JVM与Spring Boot核心技术

📕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

1. 类加载机制

类加载机制是JVM的核心功能之一，其技术实现细节如下：

• 加载阶段：类加载器首先通过文件系统或网络获取类的二进制数据，然后解析类的二进制数据，生成一个Class对象。这一过程涉及到类文件的解析，包括访问权限、字段、方法、类属性等的解析。

• 连接阶段：连接阶段分为验证、准备和解析三个子阶段。验证过程确保类文件的正确性，包括字节码验证、符号引用验证等。准备阶段为类变量分配内存并设置默认初始值。解析阶段将符号引用替换为直接引用。

• 初始化阶段：初始化阶段是类加载过程的最后一个阶段，它负责执行类构造器<clinit>()，这个方法是由编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并产生的。

2. 双亲委派模型

双亲委派模型的技术实现细节如下：

• 类加载器层次结构：JVM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。启动类加载器负责加载<JAVA_HOME>/lib目录中的类库，扩展类加载器负责加载<JAVA_HOME>/lib/ext目录中的类库，应用程序类加载器负责加载用户类路径（classpath）中的类库。

• 委派过程：当一个类加载器请求加载一个类时，它会首先请求其父类加载器进行加载。如果父类加载器无法完成加载任务，则子类加载器会尝试从自己的资源路径中加载该类。

3. 自定义类加载器

自定义类加载器的技术实现细节如下：

• 继承ClassLoader类：自定义类加载器需要继承ClassLoader类，并重写findClass方法，该方法负责查找并返回指定的类字节码。

• 类加载逻辑：在findClass方法中，可以实现自定义的类加载逻辑，如从特定的文件系统路径、网络地址或其他资源中加载类。

4. 模块化系统（JPMS）

模块化系统的技术实现细节如下：

• 模块定义：每个模块通过一个名为module-info.java的文件来定义模块的名称、依赖关系和提供的API。

• 模块解析：模块解析器负责解析模块定义文件，确定模块之间的依赖关系。

• 模块加载：模块加载器负责将模块加载到JVM中，并创建相应的模块对象。

5. 内存模型

JVM的内存模型的技术实现细节如下：

• 堆：堆内存由垃圾回收器管理，用于存储实例对象和数组的内存区域。垃圾回收器通过标记-清除、复制、整理等算法来回收不再使用的对象。

• 栈：栈内存用于存储局部变量和方法调用栈。每个线程都有自己的栈内存，由线程创建时分配。

• 方法区：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。方法区是所有线程共享的。

• PC寄存器：PC寄存器用于存储当前线程所执行的指令地址。当线程开始执行时，PC寄存器初始化为方法区的第一条指令。

6. 垃圾回收

垃圾回收的技术实现细节如下：

• GC Roots：GC Roots是一组对象，包括栈顶的局部变量、静态变量、常量池中的引用等。垃圾回收器通过遍历GC Roots，找到所有可达对象。

• 分代收集：JVM将对象分为新生代和老年代。新生代采用复制算法和标记-清除算法，老年代采用标记-清除、标记-整理和压缩算法。

• 引用类型：JVM中的引用类型包括强引用、软引用、弱引用和虚引用。强引用是最普通的引用类型，软引用、弱引用和虚引用在内存不足时可能会被回收。

• 垃圾回收算法：常见的垃圾回收算法包括标记-清除、复制、整理算法。

• 并发收集器：JVM提供了多种并发收集器，如CMS和G1，它们通过并行或并发的方式执行垃圾回收，以减少停顿时间。

• 停顿时间控制：JVM提供了多种停顿时间控制策略，如自适应大小、自适应暂停时间等。

• 性能调优：JVM参数配置和内存泄漏诊断是性能调优的重要手段。

二、Spring Boot知识体系

1. 自动配置

Spring Boot的自动配置技术实现细节如下：

• 条件化配置：@EnableAutoConfiguration注解通过扫描类路径下的jar包，根据类名和类中的注解，自动配置相应的Bean。@Conditional注解用于实现条件化配置，它允许开发者根据特定条件自动配置Bean。

• 配置条件：配置条件包括@ConditionalOnClass、@ConditionalOnMissingBean、@ConditionalOnProperty等，它们分别用于检查类路径下是否存在某个类、是否存在某个Bean、某个属性是否满足特定值等。

2. @EnableAutoConfiguration原理

@EnableAutoConfiguration注解的技术实现细节如下：

• @Import：@EnableAutoConfiguration注解内部使用了@Import导入了一些配置类，这些配置类中包含了大量的条件化配置。

• 自动配置条件：自动配置条件包括@ConditionalOnClass、@ConditionalOnMissingBean、@ConditionalOnProperty等。

3. 条件化配置（@Conditional）

条件化配置的技术实现细节如下：

• 条件注解：条件注解包括@ConditionalOnClass、@ConditionalOnMissingBean、@ConditionalOnProperty等。

• 条件实现：条件实现通过返回布尔值来决定是否执行配置。

4. 自定义Starter开发

自定义Starter的技术实现细节如下：

• 创建Maven项目：创建一个Maven项目，并添加Spring Boot的依赖。

• 添加依赖：将所需的依赖添加到项目的pom.xml文件中。

• 创建Starter：创建一个Spring Boot Starter，它包含一个或多个配置类。

• 发布Starter：将Starter发布到Maven中央仓库。

5. 起步依赖

起步依赖的技术实现细节如下：

• Starter POM：Starter POM是一个包含一组依赖的Maven项目，用于简化依赖管理。

• 依赖关系：Starter POM中定义了依赖关系，包括Spring Boot Starter、依赖库等。

6. 依赖管理机制（BOM文件）

BOM文件的技术实现细节如下：

• BOM定义：BOM（Bill of Materials）文件用于统一管理项目中所有依赖的版本。

• 版本冲突：BOM文件可以解决版本冲突问题，确保所有依赖使用相同的版本。

7. 版本冲突解决

版本冲突的技术实现细节如下：

• 依赖树分析：通过分析依赖树，找出版本冲突的原因。

• 依赖排除：使用依赖排除来避免版本冲突。

8. 第三方库集成模式

第三方库集成模式的技术实现细节如下：

• SPI：Service Provider Interface（SPI）允许第三方库通过接口与Spring Boot应用集成。

• JDBC：Java Database Connectivity（JDBC）允许Spring Boot应用连接到数据库。

• JPA：Java Persistence API（JPA）允许Spring Boot应用进行对象关系映射。

9. Actuator

Spring Boot Actuator的技术实现细节如下：

• 健康检查：Spring Boot Actuator提供了健康检查功能，可以检查应用的健康状态。

• 度量指标收集：Spring Boot Actuator可以收集应用的各种性能指标。

• 自定义Endpoint：Spring Boot Actuator允许开发者创建自己的监控和诊断端点。

10. 健康检查端点

健康检查端点的技术实现细节如下：

• 端点定义：健康检查端点通过实现HealthIndicator接口来定义。

• 端点访问：可以通过HTTP请求访问健康检查端点。

11. 度量指标收集

度量指标收集的技术实现细节如下：

• 度量指标：度量指标包括请求次数、响应时间等。

• 度量指标收集器：Spring Boot Actuator提供了多种度量指标收集器，如Micrometer。

12. 自定义Endpoint开发

自定义Endpoint的技术实现细节如下：

• 端点实现：自定义Endpoint需要实现Endpoint接口。

• 端点访问：可以通过HTTP请求访问自定义Endpoint。

13. 配置文件管理

配置文件管理的技

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