JVM与Spring Boot核心知识

原创于 2025-08-02 09:40:11 发布 · 527 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。

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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 JVM的类加载机制是Java语言实现动态性、灵活性的核心。它通过类加载器将.class文件加载到JVM中，并转换为JVM可以直接使用的Java类型（Class）。这一机制包括类加载器、类信息、类加载过程和类加载器之间的关系。
- 类加载器：负责将类文件加载到JVM中。Java中有四种类型的类加载器：Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader、System ClassLoader和用户自定义类加载器。
- 类信息：包括类的全名、类文件格式、常量池、字段信息、方法信息等。
- 类加载过程：包括加载、验证、准备、解析和初始化五个阶段。
  - 加载：将类信息读入JVM，生成对应的Class对象。
  - 验证：确保类信息符合JVM规范，包括字节码验证、符号引用验证等。
  - 准备：为类变量分配内存并设置默认值。
  - 解析：将符号引用转换为直接引用。
  - 初始化：执行类的初始化代码，包括静态变量的赋值和静态代码块。
类加载过程类加载过程是JVM的核心功能之一，其目的是确保在运行时能够找到并使用所需的类。类加载过程包括加载、验证、准备、解析和初始化五个阶段。
- 加载：将类信息读入JVM，生成对应的Class对象。这一阶段主要完成类的定位和加载。
- 验证：确保类信息符合JVM规范，包括字节码验证、符号引用验证等。这一阶段主要防止运行时错误。
- 准备：为类变量分配内存并设置默认值。这一阶段主要完成内存分配和初始化。
- 解析：将符号引用转换为直接引用。这一阶段主要完成符号引用到直接引用的转换。
- 初始化：执行类的初始化代码，包括静态变量的赋值和静态代码块。这一阶段主要完成类的初始化。
双亲委派模型双亲委派模型是Java类加载机制的核心思想之一。它要求类加载器首先委托其父加载器进行加载，只有当父加载器无法加载时，才由自己尝试加载。这种模型确保了类型的一致性，避免了类替换的安全问题。
- 双亲委派模型的工作原理：当需要加载一个类时，子类加载器首先请求其父类加载器进行加载。如果父类加载器成功加载，则返回该类；如果父类加载器无法加载，则子类加载器尝试加载。
- 双亲委派模型的优点：确保了类型的一致性，避免了类替换的安全问题。
自定义类加载器自定义类加载器可以加载特定的类，实现代码隔离、热部署等功能。例如，可以创建一个WebAppClassLoader来加载Web应用中的类。
- 自定义类加载器的实现：通过继承ClassLoader类并重写findClass方法来实现自定义类加载器。
- 自定义类加载器的应用：可以实现代码隔离、热部署等功能。
模块化系统（JPMS） JPMS是Java 9引入的一种模块化系统，它将Java应用程序分解为独立的模块，提高了应用程序的可维护性、安全性和性能。
- 模块化系统的实现：通过使用module-info.java文件来定义模块，使用模块描述符来描述模块之间的依赖关系。
- 模块化系统的优点：提高了应用程序的可维护性、安全性和性能。
内存模型 JVM内存模型包括运行时数据区和PC寄存器。运行时数据区包括堆、栈、方法区和PC寄存器。
- 堆：用于存放几乎所有的对象实例，几乎所有的类都在这里分配内存。
- 栈：用于存放局部变量表、操作数栈、方法出口等信息，线程私有。
- 方法区：用于存放类信息、常量、静态变量等数据。
- PC寄存器：用于存储指向下一条指令的指针。
垃圾回收垃圾回收（GC）是一种自动管理内存的技术，它通过回收不再使用的对象来释放内存空间。
- GC Roots可达性分析：从GC Roots开始，向上遍历所有可达对象，剩余不可达对象即为垃圾。
- 分代收集理论：将内存分为新生代和旧生代，新生代采用复制算法，旧生代采用标记-清除或标记-整理算法。
- 引用类型：强引用、软引用、弱引用和虚引用。
垃圾回收算法
- 标记-清除算法：标记可达对象，清除不可达对象。
- 复制算法：将内存分为两个区域，新生代和旧生代，新生代采用复制算法，旧生代采用标记-清除或标记-整理算法。
- 整理算法：标记可达对象，然后移动内存中的对象，使所有存活对象连续存放。
并发收集器
- CMS（Concurrent Mark Sweep）：一种以最小化停顿时间为目标的并发收集器。
- G1（Garbage-First）：一种以预测停顿时间为目标的并发收集器。
- ZGC（Z Garbage Collector）：一种低延迟的垃圾回收器。
停顿时间控制策略
- 增量式GC：在垃圾回收过程中，逐步增加垃圾回收时间，直至达到目标停顿时间。
- 增量调整式GC：在垃圾回收过程中，根据实际情况调整垃圾回收时间，以实现更精准的停顿时间控制。
性能调优
- JVM参数配置：通过配置Xms、Xmx等参数来调整JVM内存。
- 内存泄漏诊断：使用工具（如JProfiler、VisualVM等）检测内存泄漏。
- JIT编译优化：JIT编译器对Java字节码进行优化，提高程序执行效率。

二、Spring Boot知识体系

自动配置 Spring Boot通过自动配置来简化项目搭建过程，它根据项目依赖自动配置相关组件。
- 自动配置的原理：通过Spring的类路径扫描，找到所有标注了@Configuration的类，并将它们注册为Bean，实现自动配置。
- 自动配置的应用：可以自动配置数据库连接、Web服务器、安全框架等。
@EnableAutoConfiguration原理 @EnableAutoConfiguration注解是自动配置的核心。它通过Spring的类路径扫描，找到所有标注了@Configuration的类，并将它们注册为Bean，实现自动配置。
- @EnableAutoConfiguration的原理：通过Spring的类路径扫描，找到所有标注了@Configuration的类，并将它们注册为Bean，实现自动配置。
- @EnableAutoConfiguration的应用：可以自动配置数据库连接、Web服务器、安全框架等。
条件化配置（@Conditional）条件化配置允许在特定条件下应用配置。例如，当项目包含特定依赖时，才应用相关配置。
- 条件化配置的原理：通过@Conditional注解，根据条件判断是否应用配置。
- 条件化配置的应用：可以实现根据不同环境配置不同的配置项。
自定义Starter开发自定义Starter可以帮助其他开发者快速集成项目依赖。
- 自定义Starter的开发：通过创建一个包含依赖和自动配置的Maven项目来实现自定义Starter。
- 自定义Starter的应用：可以将自定义Starter添加到项目的依赖中，实现自动配置。
起步依赖起步依赖（Starters）是Spring Boot项目中的依赖管理机制，它简化了依赖的添加和管理。
- 起步依赖的原理：通过在Maven或Gradle项目中添加对应的Starter依赖，实现自动配置。
- 起步依赖的应用：可以简化依赖的添加和管理，提高开发效率。
依赖管理机制（BOM文件） BOM（Bill of Materials）文件定义了项目中所有依赖的版本信息，确保版本的一致性。
- BOM文件的原理：通过定义一个BOM文件，包含项目中所有依赖的版本信息，确保版本的一致性。
- BOM文件的应用：可以确保项目中所有依赖的版本一致，避免版本冲突。
版本冲突解决解决版本冲突的方法包括：使用BOM文件、选择兼容版本、使用依赖管理工具（如Maven、Gradle）。
- 版本冲突的原理：当项目中存在多个依赖版本冲突时，需要选择一个兼容版本或使用依赖管理工具解决。
- 版本冲突的应用：可以使用BOM文件、选择兼容版本、使用依赖管理工具解决版本冲突。
第三方库集成模式 Spring Boot支持多种第三方库集成模式，包括：声明式集成、编程式集成、事件驱动集成等。
- 第三方库集成模式的原理：根据不同的集成需求，选择合适的集成模式。
- 第三方库集成模式的应用：可以实现与第三方库的集成，提高开发效率。
Actuator Actuator是一个端点集合，可以用于监控、管理和度量Spring Boot应用程序。
- Actuator的原理：通过提供一系列端点，实现对Spring Boot应用程序的监控和管理。
- Actuator的应用：可以用于监控应用程序的性能、健康状态、配置信息等。
健康检查端点健康检查端点用于检查应用程序是否正常运行，例如：/health、/info等。
- 健康检查端点的原理：通过提供健康检查端点，实现对应用程序健康状态的检查。
- 健康检查端点的应用：可以用于监控应用程序的健康状态，及时发现并解决问题。
度量指标收集度量指标收集用于收集应用程序的性能数据，例如：CPU、内存、磁盘等。
- 度量指标收集的原理：通过提供度量指标收集端点，实现对应用程序性能数据的收集。
- 度量指标收集的应用：可以用于监控应用程序的性能，及时发现并解决问题。
自定义Endpoint开发自定义Endpoint可以扩展Actuator的功能，满足特定需求。
- 自定义Endpoint的开发：通过创建自定义端点并实现相应的接口来实现自定义Endpoint。
- 自定义Endpoint的应用：可以扩展Actuator的功能，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信息，包括：application.properties、application.yml等。
- 配置文件管理的原理：通过配置文件来管理应用程序的配置信息。
- 配置文件管理的应用：可以方便地管理应用程序的配置信息。
多环境配置（application-{profile}.yml）多环境配置允许为不同环境（如开发、测试、生产）定义不同的配置。
- 多环境配置的原理：通过为不同环境创建不同的配置文件来实现多环境配置。
- 多环境配置的应用：可以方便地为不同环境配置不同的配置信息。
配置加载优先级配置加载优先级决定配置文件的加载顺序，例如：优先加载application-dev.yml。
- 配置加载优先级的原理：通过配置文件的加载顺序来决定配置加载优先级。
- 配置加载优先级的应用：可以确保配置文件的正确加载。
动态配置刷新动态配置刷新允许在应用程序运行过程中更新配置。
- 动态配置刷新的原理：通过提供动态配置刷新端点，实现对配置的实时更新。
- 动态配置刷新的应用：可以方便地在应用程序运行过程中更新配置。
监控与日志 Spring Boot集成Micrometer进行监控，集成Logback/SLF4J进行日志配置。
- 监控与日志的原理：通过集成Micrometer和Logback/SLF4J，实现对应用程序的监控和日志配置。
- 监控与日志的应用：可以方便地监控应用程序的性能和日志配置。
分布式链路追踪 Spring Boot支持分布式链路追踪，例如：Zipkin、Jaeger等。
- 分布式链路追踪的原理：通过集成Zipkin、Jaeger等工具，实现对分布式系统的链路追踪。
- 分布式链路追踪的应用：可以方便地追踪分布式系统的调用链路，定位问题。
扩展机制 Spring Boot提供多种扩展机制，例如：自定义AutoConfiguration、Bean生命周期扩展点等。
- 扩展机制的原理：通过提供扩展机制，允许开发者扩展Spring Boot的功能。
- 扩展机制的应用：可以扩展Spring Boot的功能，满足特定需求。
响应式编程支持 Spring Boot支持响应式编程，例如：WebFlux、Spring Websocket等。
- 响应式编程支持的原理：通过集成WebFlux、Spring Websocket等框架，实现对响应式编程的支持。
- 响应式编程支持的应用：可以方便地实现响应式编程，提高开发效率。

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Java程序员廖志伟

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