📕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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一、JVM知识体系
类加载机制
Java虚拟机(JVM)的类加载机制是Java语言动态性和灵活性的核心。它负责在运行时将Java源代码编译生成的字节码文件加载到JVM中,形成可以被JVM直接执行的对象。这个过程涉及到以下几个关键点:
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类加载器:类加载器是负责加载类的实例,它是类加载过程的主要执行者。JVM默认提供了三种类加载器:启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)、扩展类加载器(Extension ClassLoader)和应用类加载器(Application ClassLoader)。启动类加载器负责加载JVM核心类库,如rt.jar;扩展类加载器负责加载JVM扩展库;应用类加载器负责加载应用程序中的类。
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类加载过程:类加载过程包括加载、连接和初始化三个阶段。
- 加载:加载类的过程包括解析类的全名和加载类的定义信息,如类名、版本号、访问权限等。
- 连接:连接阶段负责将类的二进制数据链接到JVM中,包括验证、准备和解析三个子阶段。
- 验证:确保加载的类信息符合JVM规范,防止恶意代码对JVM造成危害。
- 准备:为类变量分配内存并设置默认初始值。
- 解析:将符号引用转换为直接引用,以便在运行时直接访问类的信息。
- 初始化:初始化类,包括执行类构造器( ())。
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双亲委派模型:双亲委派模型是类加载机制的核心,它规定除了顶层的启动类加载器外,其余的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,首先委托给父类加载器去加载,只有当父类加载器无法加载该类时,子类加载器才会尝试加载。
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自定义类加载器:开发者可以通过继承
java.lang.ClassLoader
类或实现java.lang.reflect.ClassLoader
接口来创建自定义类加载器,以满足特定的类加载需求。 -
模块化系统(JPMS):Java Platform Module System(JPMS)是Java 9引入的模块化系统,它允许将Java应用程序和库分解成独立的模块,从而提高系统稳定性和安全性。JPMS通过模块描述文件(module-info.java)定义模块的依赖关系,并提供了模块间访问控制的机制。
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内存模型:JVM的内存模型包括运行时数据区和PC寄存器。
- 运行时数据区:
- 堆:所有线程共享的内存区域,用于存放几乎所有的对象实例和数组的实例。
- 栈:每个线程拥有自己的栈,用于存储局部变量和方法调用。
- 方法区:存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等数据。
- PC寄存器:用于存储当前线程所执行的指令的地址。
- PC寄存器:用于存储当前线程所执行的指令的地址。
- 运行时数据区:
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内存溢出场景分析:内存溢出是指程序在运行过程中消耗了过多的内存,导致JVM无法分配更多的内存。常见的内存溢出场景包括创建大量对象、循环引用和内存泄漏等。
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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空间的过程。GC的主要目标是减少内存占用,提高程序性能。
- GC Roots可达性分析:通过GC Roots找到所有可达对象,不可达对象将被回收。
- 分代收集理论:将内存分为新生代和老年代,分别采用不同的垃圾回收策略。
- 引用类型:不同的引用类型决定了对象在内存中的生命周期和GC的行为。
- 垃圾回收算法:常见的垃圾回收算法包括标记-清除、复制、整理等。
- 并发收集器:并发收集器在应用程序运行时进行垃圾回收,以减少停顿时间。
- 停顿时间控制策略:通过调整垃圾回收算法和参数,控制垃圾回收过程中的停顿时间。
- 性能调优:通过JVM参数配置和内存泄漏诊断,优化JVM性能。
- JIT编译优化:JIT编译器将字节码编译成本地机器码,提高程序执行效率。
二、Spring Boot知识体系
自动配置
Spring Boot通过自动配置机制,自动配置Spring应用程序。自动配置的原理是条件化配置,即根据项目依赖和配置信息,自动配置所需的Bean。
@EnableAutoConfiguration原理
@EnableAutoConfiguration注解是Spring Boot自动配置的核心。它通过类路径下jar包中的META-INF/spring.factories文件,找到所有符合条件的AutoConfiguration类,并自动配置它们。
条件化配置(@Conditional)
条件化配置允许根据特定的条件来决定是否配置某个Bean。常用的条件注解包括@ConditionalOnClass、@ConditionalOnBean、@ConditionalOnMissingBean等。
自定义Starter开发
自定义Starter可以帮助开发者快速集成第三方库或自定义组件。
起步依赖
起步依赖是Spring Boot的核心特性之一,它简化了项目的依赖管理。
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信息,确保项目的一致性。
版本冲突解决
解决版本冲突的方法包括:
- 使用依赖管理工具(如Maven、Gradle)的依赖解析功能。
- 使用排除依赖(exclude)。
第三方库集成模式
Spring Boot支持多种第三方库集成模式,包括:
- Starter依赖
- 直接添加依赖
- 使用SPI机制
Actuator
Spring Boot Actuator提供了一系列端点,用于监控和管理Spring Boot应用程序。
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,常用的端点包括/health、/health/liveness、/health/readiness等。
度量指标收集
Spring Boot Actuator支持度量指标收集,可以收集应用程序的性能数据。
自定义Endpoint开发
自定义Endpoint允许开发者扩展Actuator的功能。
配置文件管理
Spring Boot支持多环境配置,通过application-{profile}.yml文件实现。
配置加载优先级
配置加载优先级如下:
- 命令行参数
- 系统环境变量
- 配置文件
动态配置刷新
Spring Boot支持动态配置刷新,允许在应用程序运行时更新配置。
监控与日志
Spring Boot支持多种监控和日志框架,如Micrometer、Logback/SLF4J等。
分布式链路追踪
Spring Boot支持分布式链路追踪,如Zipkin、Jaeger等。
扩展机制
Spring Boot提供多种扩展机制,如自定义AutoConfiguration、Bean生命周期扩展点等。
响应式编程支持
Spring Boot支持响应式编程,通过Spring WebFlux实现。
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技术在Java生态系统中的重要性。JVM提供了Java程序的运行环境,而Spring Boot则简化了Java应用程序的开发和部署。在实际应用中,我们需要根据具体需求选择合适的JVM参数和Spring Boot配置,以达到最佳的性能和稳定性。
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