📕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。
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一、JVM知识体系
在深入探讨JVM（Java虚拟机）之前，我们需要了解它是一个运行Java字节码的虚拟环境，它负责管理Java程序的内存分配、垃圾回收和执行字节码。以下是对JVM知识体系的详细描述，并补充其技术实现细节。
类加载机制
类加载机制是JVM的核心特性之一，负责将Java源代码编译生成的字节码加载到内存中。类加载的过程分为以下几个阶段：
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加载：查找并加载类定义，包括类的字节码。在Java中，类加载器负责从文件系统、JAR文件、网络等位置加载类文件，并解析出类的二进制数据。
- 类加载器实现：Java提供了多种类加载器实现，如Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader和App ClassLoader。Bootstrap ClassLoader负责加载核心API，Extension ClassLoader加载扩展库，App ClassLoader加载应用程序类。
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连接：验证类定义的合法性，准备类变量，并解析符号引用。
- 验证：确保类文件符合Java虚拟机的规范，包括字节码结构、访问权限等。验证过程涉及对字节码的静态分析。
- 准备：为类变量分配内存，并设置默认值。
- 解析：将符号引用转换为直接引用，例如将方法签名转换为指向方法数据的指针。
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初始化：初始化类变量和静态初始化器代码。
- 初始化过程：在初始化阶段，JVM将执行类的静态初始化器代码块，并将类变量设置为初始化值。
类加载过程
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加载：类加载器通过查找类定义并加载到内存中，生成一个Class对象。这个过程包括解析类的全限定名和加载类的字节码。
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连接：包括验证、准备和解析。验证确保类符合Java虚拟机的规范，准备分配内存，并设置默认值，解析符号引用到直接引用。
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初始化：执行静态初始化器代码，并初始化类变量。
双亲委派模型
双亲委派模型是JVM默认的类加载器模型，其中父类加载器负责委派子类加载器加载类，只有当父类加载器无法完成类加载时，子类加载器才会尝试加载。
- 实现细节：双亲委派模型的实现依赖于类加载器的层次结构，子类加载器首先将请求委派给父类加载器，如果父类加载器无法处理，则由子类加载器亲自加载。
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，例如实现热部署。
- 实现细节：自定义类加载器需要继承ClassLoader类，并重写findClass方法，该方法负责从特定的资源位置加载类文件。
模块化系统（JPMS）
Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的模块化系统，用于提高JVM的启动速度、减少内存占用和增强安全性。
- 模块定义：模块通过模块描述文件（module-info.java）来定义模块的依赖关系、提供的API和需要的模块。
内存模型
JVM的内存模型分为以下几部分：
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运行时数据区：包括堆、栈、方法区和PC寄存器。
- 堆：存储对象实例和数组的内存区域。堆是动态分配的，垃圾回收主要针对堆内存。
- 栈：存储局部变量和方法的调用栈。栈是线程私有的，每个线程都有自己的栈。
- 方法区：存储运行时常量池、字段和方法数据等。方法区是所有线程共享的。
- PC寄存器：用于指示当前执行指令的地址。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，可能导致程序崩溃。常见场景包括：
- 创建大量对象：在堆内存中分配大量对象，导致内存不足。
- 循环引用：对象之间相互引用，形成循环，导致垃圾回收器无法回收这些对象。
- 内存泄漏：程序中存在已不再使用的对象，但无法被垃圾回收器回收。
垃圾回收
垃圾回收（GC）是JVM自动管理内存的过程。以下是其关键点：
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GC Roots可达性分析：从GC Roots开始，向上搜索可达对象，不可达对象被视为垃圾。
- GC Roots：GC Roots通常包括栈帧中的本地变量表、方法区中的常量池、静态变量、线程上下文类信息等。
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分代收集理论：将对象分为新生代和老年代，新生代采用复制算法，老年代采用标记-清除或标记-整理算法。
- 新生代：大多数对象在新生代创建，采用复制算法进行垃圾回收，效率较高。
- 老年代：对象在新生代经过多次回收后进入老年代，老年代采用标记-清除或标记-整理算法进行垃圾回收。
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引用类型：分为强、软、弱、虚引用，强引用是默认的引用类型，其他类型在内存不足时可以被回收。
垃圾回收算法
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标记-清除：分为标记和清除两个阶段。
- 标记：从GC Roots开始，向上搜索可达对象，标记为存活。
- 清除：清除未被标记的对象。
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复制算法：将内存分为两个相等的区域，每次只使用其中一个区域。
- 实现细节：复制算法在新生代中应用，每次垃圾回收时将存活对象复制到另一个区域，并清空原区域。
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标记-整理：类似于标记-清除，但会移动对象以减少内存碎片。
并发收集器
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CMS：Concurrent Mark Sweep，适用于响应时间敏感的应用。
- 实现细节：CMS算法在垃圾回收时尽量减少停顿时间，通过并发标记和清除阶段实现。
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G1：Garbage-First，适用于大堆内存应用。
- 实现细节：G1算法将堆内存划分为多个区域，优先回收垃圾回收价值高的区域，减少停顿时间。
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ZGC：Z Garbage Collector，适用于小堆内存应用。
- 实现细节：ZGC算法采用并行、并发和低延迟的垃圾回收策略，旨在实现毫秒级停顿时间。
停顿时间控制策略
JVM提供多种策略来控制垃圾回收的停顿时间，如G1的停顿预测和ZGC的即时停顿。
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G1的停顿预测：G1算法通过预测垃圾回收所需时间来控制停顿时间。
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ZGC的即时停顿：ZGC算法通过并行和并发的方式实现垃圾回收，从而实现即时停顿。
性能调优
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JVM参数配置：通过设置-Xms、-Xmx等参数调整堆内存大小。
- 实现细节：JVM参数配置可以通过命令行参数或JVM启动脚本进行设置。
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内存泄漏诊断：使用工具如VisualVM、MAT等检测内存泄漏。
- 实现细节：内存泄漏诊断工具通过分析JVM堆内存使用情况，找出内存泄漏的原因。
JIT编译优化
JIT编译器将字节码编译成本地机器码，以提高程序执行效率。
- 实现细节：JIT编译器在运行时分析热点代码，将其编译成本地机器码，提高执行效率。
二、Spring Boot知识体系
Spring Boot是Spring框架的一个模块，旨在简化Spring应用的创建和配置。以下是对Spring Boot知识体系的详细描述，并补充其技术实现细节。
自动配置
Spring Boot的自动配置功能可以根据添加的依赖自动配置Spring应用程序。
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@EnableAutoConfiguration原理：通过类路径下配置的jar包和类来推断需要添加的bean。
- 实现细节：Spring Boot通过类路径扫描和条件化配置来推断需要自动配置的bean。
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条件化配置：使用@Conditional注解根据条件启用或禁用配置。
- 实现细节：@Conditional注解可以根据特定的条件，如类路径存在某个jar包或配置属性，来决定是否启用或禁用配置。
自定义Starter开发
自定义Starter可以提供依赖管理和自动配置。
- 实现细节：自定义Starter需要创建一个jar包，其中包含自动配置类和依赖。
起步依赖
起步依赖是Spring Boot提供的一系列预定义的依赖，简化了依赖管理。
- 实现细节：起步依赖通过Maven或Gradle的方式定义，包含一组预定义的依赖。
依赖管理机制
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BOM文件：Bill of Materials，用于统一版本管理。
- 实现细节：BOM文件定义了项目中所有依赖的版本，确保版本的一致性。
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版本冲突解决：使用Spring Boot的依赖树来分析依赖冲突。
- 实现细节：Spring Boot通过分析依赖树来找出冲突的依赖，并尝试解决冲突。
第三方库集成模式
Spring Boot支持多种第三方库集成模式，如自动配置、配置属性、依赖注入等。
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自动配置：Spring Boot通过自动配置来简化第三方库的集成。
- 实现细节：Spring Boot通过类路径扫描和条件化配置来推断需要自动配置的第三方库。
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配置属性：Spring Boot使用配置属性来管理第三方库的配置。
- 实现细节：配置属性通过application.properties或application.yml文件进行配置。
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依赖注入：Spring Boot使用依赖注入来管理第三方库的实例。
- 实现细节：Spring Boot通过Spring的依赖注入容器来管理第三方库的实例。
Actuator
Spring Boot Actuator提供了健康检查、度量指标收集和自定义端点等功能。
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健康检查端点：用于检查应用程序的健康状态。
- 实现细节：健康检查端点通过HealthIndicator接口实现，可以自定义健康检查逻辑。
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度量指标收集：用于收集应用程序的性能指标。
- 实现细节：度量指标收集通过Micrometer集成，支持多种度量指标收集方式。
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自定义Endpoint开发：允许开发者自定义端点。
- 实现细节：自定义Endpoint通过实现Endpoint接口实现，可以自定义端点逻辑。
配置文件管理
Spring Boot使用配置文件来管理应用程序的配置。
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多环境配置：使用application-{profile}.yml文件管理不同环境的配置。
- 实现细节：通过设置激活的配置文件，可以切换不同环境的配置。
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配置加载优先级：配置文件优先级由配置文件的路径和名称决定。
- 实现细节：Spring Boot按照配置文件的路径和名称进行加载，优先级高的配置文件会覆盖优先级低的配置文件。
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动态配置刷新：支持动态刷新配置文件。
- 实现细节：动态配置刷新通过Spring Cloud Config或Spring Cloud Bus实现。
监控与日志
Spring Boot提供了集成监控和日志的解决方案。
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Micrometer集成：用于度量指标收集。
- 实现细节：Micrometer支持多种度量指标收集方式，如JMX、Prometheus等。
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Logback/SLF4J配置：用于配置日志记录。
- 实现细节：Spring Boot默认使用Logback作为日志框架，可以通过配置文件进行日志级别、日志格式等配置。
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。
- 实现细节：分布式链路追踪通过集成Zipkin或Jaeger等工具实现，可以追踪请求在分布式系统中的执行路径。
自定义AutoConfigurationBean生命周期扩展点
Spring Boot允许通过实现特定的接口来扩展AutoConfigurationBean的生命周期。
- 实现细节：自定义AutoConfigurationBean的生命周期扩展点可以通过实现BeanPostProcessor接口或InitializingBean接口实现。
响应式编程支持
Spring Boot支持响应式编程，通过Spring WebFlux模块实现。
- 实现细节：Spring WebFlux使用Reactor库实现响应式编程，支持异步和非阻塞编程模型。
通过以上对JVM和Spring Boot知识体系的详细描述，我们可以看到这两个技术是如何相互关联和影响的。JVM作为Java程序运行的环境，为Spring Boot提供了运行时的基础，而Spring Boot则利用JVM的特性来简化Java应用的开发。在开发过程中，理解这两个技术的内部机制，可以帮助我们更好地优化性能、诊断问题和进行扩展。
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