JVM与Spring Boot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。

🌾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。

一、JVM知识体系

类加载机制

在Java中，类加载器是类从创建到使用的过程，它负责将编译后的.class文件加载到JVM中。这个过程涉及了多个阶段，每个阶段都有其特定的任务和目标。

1. 加载（Loading）：这个阶段主要任务是找到并加载指定的.class文件。在JVM中，类加载器负责查找类文件的位置，通常是从文件系统、JAR包或网络等位置加载。类加载器在加载类文件时，会将其二进制数据读入内存，并生成一个Class对象。

2. 验证（Verification）：验证阶段是确保加载的.class文件符合JVM规范的过程。它包括四个方面的验证：类文件结构验证、数据类型验证、字节码验证和符号引用验证。这个阶段通过确保类文件在逻辑上正确，从而避免运行时错误。

3. 准备（Preparation）：在这个阶段，JVM为类变量分配内存，并设置默认初始值。类变量是类级别的变量，包括静态变量和常量。在这个阶段，这些变量的内存被分配到方法区中，并且被设置为默认值，例如数值类型为0，布尔类型为false，引用类型为null。

4. 解析（Resolution）：解析阶段是将符号引用转换为直接引用的过程。符号引用是指编译阶段生成的引用，如类名、字段名、方法名等。直接引用是指直接指向内存地址的引用。

5. 初始化（Initialization）：初始化阶段是执行类构造器（<clinit>()）的过程，它会初始化类变量，执行静态代码块等。这个过程是类加载过程的最后一个阶段，也是最为关键的一步。

双亲委派模型

Java中的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。双亲委派模型要求子类加载器首先委托父类加载器加载类，只有当父类加载器无法加载时，子类加载器才会尝试加载。

这种模型的目的是为了避免类的重复加载，以及保护程序安全。例如，Object类是由启动类加载器加载的，如果应用程序类加载器尝试加载Object类，它将首先委托给启动类加载器，从而避免了重复加载。

自定义类加载器

在实际应用中，可以通过自定义类加载器来实现特定功能，例如加载特定格式的插件或资源。自定义类加载器可以继承ClassLoader类，并重写其findClass方法。

模块化系统（JPMS）

Java 9引入了模块化系统（JPMS），它通过模块来组织代码，将JVM的运行时环境与类加载过程分离。模块化系统可以提供更好的代码隔离、版本控制和性能优化。

内存模型

JVM的内存模型主要包括以下几个部分：

• 运行时数据区：包括堆（Heap）、栈（Stack）、方法区（Method Area）和PC寄存器。
• 堆：存储对象的实例数据，是JVM中最大的内存区域。
• 栈：存储局部变量和方法调用信息，是线程私有的。
• 方法区：存储类信息、常量、静态变量等，是所有线程共享的。
• PC寄存器：用于指示下一条要执行的指令，是线程私有的。

内存溢出场景分析

内存溢出通常发生在以下场景：

• 创建的对象过多，导致堆空间不足。
• 长时间占用栈空间，导致栈空间不足。

垃圾回收

垃圾回收（GC）是JVM自动管理内存的重要机制。它通过标记-清除、复制、整理等算法回收不再使用的对象占用的内存。

GC Roots可达性分析

GC Roots可达性分析是垃圾回收的基础。GC Roots包括栈中的变量、方法区中的常量、静态变量等。

分代收集理论

分代收集理论将堆空间分为年轻代（Young）和老年代（Old），针对不同代的特点采用不同的垃圾回收算法。

引用类型

引用类型包括强引用、软引用、弱引用和虚引用。它们分别表示不同的对象引用强度。

垃圾回收算法

垃圾回收算法主要包括标记-清除、复制、整理等。

并发收集器

并发收集器如CMS（Concurrent Mark Sweep）和G1（Garbage-First）在执行垃圾回收时可以与应用程序并发执行，减少停顿时间。

停顿时间控制策略

停顿时间控制策略如CMS的“并行清理”和G1的“预标记-清理”旨在减少垃圾回收的停顿时间。

性能调优

JVM参数配置（如-Xms、-Xmx等）可以帮助优化JVM性能。内存泄漏诊断工具如JProfiler、VisualVM等可以用于诊断内存泄漏问题。

二、Spring Boot知识体系

自动配置

Spring Boot的自动配置通过@EnableAutoConfiguration注解实现。它可以根据添加的依赖自动配置Spring应用程序。

@EnableAutoConfiguration原理

@EnableAutoConfiguration原理基于条件化配置（@Conditional）。当满足特定条件时，才会启用对应的自动配置。

条件化配置（@Conditional）

条件化配置允许在自动配置中添加条件判断，实现更加灵活的配置。

自定义Starter开发

自定义Starter可以帮助开发者方便地将自己的库与Spring Boot集成。

起步依赖

起步依赖是Spring Boot项目的基础，它包含了创建项目所需的所有依赖。

依赖管理机制

依赖管理机制通过Maven或Gradle实现。BOM（Bill of Materials）文件可以用于管理所有依赖的版本。

版本冲突解决

版本冲突是依赖管理中的常见问题。Spring Boot通过使用传递依赖的方式解决版本冲突。

第三方库集成模式

Spring Boot支持多种第三方库的集成模式，如SPI、API等方式。

Actuator

Actuator是Spring Boot提供的模块，可以用于监控和管理的端点。

健康检查端点

健康检查端点可以用于检查Spring Boot应用程序的健康状态。

度量指标收集

度量指标收集可以用于收集应用程序的性能数据。

自定义Endpoint开发

自定义Endpoint可以扩展Actuator的功能。

配置文件管理

Spring Boot使用配置文件（如application.yml）来管理应用程序的配置。

多环境配置

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

Spring Boot按照配置文件优先级加载配置，优先加载application.yml文件，然后是application-{profile}.yml文件。

动态配置刷新

动态配置刷新可以实现在运行时更新配置。

监控与日志

Micrometer可以用于集成不同的监控工具。Logback/SLF4J是Spring Boot的默认日志框架。

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提供了扩展机制，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，如WebFlux等。

通过以上对JVM和Spring Boot知识体系的解读，希望能够帮助读者更好地理解这两项技术，并在实际项目中灵活运用。

📥博主的人生感悟和目标

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

📙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~