JVM与Spring Boot核心解析-优快云博客

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📘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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JVM知识体系补充说明

类加载机制

在类加载过程中，每个类都会经历一个生命周期，包括加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载。加载阶段，类加载器通过类加载器代理机制来查找并加载指定的类。这个过程涉及以下技术细节：

类加载器代理机制：JVM提供了不同的类加载器实现，如Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader和Application ClassLoader。Bootstrap ClassLoader使用C++编写，负责加载JVM核心类库，如rt.jar。Extension ClassLoader和Application ClassLoader负责加载用户类库。
类文件的格式：类文件遵循特定的格式，包括魔数、类版本、访问标志、类索引、父类索引、接口索引、字段信息、方法信息、属性信息等。
类加载器的查找过程：JVM采用双亲委派模型，当请求加载类时，首先由当前类加载器的父类加载器尝试加载，如果父类加载器无法加载，则由当前类加载器尝试加载。

双亲委派模型

双亲委派模型确保了JVM中类库的稳定性和安全性，其实现细节如下：

启动类加载器：Bootstrap ClassLoader负责加载核心类库，如rt.jar，它没有父类加载器。
扩展类加载器：Extension ClassLoader负责加载Java平台扩展库，如javax.*包，其父类加载器是Bootstrap ClassLoader。
应用类加载器：Application ClassLoader负责加载应用程序的类库，其父类加载器是Extension ClassLoader。
自定义类加载器：自定义类加载器可以继承自ClassLoader类，通过重写findClass方法实现类的加载逻辑。

模块化系统（JPMS）

Java Platform Module System（JPMS）通过模块来组织代码，其技术实现细节包括：

模块定义：每个模块都通过一个module-info.java文件来定义，包括模块的名称、导出的包、使用的模块、提供的服务等。
模块版本控制：模块版本采用语义版本控制，如1.0.0、1.0.1、2.0.0等。
模块间依赖：模块间的依赖通过module-info.java文件中的requires关键字来声明。

内存模型

JVM的内存模型包括以下运行时数据区：

堆（Heap）：堆是JVM中最大的运行时数据区，用于存储几乎所有的对象实例和数组的内存区域。堆内存的分配和回收由垃圾回收器管理。
栈（Stack）：栈是线程私有的运行时数据区，用于存储局部变量和方法调用的内存区域。栈内存的分配和回收是自动的。
方法区（Method Area）：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。方法区的分配和回收也是自动的。
PC寄存器：PC寄存器用于存储当前线程所执行的字节码的地址。每次线程切换时，PC寄存器的值都会更新。

内存溢出场景分析

内存溢出的常见原因包括：

对象创建过多：在堆空间不足的情况下，频繁创建对象会导致内存溢出。
对象生命周期过长：长时间未释放的对象会占用内存，导致内存溢出。
内存泄漏：内存泄漏是指程序中已分配的内存无法被垃圾回收器回收。

垃圾回收

垃圾回收（GC）是JVM自动管理内存的重要机制，其技术实现细节如下：

GC Roots可达性分析：GC Roots是指所有活动的线程都可以访问到的对象，包括栈、方法区和PC寄存器中的对象。通过GC Roots可以找到所有可达对象，不可达对象将被回收。
分代收集理论：JVM将堆内存分为年轻代（Young）、老年代（Old）和永久代（Perm）三个区域。年轻代用于存放新生对象，老年代用于存放长期存活的对象，永久代用于存放类信息、常量等。
引用类型：强引用、软引用、弱引用和虚引用对垃圾回收有不同的影响。强引用不会导致对象被回收，软引用和弱引用可能导致对象被回收，虚引用仅提供对象引用，但不阻止对象被回收。
垃圾回收算法：常见的垃圾回收算法包括标记-清除、复制、整理算法等。
并发收集器：如CMS（Concurrent Mark Sweep）、G1（Garbage-First）、ZGC（Z Garbage Collector）等，它们旨在减少停顿时间。
停顿时间控制策略：如G1的并发标记阶段和并发清理阶段，旨在控制停顿时间。
性能调优：通过JVM参数配置（如Xms、Xmx等）进行性能调优。
内存泄漏诊断：通过工具诊断内存泄漏问题。
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。

Spring Boot知识体系补充说明

自动配置

Spring Boot通过自动配置功能，根据添加的依赖自动配置Spring应用。其核心原理如下：

@EnableAutoConfiguration：通过该注解启用自动配置。
条件化配置（@Conditional）：根据条件启用或禁用配置，如@ConditionalOnClass、@ConditionalOnBean等。

自定义Starter开发

自定义Starter可以简化依赖管理，提高项目的可重用性。其技术实现细节如下：

创建自定义Starter：通过创建一个包含所需依赖的jar包来创建自定义Starter。
配置Starter：在自定义Starter的pom.xml文件中配置依赖和自动配置类。

起步依赖

起步依赖（Starters）是Spring Boot的核心概念之一，其技术实现细节如下：

创建起步依赖：通过创建一个包含一组依赖的jar包来创建起步依赖。
使用起步依赖：在Spring Boot应用的pom.xml文件中添加起步依赖。

依赖管理机制

Spring Boot使用Maven或Gradle进行依赖管理，其技术实现细节如下：

Maven：使用pom.xml文件来定义项目依赖和构建配置。
Gradle：使用build.gradle文件来定义项目依赖和构建配置。
BOM（Bill of Materials）文件：用于管理依赖的版本，确保不同模块之间依赖的一致性。

版本冲突解决

解决版本冲突的技术实现细节如下：

依赖的传递性：通过查看依赖的依赖关系，找到正确的版本。
排除依赖：使用标签排除不需要的依赖。

第三方库集成模式

Spring Boot支持多种第三方库集成模式，其技术实现细节如下：

自动配置：通过自动配置类自动配置第三方库。
配置属性：通过配置属性来配置第三方库。

Actuator

Spring Boot Actuator提供了一系列端点，用于监控和管理Spring Boot应用。其技术实现细节如下：

健康检查端点：通过HTTP请求检查应用的运行状态。
度量指标收集：通过HTTP请求收集应用的各种指标。
自定义Endpoint开发：通过实现Endpoint接口开发自定义端点。

配置文件管理

Spring Boot使用配置文件来管理应用配置，其技术实现细节如下：

配置文件格式：支持多种配置文件格式，如.properties、.yml等。
多环境配置：支持多环境配置，如application-dev.yml、application-prod.yml等。
配置加载优先级：配置文件的加载优先级由配置文件的路径和名称决定。

动态配置刷新

Spring Boot支持动态刷新配置，其技术实现细节如下：

配置中心：使用配置中心（如Spring Cloud Config）来管理配置。
动态配置客户端：使用Spring Cloud Bus等工具实现动态配置刷新。

监控与日志

Spring Boot集成了Micrometer进行监控，并支持Logback/SLF4J进行日志配置。其技术实现细节如下：

监控：通过Micrometer收集应用的各种指标，并通过Prometheus、Grafana等工具进行可视化。
日志：通过Logback/SLF4J进行日志配置，支持多种日志级别和日志格式。

分布式链路追踪

Spring Boot支持分布式链路追踪，其技术实现细节如下：

Zipkin：使用Zipkin进行分布式链路追踪，通过HTTP请求发送跟踪信息。
Jaeger：使用Jaeger进行分布式链路追踪，通过UDP协议发送跟踪信息。

扩展机制

Spring Boot提供了多种扩展机制，其技术实现细节如下：

自定义AutoConfiguration：通过实现AutoConfigurePackage类自定义自动配置。
Bean生命周期扩展点：通过实现InitializingBean和DisposableBean接口扩展Bean的生命周期。

响应式编程支持

Spring Boot支持响应式编程，其技术实现细节如下：

Spring WebFlux：使用Spring WebFlux实现响应式Web应用。

通过以上补充说明，我们可以更深入地了解JVM和Spring Boot的核心概念和原理，并能够将这些知识应用到实际项目中，提高开发效率和系统性能。

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