JVM/Spring Boot深度解析-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。

📘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。

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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知识体系详解

一、JVM概述

Java虚拟机（JVM）是Java程序执行的环境，它负责将Java源代码编译成的字节码转换为机器码，在操作系统层面上执行。JVM的设计理念是“一次编写，到处运行”，这使得Java语言具有跨平台特性。

二、类加载机制

类加载机制是JVM的核心功能之一，负责将Java源代码编译成的字节码加载到JVM中，并转换为运行时所需的Java对象。

1. 类加载过程

类加载过程分为三个阶段：加载、连接、初始化。

加载：JVM通过类加载器找到指定的.class文件，并将其读入内存，生成一个Class对象。
连接：包括验证和准备两个步骤。验证确保.class文件符合JVM规范，准备为类变量分配内存并设置默认初始值。
初始化：执行类构造器<clinit>()方法，初始化类变量。

2. 双亲委派模型

双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外，其余类加载器都应当有自己的父类加载器。当一个类加载器请求加载一个类时，它首先将请求委派给父类加载器，只有当父类加载器无法完成这个请求时，子类加载器才会尝试自己去加载。

3. 自定义类加载器

通过继承java.lang.ClassLoader类，可以创建自定义的类加载器，实现特定的类加载逻辑。例如，实现findClass方法来加载特定路径下的.class文件。

三、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多个模块，从而提高系统性能和安全性。

四、内存模型

JVM的内存模型包括运行时数据区和PC寄存器。

1. 运行时数据区

堆：存储对象实例和数组，是所有线程共享的内存区域。
栈：存储局部变量和方法调用，每个线程都有自己的栈。
方法区：存储类信息、常量、静态变量等，是所有线程共享的内存区域。
PC寄存器：用于存储当前线程所执行的指令的地址。

2. 内存溢出场景分析

内存溢出通常发生在堆空间不足时，常见原因包括：对象生命周期过长、大量对象创建、内存泄漏等。

五、垃圾回收

垃圾回收（GC）是JVM自动内存管理的一部分，负责回收不再使用的对象占用的内存。

1. GC Roots可达性分析

GC Roots是垃圾回收的起点，包括栈帧中的变量引用、静态变量引用、常量引用等。

2. 分代收集理论

JVM将堆内存分为新生代（Young）和老年代（Old），分别采用不同的垃圾回收策略。

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。

4. 垃圾回收算法

常见的垃圾回收算法有标记-清除、复制、整理等。

5. 并发收集器

并发收集器如CMS（Concurrent Mark Sweep）和G1（Garbage-First）能够在应用程序运行期间进行垃圾回收，以减少停顿时间。

6. 停顿时间控制策略

停顿时间控制策略旨在控制垃圾回收过程中的停顿时间，以满足应用程序的性能需求。

六、性能调优与JVM参数配置

通过调整JVM参数，可以优化应用程序的性能。常见的参数包括Xms、Xmx、MaxNewSize等。

七、内存泄漏诊断

内存泄漏是指程序中已经无法访问的对象占用的内存无法被垃圾回收器回收。诊断内存泄漏可以使用JVM自带的工具，如JConsole、VisualVM等。

八、JIT编译优化

JIT编译器是JVM的一部分，负责将字节码编译成机器码。JIT编译器通过一系列优化技术，提高应用程序的运行效率。

Spring Boot知识体系详解

一、Spring Boot概述

Spring Boot是Spring框架的一个模块，它简化了Spring应用的创建和配置过程，使得开发者可以快速启动和运行Spring应用程序。

二、自动配置

Spring Boot的自动配置功能可以根据添加的jar依赖自动配置Bean。

1. @EnableAutoConfiguration原理

@EnableAutoConfiguration注解是Spring Boot自动配置的核心，它通过扫描类路径下的jar包，自动配置相应的Bean。

2. 条件化配置（@Conditional）

@Conditional注解用于根据特定条件动态启用或禁用配置。

3. 自定义Starter开发

通过创建自定义的Starter，可以将Spring Boot的功能扩展到其他项目中。

三、起步依赖与依赖管理机制

起步依赖是Spring Boot的核心特性之一，它将常用的库整合到一个jar包中，简化了依赖管理。

1. 起步依赖

起步依赖通过在pom.xml中添加对应的依赖标签来实现。

2. 依赖管理机制

Spring Boot使用Maven的BOM（Bill of Materials）文件来管理依赖版本，避免版本冲突。

3. 版本冲突解决

通过使用BOM文件和依赖锁定策略，可以解决版本冲突问题。

四、第三方库集成

Spring Boot支持多种第三方库的集成，如数据库连接池、缓存框架等。

五、Actuator

Spring Boot Actuator提供了健康检查、度量指标收集等功能，方便开发者监控和管理应用程序。

1. 健康检查端点

健康检查端点可以检查应用程序的运行状态，如内存、CPU、网络等。

2. 度量指标收集

度量指标收集可以收集应用程序的性能数据，如响应时间、吞吐量等。

3. 自定义Endpoint开发

通过实现Endpoint接口，可以自定义健康检查端点和度量指标收集。

六、配置文件管理

Spring Boot支持多种配置文件格式，如application.properties和application.yml。

1. 多环境配置

通过在配置文件中添加-profile后缀，可以实现多环境配置。

2. 配置加载优先级

Spring Boot会按照以下顺序加载配置文件：application.yml、application.properties、application-{profile}.yml、application-{profile}.properties。

3. 动态配置刷新

Spring Boot支持动态刷新配置文件，无需重启应用程序。

七、监控与日志

Spring Boot集成了多种监控和日志框架，如Micrometer、Logback/SLF4J等。

1. Micrometer集成

Micrometer是一个度量指标收集框架，可以与多种监控系统集成。

2. Logback/SLF4J配置

Spring Boot默认使用Logback作为日志框架，也可以配置为使用SLF4J。

八、分布式链路追踪

Spring Boot支持分布式链路追踪，如Zipkin、Jaeger等。

九、扩展机制

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

十、响应式编程支持

Spring Boot支持响应式编程，如Spring WebFlux等。

通过以上对JVM和Spring Boot知识体系的详细解析，我们可以看到这两个框架在Java生态系统中的重要地位。JVM作为Java程序的运行环境，提供了强大的性能和稳定性；而Spring Boot则简化了Spring应用的创建和配置过程，提高了开发效率。掌握这两个框架的知识，对于Java开发者来说至关重要。

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Java程序员廖志伟

📙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。

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