JVM与Spring Boot知识体系深度解析
📕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。
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由于篇幅限制，以下是对原文中各技术点的补充说明，每个部分都尽量详尽地描述了技术实现细节，以提升文章的专业性和技术深度。
一、JVM知识体系
1. 类加载机制
类加载机制是JVM的核心组成部分，其过程包括：
- 加载（Loading）：类加载器通过
findClass方法查找类文件，然后通过defineClass方法将字节码转换成Class对象。 - 连接（Linking）：
- 验证（Verification）：确保加载的类信息符合Java语言规范，包括字节码验证、符号引用验证等。
- 准备（Preparation）：为类变量分配内存，并设置默认初始值。
- 解析（Resolution）：将符号引用转换为直接引用，如将方法句柄转换为方法指针。
- 初始化（Initialization）：执行类定义中的静态初始化器和静态代码块。
2. 双亲委派模型
双亲委派模型中，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。启动类加载器负责加载rt.jar等核心API，扩展类加载器负责加载JRE的扩展库，应用程序类加载器负责加载用户应用程序中的类。
3. 自定义类加载器
自定义类加载器可以通过继承ClassLoader类或实现ClassLoader接口来创建。在自定义类加载器中，可以重写findClass方法来指定类的加载逻辑。
4. 模块化系统（JPMS）
JPMS通过模块定义文件（module-info.java）来描述模块的依赖关系，模块可以独立编译和运行。
5. 内存模型
JVM的内存模型包括：
- 堆（Heap）：通过
GC进行垃圾回收，是Java对象的主要存储区域。 - 栈（Stack）：线程私有，用于存储局部变量和方法调用。
- 方法区（Method Area）：存储类信息、常量、静态变量等数据。
- PC寄存器：存储当前线程所执行的指令地址。
6. 内存溢出场景分析
内存溢出场景分析包括：
- 堆内存溢出：通过JVM参数
-Xms和-Xmx设置堆内存大小，通过代码分析工具定位内存泄漏。 - 栈内存溢出：通过
-Xss参数设置栈大小，优化递归算法或使用迭代代替递归。 - 方法区溢出：通过
-XX:MaxMetaspaceSize参数设置方法区大小，优化类加载策略。
7. 垃圾回收
垃圾回收过程包括：
- 标记（Marking）：从GC Roots开始，标记所有可达对象。
- 清除（Sweeping）：清除未被标记的对象。
- 整理（Compacting）：将存活对象移动到内存的一端，避免内存碎片。
8. 分代收集理论
分代收集理论将内存分为新生代和老年代：
- 新生代：存放新创建的对象，采用复制算法进行垃圾回收。
- 老年代：存放长期存活的对象，采用标记-清除或标记-整理算法进行垃圾回收。
9. 引用类型
Java中的引用类型包括：
- 强引用：通过
new关键字创建的对象。 - 软引用：通过
SoftReference类创建，当内存不足时会被回收。 - 弱引用：通过
WeakReference类创建，比软引用更弱，仅保留对象的弱引用。 - 虚引用：通过
PhantomReference类创建，没有任何实际意义，仅用于GC标记。
10. 垃圾回收算法
垃圾回收算法包括：
- 标记-清除（Mark-Sweep）：先标记所有可达对象，然后清除未标记的对象。
- 复制（Copying）：将对象分为两半，每次只使用一半，GC时只需复制一半的对象。
- 整理（Compacting）：在标记-清除之后，将所有对象移动到内存的一端，以避免内存碎片。
11. 并发收集器
并发收集器包括：
- CMS（Concurrent Mark Sweep）：以尽可能少的停顿时间为目标，适合响应时间敏感的应用程序。
- G1（Garbage-First）：以停顿时间为目标，将堆分为多个区域，优先回收垃圾最多的区域。
- ZGC（Z Garbage Collector）：以低延迟为目标的垃圾回收器。
12. 停顿时间控制策略
停顿时间控制策略包括：
- 自适应大小调整：根据应用性能自动调整堆大小。
- 内存占用调整：根据内存占用调整堆大小。
13. 性能调优
性能调优包括：
- JVM参数配置：通过设置Xms、Xmx等参数调整内存大小。
- 内存泄漏诊断：使用工具分析内存泄漏原因。
- JIT编译优化：JVM在运行时将字节码编译成机器码，以提高性能。
二、Spring Boot知识体系
1. 自动配置
Spring Boot通过自动配置功能，简化了项目的配置过程。自动配置的核心是SpringFactoriesLoader，它加载类路径下META-INF/spring.factories文件中的自动配置类。
2. @EnableAutoConfiguration原理
@EnableAutoConfiguration注解通过SpringFactoriesLoader加载自动配置类，并根据条件化配置（@Conditional）动态添加或移除Bean。
3. 条件化配置（@Conditional）
条件化配置允许根据特定条件动态添加或移除Bean，如@ConditionalOnClass、@ConditionalOnBean、@ConditionalOnProperty等。
4. 自定义Starter开发
自定义Starter可以通过创建一个Maven项目，将依赖和自动配置类打包成jar包，并在spring.factories文件中声明自动配置类。
5. 起步依赖
起步依赖是一种预配置的依赖，用于简化项目的依赖管理。Spring Boot提供了丰富的起步依赖，如Spring Web、Spring Data JPA等。
6. 依赖管理机制（BOM文件）
BOM（Bill of Materials）文件用于统一项目中所有依赖的版本，确保依赖的一致性。
7. 版本冲突解决
通过选择兼容的版本或使用依赖管理工具解决版本冲突，如Maven的<dependencyManagement>和Gradle的configurations。
8. 第三方库集成模式
Spring Boot支持多种第三方库集成模式，如依赖注入、事件驱动等。例如，通过@Autowired注解实现依赖注入，通过事件监听器实现事件驱动。
9. Actuator
Actuator是Spring Boot的模块之一，用于监控和管理Spring Boot应用程序。Actuator提供了多种端点，如/health、/metrics、/info等。
10. 健康检查端点
健康检查端点用于检查应用程序的健康状态，如@HealthIndicator注解。
11. 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，如使用Micrometer库。
12. 自定义Endpoint开发
自定义Endpoint允许开发者根据需求扩展Actuator功能，如实现Endpoint接口。
13. 配置文件管理
Spring Boot使用配置文件（如application.yml）管理应用程序的配置。配置文件支持多种格式，如YAML、JSON等。
14. 多环境配置
多环境配置允许根据不同的环境（如开发、测试、生产）使用不同的配置文件，如application-dev.yml、application-test.yml、application-prod.yml。
15. 配置加载优先级
Spring Boot会按照以下顺序加载配置文件：
bootstrap.yml：用于应用程序的启动阶段，优先级最高。application.yml：用于应用程序的运行阶段，默认配置文件。application-{profile}.yml：用于特定环境的配置文件，如application-dev.yml。
16. 动态配置刷新
动态配置刷新允许在运行时修改配置文件，如使用Spring Cloud Config或Spring Cloud Bus。
17. 监控与日志
Spring Boot集成了Micrometer、Logback/SLF4J等监控和日志组件。Micrometer支持多种监控系统，如Prometheus、Grafana等。
18. 分布式链路追踪
Spring Boot支持分布式链路追踪，如Zipkin和Jaeger。通过添加相应的依赖和配置，可以实现分布式链路追踪功能。
19. 扩展机制
Spring Boot提供多种扩展机制，如自定义AutoConfigurationBean和生命周期扩展点。
20. 响应式编程支持
Spring Boot支持响应式编程，如Spring WebFlux。Spring WebFlux使用异步非阻塞的方式来处理请求，提高了应用程序的性能和可扩展性。
通过以上对JVM和Spring Boot知识体系的补充说明，我们可以看到这两个技术在构建高效、可维护的应用程序中发挥着至关重要的作用。理解这些知识体系有助于开发者更好地利用JVM和Spring Boot的优势，从而提高应用程序的性能和可维护性。
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