出：当JVM栈空间不足以容纳栈帧时，会发生栈溢出。
- 永久代溢出：在Java 8及以后版本中，永久代已被元空间取代，但仍然可能发生永久代溢出。

6. 垃圾回收（GC）

垃圾回收是JVM自动管理内存的重要机制，它通过回收不再使用的对象来释放内存。

GC Roots可达性分析：从GC Roots开始，向上遍历所有可达对象，确定哪些对象是可回收的。
- GC Roots：包括局部变量、静态变量、常量池、线程栈等。
分代收集理论：将对象分为新生代（Young）和老年代（Old），分别采用不同的回收策略。
- 新生代：主要回收新创建的对象，采用复制算法或标记-整理算法。
- 老年代：回收存活时间较长的对象，采用标记-清除算法或标记-整理算法。

7. 引用类型

引用类型分为强引用、软引用、弱引用和虚引用。

强引用：最常见的引用类型，不会导致对象被回收。
软引用：在内存不足时会被回收，但不是必须回收。
弱引用：在垃圾回收时会被回收，但不是必须回收。
虚引用：没有任何引用关系，只能通过引用队列来获取。

8. 垃圾回收算法

垃圾回收算法包括标记-清除、复制和整理算法。

标记-清除：先标记可达对象，然后清除不可达对象。
复制：将对象复制到新的空间，然后清除旧空间。
整理：移动可达对象，清除不可达对象。

9. 并发收集器

并发收集器包括CMS（Concurrent Mark Sweep）和G1（Garbage-First）等，它们在垃圾回收过程中尽量减少对应用程序的干扰。

CMS：是一种以最短停顿时间为目标的收集器，适用于对响应时间要求较高的场景。
G1：是一种以停顿时间可预测为目标的收集器，适用于多核处理器。

10. 停顿时间控制策略

停顿时间控制策略包括最大停顿时间、响应时间优先和吞吐量优先等。

最大停顿时间：确保垃圾回收过程中的停顿时间不超过设定的阈值。
响应时间优先：优先保证应用程序的响应时间。
吞吐量优先：在保证应用程序正常运行的前提下，尽可能提高CPU利用率。

11. 性能调优

性能调优包括JVM参数配置和内存泄漏诊断。

JVM参数配置：通过设置Xms、Xmx等参数来调整堆大小、栈大小等。
内存泄漏诊断：通过分析堆转储文件和内存快照来定位内存泄漏问题。

12. JIT编译优化

JIT编译器是JVM的一个重要组成部分，它将Java字节码编译成本地机器码，以提高程序执行效率。

编译过程：JIT编译器首先将Java字节码编译成中间代码，然后根据运行时信息进行优化，最后将优化后的中间代码编译成本地机器码。
优化策略：JIT编译器采用多种优化策略，如循环优化、内联优化、分支预测等。

Spring Boot知识体系及核心概念补充说明

1. 自动配置

自动配置是Spring Boot的核心特性之一，它可以根据项目依赖自动配置Spring应用。

自动配置原理：Spring Boot通过扫描项目依赖，根据依赖关系自动配置Spring应用。例如，当项目中包含Spring MVC依赖时，Spring Boot会自动配置一个嵌入式的Tomcat服务器。

2. @EnableAutoConfiguration原理

@EnableAutoConfiguration注解通过扫描项目依赖，自动配置Spring应用。

扫描依赖：Spring Boot会扫描项目中的所有依赖，并找出对应的自动配置类。
自动配置类：自动配置类包含了一系列的配置项，用于配置Spring应用。

3. 条件化配置（@Conditional）

条件化配置允许开发者根据特定条件来启用或禁用某些配置。

条件化配置注解：如@ConditionalOnClass、@ConditionalOnMissingBean等。
条件表达式：根据条件表达式判断是否启用或禁用某些配置。

4. 自定义Starter

自定义Starter可以帮助开发者将常用依赖和配置封装起来，方便其他开发者使用。

Starter POM：Starter POM文件定义了Starter的依赖关系和自动配置类。
Maven插件：使用Maven插件来创建Starter。

5. 起步依赖

起步依赖是Spring Boot项目的基础依赖，它包含了Spring框架和其他常用库。

起步依赖版本：Spring Boot会根据项目的Java版本和Spring框架版本选择合适的起步依赖版本。
依赖关系：起步依赖之间存在着复杂的依赖关系，Spring Boot会自动处理这些依赖关系。

6. 依赖管理机制（BOM文件）

BOM（Bill of Materials）文件用于管理项目依赖的版本，确保依赖的一致性。

BOM文件格式：BOM文件采用XML格式，定义了项目依赖的版本信息。
依赖版本管理：BOM文件确保了项目依赖的一致性，避免了版本冲突。

7. 版本冲突解决

版本冲突是项目开发中常见的问题，Spring Boot通过依赖管理机制来解决版本冲突。

依赖树分析：Spring Boot会分析项目依赖树，找出版本冲突。
依赖版本选择：Spring Boot会根据依赖关系选择合适的依赖版本。

8. 第三方库集成模式

第三方库集成模式包括手动集成和自动集成两种方式。

手动集成：开发者手动添加第三方库的依赖。
自动集成：Spring Boot自动集成第三方库。

9. Actuator

Actuator是Spring Boot的一个模块，它提供了健康检查、度量指标收集等功能。

健康检查：Actuator允许开发者检查应用程序的健康状态。
度量指标收集：Actuator允许开发者收集应用程序的性能数据。

10. 健康检查端点

健康检查端点用于检查应用程序的健康状态。

端点类型：包括/health、/health/liveness、/health/readiness等。
端点结果：端点返回应用程序的健康状态信息。

11. 度量指标收集

度量指标收集用于收集应用程序的性能数据。

度量指标类型：包括CPU使用率、内存使用率、线程数等。
度量指标收集器：Spring Boot支持多种度量指标收集器，如Micrometer。

12. 自定义Endpoint

自定义Endpoint允许开发者扩展Actuator的功能。

自定义端点：开发者可以自定义端点来提供额外的功能。
端点注册：将自定义端点注册到Actuator中。

13. 配置文件管理

配置文件管理包括多环境配置和动态配置刷新。

多环境配置：通过application-{profile}.yml文件来配置不同环境下的参数。
动态配置刷新：允许在运行时动态更新配置。

14. 监控与日志

监控与日志是Spring Boot的重要功能，它可以帮助开发者了解应用程序的运行状态。

监控：Spring Boot提供了多种监控工具，如Micrometer、Prometheus等。
日志：Spring Boot支持多种日志框架，如Logback、SLF4J等。

15. Micrometer集成

Micrometer是Spring Boot的度量指标收集工具，它支持多种度量指标收集器。

度量指标收集器：Micrometer支持多种度量指标收集器，如InfluxDB、Prometheus等。
度量指标注册：将度量指标注册到Micrometer中。

16. Logback/SLF4J配置

Logback和SLF4J是Java日志框架，它们可以与Spring Boot集成。

日志级别：Logback和SLF4J支持不同的日志级别，如DEBUG、INFO、WARN、ERROR等。
日志格式：Logback和SLF4J支持自定义日志格式。

17. 分布式链路追踪

分布式链路追踪可以帮助开发者了解应用程序的调用链路。

链路追踪框架：如Zipkin、Jaeger等。
链路追踪数据：链路追踪数据包括调用链路、请求参数、响应结果等。

18. 扩展机制

Spring Boot提供了多种扩展机制，如自定义AutoConfigurationBean和生命周期扩展点。

自定义AutoConfigurationBean：开发者可以自定义AutoConfigurationBean来扩展Spring Boot的功能。
生命周期扩展点：Spring Boot提供了多个生命周期扩展点，如@PostConstruct、@PreDestroy等。

19. 响应式编程支持

Spring Boot支持响应式编程，它可以帮助开发者编写异步、非阻塞的程序。

响应式编程框架：如Reactor、Project Reactor等。
响应式编程模型：响应式编程模型包括异步编程、非阻塞编程等。

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Java程序员廖志伟

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