📕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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JVM知识体系
类加载机制
类加载机制在JVM中扮演着至关重要的角色，它负责将Java源代码编译生成的.class文件转换为JVM可以直接运行的形式。类加载过程涉及以下几个关键步骤：
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加载：这一阶段由类加载器完成，负责查找和加载指定名称的类。在加载过程中，类加载器会从指定的类路径（Classpath）中寻找.class文件。在Java 9及以后的版本中，类路径由模块路径（Module Path）替代，同时引入了模块化系统。
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验证：验证阶段是确保加载的类信息符合JVM规范，没有安全问题。这一过程包括：
- 文件格式验证：检查文件是否是有效的.class文件。
- 元数据验证：验证类文件中的元数据是否符合JVM规范。
- 字节码验证：检查字节码的合法性和安全性。
- 符号引用验证：验证符号引用是否指向正确的类、字段和方法。
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准备：在准备阶段，为类变量分配内存，并设置默认初始值。对于基本数据类型，默认值为0；对于对象类型，默认值为null。
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解析：解析阶段将类、接口、字段和方法的符号引用转换为直接引用。符号引用是指向类、字段或方法的名称和类型，而直接引用是指向实际对象的指针或偏移量。
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初始化：初始化阶段是执行类构造器 ()方法的过程，这个方法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。
双亲委派模型
双亲委派模型是一种安全机制，它规定除了顶层的启动类加载器以外，其余的类加载器都应当有自己的父类加载器。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加载该类，只有当父类加载器无法完成这个请求时，子类加载器才会尝试自己去加载这个类。这种模型可以避免类的重复加载，同时防止核心API被随意篡改。
自定义类加载器
在特定情况下，开发者可能需要创建自定义类加载器，例如，为了加载特定来源的类或实现特殊的加载逻辑。自定义类加载器可以通过继承ClassLoader类或实现ClassLoader接口来创建。在实现自定义类加载器时，需要重写以下方法：
findClass(String name): 负责查找并返回指定的类。loadClass(String name): 调用findClass方法，并处理加载过程中可能出现的异常。
模块化系统（JPMS）
Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的一种模块化机制，它允许开发者将Java程序组织成多个模块，每个模块可以独立编译和部署。模块化系统提供以下优点：
- 独立性：模块可以独立编译和部署，降低了依赖性。
- 可重用性：模块可以方便地重用于其他项目。
- 安全性：模块可以限制访问权限，提高了安全性。
内存模型
JVM的内存模型包括以下几个运行时数据区：
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堆：堆是所有线程共享的内存区域，用于存放几乎所有的对象实例。堆内存是动态分配的，垃圾回收主要发生在堆上。
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栈：栈是线程私有的内存区域，用于存放线程运行时产生的局部变量。栈内存分配速度快，但空间有限。
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方法区：方法区用于存放已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等数据。方法区是永久代，但在Java 8及以后的版本中，永久代已被元空间替代。
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PC寄存器：每个线程都有一个程序计数器，用于指示下一条要执行的指令。程序计数器是线程私有的，独立于堆栈。
内存溢出场景分析
内存溢出通常发生在以下场景：
- 创建对象过多，导致堆内存不足。例如，在循环中不断创建对象，而垃圾回收无法及时释放内存。
- 代码存在内存泄漏，长时间占用内存。例如，静态变量指向的对象长时间无法被垃圾回收。
垃圾回收
垃圾回收（GC）是JVM自动回收不再使用的内存的过程。垃圾回收算法包括以下几种：
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标记-清除：首先标记所有可达对象，然后清除未被标记的对象。
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复制算法：将内存分为两个相等的部分，每次只使用其中一个部分。当使用完毕后，将存活对象复制到另一个部分，清空原来的部分。
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标记-整理：在标记-清除算法的基础上，对堆内存进行整理，以减少内存碎片。
并发收集器允许GC和应用程序同时运行，如CMS（Concurrent Mark Sweep）和G1（Garbage-First）。并发收集器可以减少停顿时间，提高应用程序的性能。
引用类型
在Java中，对象引用的类型有四种：强引用、软引用、弱引用和虚引用。
- 强引用：默认的引用类型，当对象被强引用时，垃圾回收器不会回收它。
- 软引用：用于缓存，当内存不足时，垃圾回收器会回收软引用指向的对象。
- 弱引用：类似于软引用，但弱引用允许垃圾回收器在任何时候回收它。
- 虚引用：用于跟踪对象何时被回收。
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。
- 标记-清除：首先标记所有可达对象，然后清除未被标记的对象。
- 复制算法：将内存分为两个相等的部分，每次只使用其中一个部分。当使用完毕后，将存活对象复制到另一个部分，清空原来的部分。
- 整理算法：在标记-清除算法的基础上，对堆内存进行整理，以减少内存碎片。
并发收集器
并发收集器允许GC和应用程序同时运行，如CMS（Concurrent Mark Sweep）和G1（Garbage-First）。并发收集器可以减少停顿时间，提高应用程序的性能。
停顿时间控制策略
JVM提供了多种停顿时间控制策略，如G1的并发标记阶段和并发清理阶段。
性能调优
JVM参数配置（如-Xms、-Xmx）和内存泄漏诊断是性能调优的重要手段。性能调优需要根据具体的应用场景和性能瓶颈进行。
Spring Boot知识体系
自动配置
Spring Boot通过自动配置功能，自动配置Spring应用所需的Bean。自动配置的实现原理如下：
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条件化配置：
@Conditional注解允许在配置过程中根据特定的条件选择性地应用配置。例如，当应用程序包含某些类或包时，才应用相应的配置。 -
自动配置原理：
@EnableAutoConfiguration注解是Spring Boot自动配置的核心。它通过条件化配置来实现自动配置。在启动过程中，Spring Boot会根据类路径中存在的类和包，自动配置所需的Bean。
Actuator
Actuator是Spring Boot的一个模块，它提供了健康检查、度量指标收集、自定义Endpoint等功能。以下是Actuator的几个关键功能：
-
健康检查端点：健康检查端点可以用来检查应用的运行状态。例如，可以通过
/health端点获取应用的健康信息。 -
度量指标收集：度量指标收集可以用来监控应用的性能。例如，可以通过
/metrics端点获取应用的度量信息。 -
自定义Endpoint开发：开发者可以自定义Endpoint来提供额外的监控和配置功能。例如，可以创建一个自定义的Endpoint来获取自定义的监控数据。
配置文件管理
Spring Boot使用配置文件来管理应用的配置信息。以下是配置文件管理的关键特性：
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多环境配置：Spring Boot支持多环境配置，例如，可以通过
application-dev.yml和application-prod.yml来区分开发和生产环境。 -
配置加载优先级：Spring Boot按照优先级加载配置文件。例如，
application.yml的优先级高于application-dev.yml。 -
动态配置刷新：Spring Boot支持动态配置刷新，允许在运行时更新配置。
监控与日志
Spring Boot集成了Micrometer用于监控，并支持Logback/SLF4J配置。以下是监控与日志的关键特性：
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监控：Micrometer支持多种监控工具，例如，可以通过Micrometer将应用的性能指标发送到Prometheus、Grafana等监控平台。
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日志：Spring Boot支持Logback/SLF4J配置，允许开发者自定义日志级别、日志格式等。
分布式链路追踪
Spring Boot支持分布式链路追踪，例如，可以通过Zipkin、Jaeger等工具追踪分布式系统的调用链路。
扩展机制
Spring Boot提供了多种扩展机制，例如，可以通过自定义AutoConfigurationBean和生命周期扩展点来扩展Spring Boot的功能。
响应式编程支持
Spring Boot支持响应式编程，例如，可以通过Spring WebFlux实现非阻塞的Web应用程序。
通过以上对JVM和Spring Boot知识体系的详细描述，我们可以看出这两个技术是如何相互关联和影响的。JVM作为Java语言的运行时环境，为Spring Boot提供了运行的基础，而Spring Boot则是在JVM之上构建的，为开发者提供了便捷的开发和部署体验。在实际应用中，理解这两个技术体系，可以帮助开发者更好地开发、调试和优化Java应用。
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