JVM与Spring Boot核心解析

最新推荐文章于 2025-09-26 13:01:09 发布

原创最新推荐文章于 2025-09-26 13:01:09 发布 · 993 阅读

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📕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）、《解密程序员的思维密码——沟通、演讲、思考的实践》作者、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。

Java程序员廖志伟

💡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。

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【一、JVM知识体系】

类加载机制

类加载机制是JVM的核心功能之一，它负责将Java源代码编译生成的.class文件转换成JVM可以识别的Class对象。这个过程涉及到以下几个关键步骤：

加载（Loading）：在这一步，JVM会通过类加载器（Class Loader）将类的字节码文件加载到内存中。加载过程包括读取类定义的二进制数据，并存储在方法区中。
验证（Verification）：验证器（Verification）会检查类的字节码文件是否符合Java语言规范，确保没有安全风险。验证过程包括字节码验证、符号引用验证等。
准备（Preparation）：在方法区中为类变量分配内存，并设置初始值。对于基本数据类型，类变量的初始值为0；对于引用类型，初始值为null。
解析（Resolution）：解析符号引用，将符号引用转换为直接引用。例如，将类、接口、字段和方法的符号引用转换为指向方法区的指针。
初始化（Initialization）：初始化类变量，执行静态代码块。初始化过程包括执行静态初始化器（static initializer）方法，这些方法包含在类声明中或静态代码块中。

双亲委派模型

双亲委派模型要求子类加载器先请求其父类加载器加载类，只有当父类加载器无法完成加载请求时，才由子类加载器尝试加载。这种模型确保了类的一致性，防止重复加载同一个类。

自定义类加载器

自定义类加载器允许开发者根据特定的需求实现类加载逻辑。例如，可以创建一个类加载器来加载特定版本的库，或者实现热部署功能。

模块化系统（JPMS）

Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的模块化系统，它通过模块来组织代码，提高了系统的可维护性和性能。模块化系统的核心概念包括：

模块（Module）：由一组类文件、资源文件和模块描述文件组成，模块描述文件定义了模块的名称、依赖关系等信息。
包（Package）：模块内部的组织单元，用于隔离类和接口。
模块路径（Module Path）：指定了JVM查找模块的路径。

内存模型

JVM的内存模型分为以下几个区域：

堆（Heap）：存储几乎所有的对象实例，是动态分配的内存区域。堆内存是垃圾回收的主要场所。
栈（Stack）：存储局部变量和方法调用栈，是线程私有的内存区域。栈内存的分配和回收速度快，但空间有限。
方法区（Method Area）：存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等数据。方法区是共享的，多个线程可以访问。
PC寄存器：用于存储指向当前执行方法的指针。PC寄存器是线程私有的，每个线程都有自己的PC寄存器。

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无法分配更多内存的情况。常见的内存溢出场景包括：

无限循环导致的堆内存溢出：例如，一个死循环可能导致不断创建新的对象，最终耗尽堆内存。
大对象占用过多堆内存：例如，一个大型数组或对象可能占用大量内存，导致其他对象无法分配内存。
方法区内存溢出：例如，类定义过多或热部署可能导致方法区内存不足。

垃圾回收

垃圾回收（GC）是JVM自动回收不再使用的对象所占用的内存。垃圾回收的过程包括以下几个步骤：

GC Roots可达性分析：从GC Roots开始，向上遍历可达的对象，确定哪些对象是可达的。
标记（Marking）：标记可达的对象，以便后续回收。
清除（Sweeping）：清除未被标记的对象，释放内存。
整理（Compacting）：将存活对象移动到内存的一端，清理内存碎片。

垃圾回收算法

常见的垃圾回收算法包括：

标记-清除（Mark-Sweep）：先标记可达对象，再清除未被标记的对象。
复制（Copying）：将对象复制到另一个区域，并清除原区域的对象。
标记-整理（Mark-Compact）：标记-清除算法的改进，将存活对象移动到内存的一端，清除未存活对象的内存。

并发收集器

并发收集器允许垃圾回收与用户线程同时运行，减少停顿时间。常见的并发收集器包括：

CMS（Concurrent Mark Sweep）：以最短停顿时间为目标。
G1（Garbage-First）：将堆划分为多个区域，优先回收垃圾最多的区域。
ZGC（Z Garbage Collector）：以低延迟为目标的垃圾回收器。

停顿时间控制策略

JVM提供了多种策略来控制垃圾回收的停顿时间，如G1的并发标记阶段、CMS的初始标记和重新标记等。

性能调优

性能调优是提高JVM性能的关键，包括：

JVM参数配置：通过调整Xms、Xmx等参数来优化内存分配。
内存泄漏诊断：使用工具检测内存泄漏。
JIT编译优化：JIT编译器将字节码编译成机器码，提高执行效率。

【二、Spring Boot知识体系】

自动配置

Spring Boot的自动配置功能可以根据项目依赖自动配置Spring框架的Bean。其原理如下：

@EnableAutoConfiguration：启用自动配置。
条件化配置（@Conditional）：根据条件判断是否应用配置。
自定义Starter：创建自定义Starter，简化依赖管理。

起步依赖

起步依赖是Spring Boot的核心概念，它将相关的库打包在一起，方便开发者使用。起步依赖分为以下几个类别：

Spring Web起步依赖：包含Spring MVC、Thymeleaf等Web开发相关库。
Spring Data起步依赖：包含Spring Data JPA、MyBatis等数据库访问相关库。
Spring Security起步依赖：包含Spring Security相关库，用于实现身份验证和授权。

依赖管理机制

Spring Boot使用Maven或Gradle进行依赖管理，其中BOM（Bill of Materials）文件用于统一版本管理。BOM文件定义了项目中所有依赖的版本，确保项目中的所有依赖都使用相同的版本。

版本冲突解决

Spring Boot通过依赖树分析来避免版本冲突，并自动选择合适的版本。依赖树分析会根据项目依赖关系生成一个依赖树，并自动选择合适的版本，避免冲突。

第三方库集成模式

Spring Boot支持多种第三方库集成模式，如通过Starter依赖、配置文件等方式。例如，可以通过添加Spring Boot的Spring Data JPA起步依赖来集成Hibernate。

Actuator

Spring Boot Actuator提供了一系列端点，用于监控和管理应用程序。这些端点包括：

健康检查端点：检查应用程序的健康状态。
度量指标收集：收集应用程序的性能指标。
自定义Endpoint开发：自定义端点以满足特定需求。

配置文件管理

Spring Boot使用配置文件来管理应用程序的配置，支持多环境配置（如application-{profile}.yml）。配置文件支持以下格式：

properties：以键值对形式存储配置信息。
yml：以树形结构存储配置信息，支持数据嵌套。

配置加载优先级

Spring Boot按照以下顺序加载配置文件：

命令行参数。
Java系统属性。
命令行属性。
应用程序jar包内的application.properties或application.yml。
外部配置文件（如application-{profile}.properties或application-{profile}.yml）。

动态配置刷新

Spring Boot支持动态刷新配置，使得应用程序在运行时可以修改配置并立即生效。动态配置刷新可以通过Spring Cloud Config实现。

监控与日志

Spring Boot集成了Micrometer和Logback/SLF4J等监控和日志框架。Micrometer支持多种监控工具，如Prometheus、Grafana等。Logback和SLF4J提供了丰富的日志功能。

分布式链路追踪

Spring Boot支持分布式链路追踪，如Zipkin、Jaeger等。分布式链路追踪可以帮助开发者定位分布式系统中的问题。

扩展机制

Spring Boot提供了多种扩展机制，如：

自定义AutoConfigurationBean：自定义自动配置的Bean。
生命周期扩展点：在Bean的生命周期中插入自定义逻辑。
响应式编程支持：支持响应式编程，如Spring WebFlux。

通过以上知识点的串联和拓展，我们可以深入理解JVM和Spring Boot的核心概念和原理，从而在开发过程中更好地运用这些技术，提高应用程序的性能和可维护性。

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Java程序员廖志伟

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