JVM与Spring Boot深度解析

📕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。

🌾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。

JVM知识体系补充说明

类加载机制

在类加载过程中，JVM使用类加载器（ClassLoader）来查找和加载类文件。类加载器分为启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）、扩展类加载器（Extension ClassLoader）和应用类加载器（Application ClassLoader）。启动类加载器负责加载JDK的核心库，扩展类加载器负责加载JDK的扩展库，应用类加载器负责加载应用程序中的类。

类加载过程细节：

• 加载：类加载器通过查找classpath中的类文件，将它们读入内存，并生成一个Class对象。这个过程涉及文件I/O操作和字节码解析。
• 连接：连接过程包括验证、准备和解析三个步骤。验证确保类文件符合JVM规范；准备为静态变量分配内存空间；解析将符号引用转换为直接引用。
• 初始化：初始化过程执行类的初始化代码，包括静态初始化块和静态变量的赋值。

双亲委派模型

双亲委派模型是一种安全机制，它确保了类加载器不会加载不符合JVM规范的类。当请求加载一个类时，子类加载器首先请求其父类加载器加载，只有当父类加载器无法加载该类时，才会由子类加载器加载。

模型实现细节：

• 子类加载器首先将请求传递给其父类加载器。
• 如果父类加载器成功加载了类，则直接返回该类。
• 如果父类加载器无法加载，则子类加载器尝试从自己的类路径中加载。

自定义类加载器

自定义类加载器允许开发者根据特定的需求加载类。例如，可以实现一个网络类加载器，从网络上加载类文件。

实现细节：

• 继承ClassLoader类或实现ClassLoader接口。
• 重写findClass方法，实现类文件的查找和加载逻辑。
• 在loadClass方法中调用findClass方法。

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，提高了系统的可维护性和可扩展性。

模块化实现细节：

• 使用module-info.java文件定义模块的依赖和权限。
• 使用--add-modules和--module-path选项运行应用程序。

内存模型

JVM的内存模型包括堆、栈、方法区和PC寄存器。

内存区域细节：

• 堆：堆是所有类实例和数组的内存区域，是垃圾回收的主要场所。
• 栈：栈是线程私有的内存区域，存储局部变量和方法调用。
• 方法区：方法区存储类信息、常量、静态变量等。
• PC寄存器：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

内存溢出是指程序在运行过程中请求的内存超过了JVM能够分配的最大内存。

溢出场景细节：

• 堆内存溢出：通常由于创建过多对象导致。
• 栈内存溢出：通常由于递归调用或方法调用深度过深导致。

垃圾回收

垃圾回收（GC）是JVM自动回收不再使用的对象占用的内存。

垃圾回收过程细节：

• GC Roots可达性分析：从GC Roots开始，向上遍历可达对象，确定哪些对象是可达的。
• 分代收集理论：将对象分为新生代和老年代，分别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。
• 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：将对象在堆中分为两块，每次只使用其中一块，当这块空间用尽时，将存活对象复制到另一块空间。
  • 标记-整理：类似于标记-清除，但在清除之后，会整理内存空间。

并发收集器

并发收集器允许垃圾回收过程与应用程序的运行并发执行，减少应用程序的停顿时间。

并发收集器细节：

• CMS（Concurrent Mark Sweep）：在标记阶段与应用程序并发执行，但在清除阶段需要暂停应用程序。
• G1（Garbage-First）：通过将堆划分为多个区域，优先回收垃圾回收价值最高的区域。

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。

停顿时间控制策略细节：

• G1的停顿时间目标：G1通过设置停顿时间目标来控制垃圾回收的停顿时间。

性能调优

性能调优是优化JVM性能的关键。

性能调优细节：

• JVM参数配置：如-Xms、-Xmx等。
• 内存泄漏诊断：使用工具如VisualVM、MAT等。

JIT编译优化

JIT编译器是JVM的重要组成部分，它负责将字节码即时编译成本地机器码。

JIT编译优化细节：

• 热点检测：JIT编译器通过热点检测识别频繁执行的代码片段。
• 即时编译：将热点代码片段编译成本地机器码。

Spring Boot知识体系补充说明

自动配置

Spring Boot的自动配置功能可以根据添加的依赖自动配置Spring应用程序。

自动配置细节：

• @EnableAutoConfiguration注解会根据类路径下添加的jar包，查找相应的自动配置类，并自动配置它们。

@EnableAutoConfiguration原理

@EnableAutoConfiguration注解通过条件化配置实现自动配置。

原理细节：

• @EnableAutoConfiguration注解使用SpringFactoriesLoader加载所有实现了META-INF/spring.factories文件的类。
• 这些类定义了自动配置类，@EnableAutoConfiguration注解会根据类路径下的jar包，查找相应的自动配置类。

条件化配置（@Conditional）

条件化配置允许根据特定的条件启用或禁用自动配置。

条件化配置细节：

• @Conditional注解可以应用于任何Spring组件，包括自动配置类。
• @Conditional注解可以结合@Profile注解实现基于环境的条件化配置。

自定义Starter开发

自定义Starter可以帮助开发者将库或框架集成到Spring Boot项目中。

自定义Starter细节：

• 创建一个Maven项目，添加必要的依赖。
• 在pom.xml文件中添加spring-boot-starter依赖。
• 创建一个starter模块，并添加必要的依赖。

起步依赖

起步依赖是Spring Boot的核心概念之一，它简化了依赖管理。

起步依赖细节：

• 起步依赖包含了一组预定义的依赖，这些依赖满足了一组特定的功能。
• 使用起步依赖可以简化依赖管理，避免版本冲突。

依赖管理机制（BOM文件）

BOM（Bill of Materials）文件是用于管理依赖版本的工具。

BOM文件细节：

• BOM文件定义了依赖的版本，确保了依赖的一致性。
• 使用BOM文件可以避免版本冲突。

版本冲突解决

依赖版本冲突是Spring Boot项目中常见的问题。

版本冲突解决细节：

• 使用BOM文件管理依赖版本。
• 选择兼容的版本。
• 使用依赖排除和依赖覆盖。

第三方库集成模式

Spring Boot支持多种第三方库的集成模式，包括自动配置和手动配置。

集成模式细节：

• 自动配置：通过添加起步依赖和自动配置类实现。
• 手动配置：通过配置文件或代码实现。

Actuator

Spring Boot Actuator提供了健康检查、度量指标收集和自定义端点等功能。

Actuator细节：

• 健康检查：检查应用程序的健康状态。
• 度量指标收集：收集应用程序的性能数据。
• 自定义Endpoint开发：扩展Actuator的功能。

配置文件管理

Spring Boot支持多环境配置，通过application-{profile}.yml文件实现。

配置文件管理细节：

• application.yml文件定义了默认的配置。
• application-{profile}.yml文件定义了特定环境的配置。
• spring.profiles.active属性用于激活特定的配置文件。

配置加载优先级

配置加载优先级决定了配置文件之间的配置覆盖关系。

配置加载优先级细节：

• application.yml文件的配置优先级最高。
• application-{profile}.yml文件的配置优先级次之。
• bootstrap.yml文件的配置优先级最低。

动态配置刷新

动态配置刷新允许在运行时更改配置并立即生效。

动态配置刷新细节：

• 使用Spring Cloud Config实现动态配置。
• 使用Spring Cloud Bus实现配置的广播。

监控与日志

Spring Boot提供了多种监控和日志配置选项，包括Micrometer、Logback和SLF4J。

监控与日志细节：

• Micrometer：提供了一种通用的监控指标收集框架。
• Logback：提供了一种灵活的日志记录框架。
• SLF4J：提供了一种简单的日志门面。

分布式链路追踪

Spring Boot支持分布式链路追踪，如Zipkin和Jaeger。

分布式链路追踪细节：

• Zipkin：提供了一种分布式跟踪系统。
• Jaeger：提供了一种分布式跟踪系统。

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。

扩展机制细节：

• 自定义AutoConfigurationBean：允许开发者自定义自动配置类。
• 生命周期扩展点：允许开发者扩展Spring Boot的生命周期。

响应式编程支持

Spring Boot支持响应式编程，通过Spring WebFlux实现。

响应式编程支持细节：

• Spring WebFlux：提供了一种响应式Web框架。
• Reactor：提供了一种响应式编程库。

通过以上对JVM和Spring Boot知识体系的深入探讨，我们可以看到这两个技术是如何相互关联和影响的。JVM为Java应用程序提供了运行环境，而Spring Boot则在这个基础上简化了应用程序的开发和配置过程。了解这些知识体系，有助于我们更好地开发和优化Java应用程序。

📥博主的人生感悟和目标

希望各位读者大大多多支持用心写文章的博主，现在时代变了，信息爆炸，酒香也怕巷子深，博主真的需要大家的帮助才能在这片海洋中继续发光发热，所以，赶紧动动你的小手，点波关注❤️，点波赞👍，点波收藏⭐，甚至点波评论✍️，都是对博主最好的支持和鼓励！

- 💂 博客主页： Java程序员廖志伟
- 👉 开源项目： Java程序员廖志伟
- 🌥 哔哩哔哩： Java程序员廖志伟
- 🎏 个人社区： Java程序员廖志伟
- 🔖 个人微信号： SeniorRD

📙经过多年在优快云创作上千篇文章的经验积累，我已经拥有了不错的写作技巧。同时，我还与清华大学出版社签下了四本书籍的合约，并将陆续出版。这些书籍包括了基础篇、进阶篇、架构篇的📌《Java项目实战—深入理解大型互联网企业通用技术》📌，以及📚《解密程序员的思维密码--沟通、演讲、思考的实践》📚。具体出版计划会根据实际情况进行调整，希望各位读者朋友能够多多支持！

🔔如果您需要转载或者搬运这篇文章的话，非常欢迎您私信我哦~