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）、《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。

📘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。

💡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

在深入探讨JVM（Java虚拟机）的知识体系之前，我们需要先理解JVM的核心功能，即作为Java应用程序的运行环境，它负责解释Java字节码，提供内存管理、垃圾回收、线程管理等机制。

类加载机制

类加载机制是JVM的核心功能之一，它负责从文件系统或网络中加载Class文件，并为之创建相应的Java类型对象。

类加载过程

类加载过程可以分为三个阶段：加载、连接、初始化。

• 加载：查找并加载指定的Class文件，生成一个Class对象。在这个过程中，JVM会通过类加载器（ClassLoader）来完成。类加载器负责将类文件从文件系统加载到内存中，并创建一个Class对象。加载过程包括以下几个步骤：

  • 加载Class文件：JVM通过类加载器查找并读取指定路径的Class文件。
  • 验证Class文件：确保Class文件的字节码符合JVM规范，没有安全风险。
  • 准备类变量：为类变量分配内存并设置默认值。
  • 解析符号引用：将符号引用转换为直接引用。

• 连接：验证Class文件的正确性，准备类变量，将类的静态常量放入常量池。

  • 验证：确保Class文件中描述的字节码是正确的，没有错误。
  • 准备：为类变量分配内存，设置初始值。
  • 解析：将符号引用转换为直接引用。

• 初始化：执行类的初始化代码，为静态变量赋值，执行静态代码块。

  • 初始化代码块：执行类中的静态初始化代码块。
  • 静态变量赋值：为静态变量赋值。

双亲委派模型

双亲委派模型是一种安全机制，它要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都委托给父类加载器进行加载。这种模型可以避免类的重复加载，同时也可以保证类型安全。

自定义类加载器

在需要的时候，开发者可以自定义类加载器来加载特定来源或格式的类。自定义类加载器可以继承自ClassLoader类，并重写其中的findClass方法，实现类文件的查找和加载。

模块化系统（JPMS）

Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的一种模块化系统，它允许开发者将应用程序分解成更小的、可管理的模块。模块化系统通过模块定义文件（module-info.java）来描述模块的依赖关系和提供的接口。

内存模型

JVM的内存模型由多个区域组成，包括运行时数据区和PC寄存器。

运行时数据区

• 堆：存放几乎所有的Java对象实例，以及数组的元素。堆是动态分配内存的区域，垃圾回收主要发生在堆空间。
• 栈：每个线程有一个栈，用于存储局部变量和方法调用。栈空间是线程私有的，线程之间不会共享栈空间。
• 方法区：存放已经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：每条线程有一个程序计数器，用于指示下一条要执行的指令。PC寄存器是线程私有的。

内存溢出场景分析

内存溢出通常发生在堆空间不足时，常见的原因包括内存泄漏、大量对象创建等。内存泄漏是指程序中已分配的内存无法被垃圾回收器回收，导致内存占用不断增加。

直接内存管理

直接内存是堆外内存，用于直接访问本地内存资源，不受Java虚拟机垃圾回收管理。直接内存可以用于实现高性能的I/O操作，如直接缓冲区。

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。

GC Roots可达性分析

GC Roots是一组对象，作为GC的起点，用于判断对象是否可达。GC Roots通常包括以下几种：

• 栈中的引用变量。
• 方法区中的常量池引用。
• 类加载器引用。
• 虚引用。

分代收集理论

分代收集理论将对象分为几代，如新生代（Young）、老年代（Old），以优化GC效率。新生代主要存放新创建的对象，老年代存放长时间存活的对象。

引用类型

引用类型包括强引用、软引用、弱引用、虚引用，它们对垃圾回收有不同的影响。

• 强引用：最常用的引用类型，不会被垃圾回收器回收。
• 软引用：被软引用引用的对象，在内存不足时会被垃圾回收器回收。
• 弱引用：被弱引用引用的对象，在下一次垃圾回收时会被回收。
• 虚引用：没有任何实际引用的对象，只能通过System.gc()强制进行垃圾回收。

垃圾回收算法

• 标记-清除：标记所有可达对象，清除未标记的对象。这种算法会产生内存碎片。
• 复制：将对象复制到不同的内存区域，减少GC操作。这种算法只适用于新生代。
• 整理：在复制算法的基础上，对内存进行整理。这种算法可以减少内存碎片。

并发收集器

• CMS（Concurrent Mark Sweep）：一种以最小化停顿时间为目标的收集器。CMS收集器在垃圾回收过程中会尽量减少对应用程序的干扰。
• G1（Garbage-First）：一种面向服务端应用的收集器。G1收集器将堆内存划分为多个区域，优先回收垃圾回收价值最高的区域。
• ZGC（Z Garbage Collector）：一种低延迟的垃圾收集器。ZGC通过减少GC过程中的锁竞争和减少STW（Stop-The-World）时间，实现低延迟的垃圾回收。

停顿时间控制策略

JVM提供了多种策略来控制GC的停顿时间，如使用不同的收集器、调整堆大小等。

性能调优

通过调整JVM参数（如Xms、Xmx等）和内存泄漏诊断，可以优化JVM的性能。

二、Spring Boot知识体系

Spring Boot是一个开源的Java框架，旨在简化Spring应用的创建和部署。

自动配置

Spring Boot的自动配置功能能够根据添加的jar依赖自动配置Spring应用程序。

@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，它会扫描项目中的所有jar依赖，并查找匹配的自动配置类。如果找到匹配的自动配置类，Spring Boot就会自动启用这些配置。

条件化配置（@Conditional）

条件化配置允许基于特定的条件来启用或禁用配置。例如，可以通过@ConditionalOnClass注解来指定只有当存在某个类时，才启用相应的配置。

自定义Starter开发

开发者可以创建自定义Starter来简化依赖管理。自定义Starter通常包含一组预定义的依赖，并使用spring-boot-starter作为前缀。

起步依赖

起步依赖是一组预定义的库，用于简化依赖管理。起步依赖通常包含Spring框架的核心库、数据库连接池、事务管理器等。

依赖管理机制（BOM文件）

BOM（Bill of Materials）文件用于定义项目中所有依赖的版本。BOM文件确保了项目中所有依赖的版本一致性。

版本冲突解决

通过使用BOM文件或指定依赖版本，可以解决版本冲突。BOM文件可以简化依赖管理，避免版本冲突。

第三方库集成模式

Spring Boot支持多种第三方库集成模式，如Starter POM、依赖注入等。

Actuator

Spring Boot Actuator提供了一系列端点，用于监控和管理应用程序。

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。健康检查端点可以返回应用程序的健康状态信息，如内存使用情况、线程数量等。

度量指标收集

Actuator支持收集应用程序的度量指标。度量指标可以用于监控应用程序的性能，如响应时间、错误率等。

自定义Endpoint开发

开发者可以创建自定义端点来扩展Actuator的功能。自定义端点可以提供应用程序的额外信息，如自定义的监控数据。

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，允许为不同环境提供不同的配置文件。例如，可以为开发环境、测试环境和生产环境提供不同的配置文件。

配置加载优先级

配置文件的加载优先级取决于它们的路径和名称。Spring Boot会按照以下顺序加载配置文件：

1. application.yml或application.properties
2. application-{profile}.yml或application-{profile}.properties
3. bootstrap.yml或bootstrap.properties

动态配置刷新

Spring Boot支持动态刷新配置，以便在运行时更新配置。动态配置刷新可以通过@RefreshScope注解实现。

监控与日志

Spring Boot提供了多种监控和日志解决方案。

Micrometer集成

Micrometer是一个度量指标库，可以与Spring Boot集成。Micrometer支持多种度量指标收集器，如Prometheus、InfluxDB等。

Logback/SLF4J配置

Spring Boot默认使用Logback作为日志框架，也可以使用SLF4J。Logback是一个高性能的日志框架，支持多种日志级别和日志格式。

分布式链路追踪扩展机制

Spring Boot支持分布式链路追踪，允许开发者追踪分布式系统的请求。

自定义AutoConfigurationBean生命周期扩展点

Spring Boot允许开发者通过自定义AutoConfigurationBean来扩展其生命周期。自定义AutoConfigurationBean可以用于实现自定义的自动配置逻辑。

响应式编程支持

Spring Boot支持响应式编程，允许开发者使用Reactor等库来构建响应式应用程序。响应式编程可以提供更好的性能和可扩展性。

博主分享

📥博主的人生感悟和目标

📙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。

• 《Java项目实战—深入理解大型互联网企业通用技术》基础篇的购书链接：https://item.jd.com/14152451.html
• 《Java项目实战—深入理解大型互联网企业通用技术》基础篇繁体字的购书链接：http://product.dangdang.com/11821397208.html
• 《Java项目实战—深入理解大型互联网企业通用技术》进阶篇的购书链接：https://item.jd.com/14616418.html
• 《Java项目实战—深入理解大型互联网企业通用技术》架构篇待上架
• 《解密程序员的思维密码--沟通、演讲、思考的实践》购书链接：https://item.jd.com/15096040.html

面试备战资料

八股文备战

场景	描述	链接
时间充裕（25万字）	Java知识点大全（高频面试题）	Java知识点大全
时间紧急（15万字）	Java高级开发高频面试题	Java高级开发高频面试题

理论知识专题（图文并茂，字数过万）

技术栈	链接
RocketMQ	RocketMQ详解
Kafka	Kafka详解
RabbitMQ	RabbitMQ详解
MongoDB	MongoDB详解
ElasticSearch	ElasticSearch详解
Zookeeper	Zookeeper详解
Redis	Redis详解
MySQL	MySQL详解
JVM	JVM详解

集群部署（图文并茂，字数过万）

技术栈	部署架构	链接
MySQL	使用Docker-Compose部署MySQL一主二从半同步复制高可用MHA集群	Docker-Compose部署教程
Redis	三主三从集群（三种方式部署/18个节点的Redis Cluster模式）	三种部署方式教程
RocketMQ	DLedger高可用集群（9节点）	部署指南
Nacos+Nginx	集群+负载均衡（9节点）	Docker部署方案
Kubernetes	容器编排安装	最全安装教程

开源项目分享

项目名称	链接地址
高并发红包雨项目	https://gitee.com/java_wxid/red-packet-rain
微服务技术集成demo项目	https://gitee.com/java_wxid/java_wxid

管理经验

【公司管理与研发流程优化】针对研发流程、需求管理、沟通协作、文档建设、绩效考核等问题的综合解决方案：https://download.youkuaiyun.com/download/java_wxid/91148718

希望各位读者朋友能够多多支持！

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

🔔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~