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。

一、JVM知识体系

JVM（Java虚拟机）作为Java语言的核心执行环境，其内部机制复杂且精密。以下是针对文章内容的补充说明，以提升其专业性和技术深度。

类加载机制

类加载机制是JVM的基石，它确保了Java代码的动态性、灵活性和安全性。

类加载过程

1. 加载：类加载器负责将类的字节码文件加载到JVM中。在加载过程中，JVM会检查类文件的格式是否正确，并验证字节码的有效性。
2. 验证：这一阶段主要验证字节码文件的正确性，包括类文件结构、字节码指令的合法性、符号引用的准确性等。
3. 准备：为类变量分配内存，并设置默认初始值。这里不包括实例变量，因为实例变量是分配在堆中的。
4. 解析：将符号引用转换为直接引用，如将类、接口、字段和方法的符号引用解析为直接引用。
5. 初始化：执行类构造器方法（clinit），初始化类变量和静态常量。

双亲委派模型

双亲委派模型确保了类加载的稳定性和安全性。在Java中，类加载器分为启动类加载器、扩展类加载器和应用程序类加载器。子类加载器会先请求其父类加载器加载类，只有当父类加载器无法完成加载任务时，才会自己加载。

自定义类加载器

自定义类加载器允许开发者根据需求，在特定时机加载类。例如，可以通过自定义类加载器实现类热替换，这对于实现动态更新功能至关重要。

模块化系统（JPMS）

Java 9引入了模块化系统，它通过模块定义、模块间依赖和模块化编译来提高系统的可移植性、安全性和性能。

内存模型

JVM的内存模型是JVM运行时的基础，它包括堆、栈、方法区和PC寄存器等部分。

运行时数据区

1. 堆：几乎所有的对象实例和数组都存储在堆中。堆的内存分配是动态的，JVM会自动管理堆内存。
2. 栈：每个线程都有自己的栈，用于存储局部变量表、操作数栈、方法出口等信息。栈内存分配是固定的，不会发生内存溢出。
3. 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。方法区是持久存储，不会随着虚拟机的关闭而消失。
4. PC寄存器：用于存储当前线程所执行的指令的地址。

内存溢出场景分析

内存溢出通常发生在堆空间不足时。常见场景包括大量对象创建、循环引用和大对象分配等。

直接内存管理

直接内存管理通过MappedByteBuffer类实现，它允许应用程序在堆外分配内存，这部分内存不受JVM堆空间大小的限制。

垃圾回收

垃圾回收是JVM的另一项重要功能，它负责回收不再使用的对象占用的内存。

GC Roots可达性分析

GC Roots是垃圾回收的起点，它们指向活跃对象。垃圾回收器通过GC Roots找到所有可达的对象，不可达的对象将被回收。

分代收集理论

JVM将内存分为新生代、老年代和永久代。不同代的对象具有不同的回收策略，例如，新生代使用复制算法，老年代使用标记-清除算法。

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。不同类型的引用对垃圾回收的影响不同。

垃圾回收算法

常见的垃圾回收算法有标记-清除、复制和整理算法。每种算法都有其优缺点，适用于不同的场景。

并发收集器

并发收集器允许在应用程序运行时进行垃圾回收，如CMS和G1收集器。并发收集器可以减少垃圾回收对应用程序的影响。

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收集器的并发标记阶段和并发清理阶段。

性能调优

JVM性能调优包括JVM参数配置、内存泄漏诊断和JIT编译优化等。

二、Spring Boot知识体系

Spring Boot作为Spring框架的一个模块，旨在简化Spring应用的创建和配置。

自动配置

Spring Boot的自动配置功能极大地简化了Spring应用的配置。

@EnableAutoConfiguration原理

@EnableAutoConfiguration注解通过读取类路径下META-INF/spring.factories文件中的自动配置类列表，来自动配置Bean。

条件化配置（@Conditional）

条件化配置允许开发者根据特定条件启用或禁用自动配置。

自定义Starter开发

自定义Starter可以包含特定库的依赖和自动配置，方便其他开发者使用。

起步依赖

起步依赖简化了依赖的添加和版本管理，通过Spring Boot提供的依赖管理方式，开发者可以轻松地集成所需库。

依赖管理机制（BOM文件）

BOM文件定义了依赖项的版本，确保所有依赖项的版本一致性。

版本冲突解决

Spring Boot通过依赖树分析和版本选择策略来解决版本冲突。

第三方库集成模式

Spring Boot支持多种第三方库的集成模式，包括直接集成、通过Starter集成等。

Actuator

Actuator是Spring Boot提供的生产级特性，用于监控和管理Spring Boot应用程序。

健康检查端点

健康检查端点允许开发者检查应用程序的健康状态，如内存使用、线程数等。

度量指标收集

Actuator可以收集应用程序的度量指标，为性能监控提供数据支持。

自定义Endpoint开发

开发者可以自定义Endpoint来扩展Actuator的功能。

配置文件管理

Spring Boot使用配置文件来管理应用程序的配置。

多环境配置（application-{profile}.yml）

Spring Boot支持多环境配置，如开发环境、测试环境和生产环境，通过不同的配置文件来适应不同的环境。

配置加载优先级

Spring Boot按照特定的优先级加载配置文件，确保配置的正确性。

动态配置刷新

Spring Boot支持动态刷新配置，无需重启应用程序。

监控与日志

Spring Boot提供了监控和日志的集成支持。

Micrometer集成

Micrometer是Spring Boot提供的度量指标集成库，支持多种度量指标收集器。

Logback/SLF4J配置

Spring Boot支持Logback和SLF4J作为日志框架，提供了灵活的日志配置和格式化。

分布式链路追踪扩展机制

Spring Boot支持分布式链路追踪，如Zipkin和Jaeger，用于追踪跨服务调用的过程。

自定义AutoConfigurationBean生命周期扩展点

Spring Boot允许开发者通过扩展点来修改AutoConfigurationBean的生命周期。

响应式编程支持

Spring Boot支持响应式编程，如Spring WebFlux，提供了非阻塞、事件驱动的编程模型。

通过上述补充说明，我们可以看到JVM和Spring Boot在技术实现细节上的深度和广度，这对于深入理解和使用这两个技术至关重要。

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