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。

Java程序员廖志伟

🌾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。

优快云

一、JVM知识体系

类加载机制

Java虚拟机(JVM)中的类加载机制是Java程序运行的基础,其设计理念是保证每个类仅被加载一次,并确保其在内存中的唯一性。类加载过程涉及多个步骤,每个步骤都有其特定的技术实现细节。

类加载过程
  1. 加载:加载阶段是类加载的第一步,它涉及到以下技术实现细节:

    • 类加载器:JVM使用类加载器来查找和加载类文件。类加载器包括启动类加载器、扩展类加载器和应用程序类加载器。它们通过委派机制进行类加载,即首先委派给父类加载器,如果父类加载器无法加载,则由自己加载。
    • 查找类文件:类加载器首先在类路径(Classpath)中查找指定的类文件。类路径可以是文件系统路径、JAR文件路径或ZIP文件路径。
    • 加载类文件:一旦找到类文件,类加载器将加载它,并将其转换为方法区的运行时数据结构。
  2. 连接:连接阶段包括验证、准备和解析三个子阶段,具体实现如下:

    • 验证:验证阶段确保加载的类信息符合JVM规范,包括字节码的校验、符号引用的校验等。
    • 准备:准备阶段为类变量分配内存,并设置默认初始值。这里的内存分配是在方法区中进行的。
    • 解析:解析阶段将符号引用转换为直接引用,例如将类、接口、字段和方法的符号引用转换为直接引用。
  3. 初始化:初始化阶段为类的静态变量赋值,并执行静态代码块。这个阶段涉及到静态变量的初始化顺序和静态代码块的执行时机。

双亲委派模型

双亲委派模型是JVM中的一种类加载策略,其核心思想是,在加载类时,JVM首先尝试委派给父类加载器加载,如果父类加载器无法加载,则由自己加载。这种模型的实现细节如下:

  • 父类加载器:每个类加载器都有一个父类加载器,除了启动类加载器。
  • 委派过程:当类加载器请求加载一个类时,它会首先请求其父类加载器加载,如果父类加载器无法加载,则自己加载。
自定义类加载器

自定义类加载器允许开发者控制类的加载过程,实现特定的加载逻辑。其实现细节包括:

  • 继承ClassLoader:自定义类加载器需要继承ClassLoader类。
  • 重写findClass方法:自定义类加载器需要重写findClass方法,以实现类文件的查找和加载。
  • 类文件解析:自定义类加载器需要解析类文件,并将其转换为字节码。
模块化系统(JPMS)

Java Platform Module System(JPMS)是Java 9引入的一种模块化系统,它将Java程序分解成多个模块,以提高性能和安全性。JPMS的实现细节包括:

  • 模块定义:每个模块通过模块描述文件(module-info.java)来定义模块的依赖关系和模块的公开API。
  • 模块解析:JVM在启动时解析模块描述文件,确定模块之间的依赖关系。
  • 模块加载:JVM根据模块依赖关系加载所需的模块。

内存模型

JVM的内存模型包括运行时数据区和PC寄存器,其实现细节如下:

运行时数据区
  1. :堆是存储几乎所有的对象实例和数组的内存区域。其实现细节包括:

    • 内存分配策略:堆内存分配采用标记-清除、复制或整理算法。
    • 内存碎片:内存碎片是堆内存中无法被分配给新对象的小块内存,需要通过整理算法来减少。
  2. :栈存储局部变量和方法的参数,线程私有。其实现细节包括:

    • 栈帧:每个方法调用都对应一个栈帧,栈帧中包含局部变量表、操作数栈、方法返回地址等信息。
    • 栈溢出:栈溢出是指栈空间不足,无法容纳更多的栈帧。
  3. 方法区:方法区存储类信息、常量、静态变量等。其实现细节包括:

    • 类信息:类信息包括类的名称、字段、方法、构造函数等信息。
    • 常量池:常量池存储字面量常量和符号引用。
  4. PC寄存器:PC寄存器用于存储指向下一条指令的指针。其实现细节包括:

    • 指令流:指令流是JVM执行的指令序列。
内存溢出场景分析

内存溢出是指JVM使用的内存超出可用内存限制。常见的内存溢出场景包括:

  • 堆内存溢出:大量对象实例被创建,导致堆内存不足。
  • 栈内存溢出:递归调用深度过大,导致栈空间不足。
  • 方法区内存溢出:类定义过多或过大,导致方法区空间不足。
直接内存管理

直接内存管理是指JVM直接向操作系统申请内存,用于存储数据,如NIO缓冲区。其实现细节包括:

  • 内存映射文件:JVM使用内存映射文件来管理直接内存。
  • 内存复制:当JVM需要访问直接内存时,会进行内存复制。

垃圾回收

垃圾回收是JVM自动回收不再使用的对象内存的过程。其实现细节如下:

GC Roots可达性分析

GC Roots是垃圾回收算法的起点,包括方法区中的静态变量、栈帧中的局部变量等。其实现细节包括:

  • 可达性分析:从GC Roots开始,遍历所有可达对象,确定哪些对象是存活对象。
  • 弱引用:弱引用是一种特殊的引用类型,它不会阻止垃圾回收器回收其所引用的对象。
分代收集理论

分代收集理论将内存分为Young区和Old区,针对不同区域的内存进行不同的回收策略。其实现细节包括:

  • Young区:Young区用于存储新生代对象,采用复制算法进行垃圾回收。
  • Old区:Old区用于存储老年代对象,采用标记-清除或标记-整理算法进行垃圾回收。
引用类型

引用类型包括强、软、弱和虚引用,它们在垃圾回收中的处理方式不同。其实现细节如下:

  • 强引用:强引用是最常见的引用类型,它阻止垃圾回收器回收其所引用的对象。
  • 软引用:软引用是一种可以被子引用的对象,垃圾回收器在内存不足时可以回收它。
  • 弱引用:弱引用是一种可以被子引用的对象,垃圾回收器在内存不足时可以回收它,但不会阻止其他对象访问它。
  • 虚引用:虚引用是一种没有任何实际意义的引用类型,它仅用于跟踪对象的回收。
垃圾回收算法

垃圾回收算法有多种,包括标记-清除、复制算法、整理算法等。其实现细节如下:

  • 标记-清除:标记-清除算法首先标记所有可达对象,然后清除未标记对象。
  • 复制算法:复制算法将内存分为两块,每次只使用其中一块,当这块空间用完时,将存活对象复制到另一块。
  • 整理算法:整理算法移动存活对象,回收内存碎片。
并发收集器

并发收集器在应用程序运行期间进行垃圾回收,以减少停顿时间。其实现细节如下:

  • CMS:CMS是基于标记-清除算法的并发收集器,它通过减少停顿时间来提高应用程序的性能。
  • G1:G1是基于标记-整理算法的并发收集器,它将堆内存分为多个区域,并针对每个区域进行垃圾回收。
  • ZGC:ZGC是基于标记-整理算法的并发收集器,它通过减少停顿时间来提高应用程序的性能。
停顿时间控制策略

停顿时间控制策略旨在减少垃圾回收时的停顿时间,提高应用程序的性能。其实现细节如下:

  • 预测停顿时间:预测停顿时间是指根据历史数据预测垃圾回收的停顿时间。
  • 调整垃圾回收策略:根据预测的停顿时间调整垃圾回收策略,以减少停顿时间。
性能调优

性能调优包括JVM参数配置、内存泄漏诊断和JIT编译优化。其实现细节如下:

  • JVM参数配置:通过调整JVM参数,如Xms、Xmx等,优化内存使用。
  • 内存泄漏诊断:使用工具检测和修复内存泄漏。
  • JIT编译优化:JIT编译器对代码进行编译优化,提高运行效率。

二、Spring Boot知识体系

自动配置

Spring Boot的自动配置功能可以根据项目依赖自动配置Bean。其实现细节如下:

@EnableAutoConfiguration原理

@EnableAutoConfiguration注解通过条件化配置(@Conditional)实现自动配置。其实现细节包括:

  • 条件化配置:条件化配置允许开发者根据特定条件启用或禁用配置。
  • 条件注解:条件注解包括@ConditionalOnClass、@ConditionalOnBean、@ConditionalOnMissingBean等,用于指定自动配置的条件。
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配置。其实现细节包括:

  • 条件注解:条件注解用于指定自动配置的条件,例如@ConditionalOnClass用于指定类存在时启用配置。
  • 条件实现类:条件实现类是实现条件注解的类,它负责判断条件是否满足。
自定义Starter开发

自定义Starter可以简化项目依赖管理,并实现自动配置。其实现细节包括:

  • Starter依赖:Starter依赖包含Spring Boot项目的基础依赖,以及其他常用库。
  • 自动配置类:自动配置类用于实现自动配置逻辑。
起步依赖

起步依赖是Spring Boot项目的基础依赖,包括Spring框架和其他常用库。其实现细节包括:

  • 依赖管理:Spring Boot使用Maven或Gradle进行依赖管理。
  • 依赖树:依赖树显示项目依赖的层次结构。
依赖管理机制(BOM文件)

BOM(Bill of Materials)文件用于统一管理项目依赖的版本。其实现细节包括:

  • BOM文件:BOM文件是一个XML文件,它定义了项目依赖的版本。
  • 版本控制:BOM文件中的版本可以通过版本控制工具进行管理。
版本冲突解决

版本冲突是指项目依赖中存在多个版本的库。Spring Boot使用依赖树来解决版本冲突。其实现细节包括:

  • 依赖树:依赖树显示项目依赖的层次结构。
  • 依赖选择:Spring Boot根据依赖树选择合适的依赖版本。
第三方库集成模式

第三方库集成模式包括手动集成、Starter依赖和自定义Starter。其实现细节如下:

  • 手动集成:手动集成是指手动添加第三方库的依赖。
  • Starter依赖:Starter依赖是指使用Spring Boot的Starter依赖来集成第三方库。
  • 自定义Starter:自定义Starter是指创建自己的Starter来集成第三方库。

Actuator

Spring Boot Actuator提供了一系列端点,用于监控和管理应用程序。其实现细节如下:

健康检查端点

健康检查端点用于检测应用程序的健康状态。其实现细节包括:

  • 健康指标:健康指标包括应用程序的内存使用情况、CPU使用情况、数据库连接数等。
  • 健康报告:健康报告用于显示应用程序的健康状态。
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。其实现细节包括:

  • 度量指标:度量指标包括应用程序的响应时间、吞吐量、错误率等。
  • 度量收集器:度量收集器用于收集度量指标。
自定义Endpoint开发

自定义Endpoint允许开发者添加自定义监控和管理的端点。其实现细节包括:

  • Endpoint接口:Endpoint接口定义了自定义端点的行为。
  • Endpoint注册:Endpoint注册将自定义端点注册到Spring Boot中。

配置文件管理

Spring Boot使用配置文件来管理应用程序的配置。其实现细节如下:

多环境配置(application-{profile}.yml)

多环境配置允许为不同环境(如开发、测试、生产)配置不同的参数。其实现细节包括:

  • 配置文件:配置文件可以是YAML文件或Properties文件。
  • 环境变量:环境变量可以用于配置不同环境的参数。
配置加载优先级

配置加载优先级决定了配置文件之间的优先级。其实现细节包括:

  • 配置文件路径:配置文件路径决定了配置文件的加载顺序。
  • 配置文件覆盖:配置文件覆盖决定了配置文件的覆盖规则。
动态配置刷新

动态配置刷新允许在应用程序运行时更新配置。其实现细节包括:

  • 配置监听器:配置监听器用于监听配置的变化。
  • 配置更新:配置更新是指更新配置文件中的参数。

监控与日志

Spring Boot提供多种监控和日志解决方案。其实现细节如下:

Micrometer集成

Micrometer是一个度量指标收集库,支持多种度量指标收集器。其实现细节包括:

  • 度量指标:度量指标包括应用程序的响应时间、吞吐量、错误率等。
  • 度量收集器:度量收集器用于收集度量指标。
Logback/SLF4J配置

Logback和SLF4J是Java日志框架,Spring Boot支持它们。其实现细节包括:

  • 日志级别:日志级别包括DEBUG、INFO、WARN、ERROR等。
  • 日志格式:日志格式包括JSON格式、XML格式等。

分布式链路追踪

分布式链路追踪用于追踪分布式系统中的请求流程。其实现细节如下:

自定义AutoConfigurationBean生命周期扩展点

自定义AutoConfigurationBean生命周期扩展点允许开发者自定义Bean的生命周期。其实现细节包括:

  • Bean生命周期:Bean生命周期包括创建、初始化、销毁等阶段。
  • 扩展点:扩展点是指用于自定义Bean生命周期的接口。
响应式编程支持

Spring Boot支持响应式编程,如WebFlux。其实现细节如下:

  • 响应式编程:响应式编程是一种编程范式,它允许程序以非阻塞的方式处理异步事件。
  • WebFlux:WebFlux是Spring Boot的响应式Web框架,它支持异步非阻塞的Web编程。

优快云

📥博主的人生感悟和目标

Java程序员廖志伟

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

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。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~

评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值