📕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
类加载机制
在Java虚拟机（JVM）中，类加载机制是一个至关重要的过程，它确保了Java程序的运行时能够访问到所需的类定义。类加载的过程可以分为三个主要阶段：加载、连接和初始化。
- 加载（Loading）：类加载器负责将类定义从
.class文件加载到JVM中。这个过程涉及到以下几个步骤：首先，通过文件系统定位.class文件；然后，将文件内容读入内存；最后，创建一个代表该类的Class对象。 - 连接（Linking）：在连接阶段，JVM会检查类的内部结构是否正确，并解析类中的符号引用。符号引用是指向方法的类型签名和变量的符号名称，而直接引用是指向方法在运行时内存中的地址。这一阶段包括验证、准备和解析三个子阶段。
- 验证：确保类的结构符合JVM规范，没有安全风险。
- 准备：为类变量分配内存，并设置默认初始值。
- 解析：将符号引用转换为直接引用。
- 初始化（Initialization）：初始化阶段是类加载过程的最后一步，它负责执行类构造器（
<clinit>()），初始化类变量。
双亲委派模型
双亲委派模型是一种类加载策略，它要求类加载器首先请求其父类加载器加载类，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加载。这种模型有助于避免类的重复加载，并保证类型安全。
- 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：负责加载
<JAVA_HOME>/lib目录中的类库和JRE库。 - 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：负责加载
<JAVA_HOME>/lib/ext目录中的类库。 - 应用程序类加载器（Application ClassLoader）：负责加载用户应用程序中的类。
自定义类加载器
自定义类加载器允许开发者实现特定的类加载逻辑，例如实现网络类加载器来从网络上加载类。自定义类加载器需要继承java.lang.ClassLoader类，并重写findClass方法。
模块化系统（JPMS）
Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的模块化系统，它将JVM和Java应用程序分解为更小的、可管理的模块。模块化系统通过模块描述符（module-info.java）来定义模块的依赖关系和权限。
内存模型
JVM的内存模型是JVM运行时内存的抽象表示，它包括以下区域：
- 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和数组的内存区域。堆的大小可以通过JVM参数来调整。
- 栈：每个线程都有自己的栈，用于存放局部变量和方法调用。栈的大小通常较小，且固定。
- 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。方法区的大小可以通过JVM参数来调整。
- PC寄存器：用于存放指向下一条指令的地址。
内存溢出场景分析
内存溢出是指程序在运行过程中请求的内存超过了JVM能够分配的最大内存。常见的内存溢出场景包括：
- 创建过大的对象：当创建的对象占用内存超过JVM的最大堆内存时，会抛出
java.lang.OutOfMemoryError异常。 - 循环引用：循环引用会导致垃圾回收器无法回收对象，从而占用内存。
- 内存泄漏：当不再需要的对象没有被正确释放时，会导致内存泄漏。
垃圾回收
垃圾回收（GC）是JVM自动内存管理的一部分，用于回收不再使用的对象占用的内存。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，不可达的对象将被回收。
- 分代收集理论：将堆内存分为年轻代和老年代，分别采用不同的回收策略。
- 引用类型：Java中的引用类型包括强引用、软引用、弱引用和虚引用，它们对垃圾回收有不同的影响。
- 垃圾回收算法：包括标记-清除（Mark-Sweep）、复制（Copying）和整理（Compacting）算法。
- 并发收集器：如CMS（Concurrent Mark Sweep）和G1（Garbage-First），它们在用户线程运行时进行垃圾回收，以减少停顿时间。
- 停顿时间控制策略：如G1的停顿时间目标（Pause Time Goal）。
性能调优
性能调优是优化JVM运行效率的过程，包括以下几个方面：
- JVM参数配置：通过配置Xms、Xmx等参数来调整堆内存大小。
- 内存泄漏诊断：使用工具如JProfiler或VisualVM来诊断内存泄漏。
- JIT编译优化：JVM的即时编译器（JIT）可以优化字节码，提高程序运行效率。
二、Spring Boot知识体系
自动配置
Spring Boot的自动配置是基于条件化配置的，它会根据类路径下添加的jar依赖自动配置Spring框架的Bean。@EnableAutoConfiguration注解是自动配置的核心。
- 自动配置原理：
@EnableAutoConfiguration通过Spring的类路径扫描机制，根据添加的jar依赖自动配置相应的Bean。它会查找所有带有@Configuration注解的类，并使用@Conditional注解来决定是否应用这些配置。 - 条件化配置（@Conditional）：
@Conditional注解允许根据特定的条件来决定是否应用配置。例如，@ConditionalOnClass可以根据类路径下是否存在某个类来决定是否应用配置。
@EnableAutoConfiguration原理
@EnableAutoConfiguration的实现原理涉及到以下几个关键步骤：
- 扫描类路径：
@EnableAutoConfiguration注解会扫描类路径下所有带有@Configuration注解的类。 - 匹配条件：根据类路径下添加的jar依赖，匹配相应的
@Conditional注解。 - 配置Bean：将匹配成功的配置应用到Spring容器中。
条件化配置（@Conditional）
@Conditional注解允许根据特定的条件来决定是否应用配置。常见的条件化配置包括：
- @ConditionalOnClass：当类路径下存在某个类时，应用配置。
- @ConditionalOnMissingClass：当类路径下不存在某个类时，应用配置。
- @ConditionalOnBean：当Spring容器中存在某个Bean时，应用配置。
- @ConditionalOnMissingBean：当Spring容器中不存在某个Bean时，应用配置。
自定义Starter开发
自定义Starter可以帮助开发者创建可重用的模块，其他开发者可以通过添加依赖来使用这些模块。自定义Starter通常需要以下几个步骤：
- 创建Maven项目：使用Spring Initializr创建一个Maven项目。
- 添加依赖：添加Spring Boot和所需的依赖。
- 实现Starter：实现
spring-boot-starter接口，并添加所需的配置。 - 打包：将Starter打包为jar文件。
起步依赖
起步依赖是Spring Boot的核心特性之一，它提供了一套预定义的依赖，开发者可以通过添加起步依赖来快速构建Spring应用。起步依赖通常包含以下几种类型：
- Spring Web起步依赖：用于构建Web应用。
- Spring Data起步依赖：用于构建数据访问应用。
- Spring Security起步依赖：用于构建安全应用。
依赖管理机制（BOM文件）
BOM（Bill of Materials）文件是用于管理依赖版本的文件，它可以帮助开发者避免版本冲突。BOM文件定义了所有依赖的版本信息，并确保所有依赖的版本一致。
版本冲突解决
解决版本冲突的方法包括：
- 使用BOM文件：通过BOM文件来管理依赖版本，确保所有依赖的版本一致。
- 使用依赖锁定策略：在
pom.xml或build.gradle文件中使用依赖锁定策略，指定依赖的版本。
第三方库集成模式
Spring Boot支持多种第三方库的集成模式，包括声明式集成和编程式集成。
- 声明式集成：通过添加起步依赖和使用注解来集成第三方库。
- 编程式集成：通过编写代码来集成第三方库。
Actuator
Spring Boot Actuator提供了一系列端点，用于监控和管理Spring应用。例如，/health端点可以用于检查应用的健康状态。
- 健康检查端点：健康检查端点允许开发者自定义应用的检查逻辑，例如检查数据库连接、缓存状态等。
- 度量指标收集：Spring Boot Actuator可以收集应用的度量指标，例如内存使用情况、HTTP请求统计等。
- 自定义Endpoint开发：开发者可以自定义Endpoint来扩展Actuator的功能。
配置文件管理
Spring Boot支持多环境配置，通过application-{profile}.yml文件来定义不同环境的配置。
- 配置文件优先级：Spring Boot会根据配置文件的优先级来加载配置，例如，
application.yml的优先级高于application-dev.yml。 - 动态配置刷新：Spring Boot支持动态刷新配置，允许在运行时更改配置而无需重启应用。
监控与日志
Spring Boot提供了多种监控和日志配置选项，例如使用Micrometer集成监控，使用Logback或SLF4J配置日志。
- 监控：使用Micrometer集成监控，可以收集应用的度量指标，例如内存使用情况、HTTP请求统计等。
- 日志：使用Logback或SLF4J配置日志，可以设置日志级别、日志格式和日志输出位置。
分布式链路追踪
Spring Boot支持分布式链路追踪，例如使用Zipkin或Jaeger。
- 分布式链路追踪：分布式链路追踪可以帮助开发者追踪分布式应用的请求路径，例如跟踪数据库操作、调用其他服务等情况。
扩展机制
Spring Boot提供了多种扩展机制，例如自定义AutoConfigurationBean、生命周期扩展点等。
- 自定义AutoConfigurationBean：开发者可以自定义AutoConfigurationBean来扩展Spring Boot的功能。
- 生命周期扩展点：Spring Boot提供了生命周期扩展点，例如
@PostConstruct和@PreDestroy注解，用于在Bean的生命周期中执行特定的操作。
响应式编程支持
Spring Boot支持响应式编程，例如使用Spring WebFlux构建异步、非阻塞的Web应用。
- 响应式编程：响应式编程是一种编程范式，它允许程序以异步、非阻塞的方式处理事件。
- Spring WebFlux：Spring WebFlux是Spring框架的一个模块，它支持响应式编程，并用于构建异步、非阻塞的Web应用。
通过以上知识点的串联，我们可以更深入地理解JVM和Spring Boot的工作原理，并能够将它们应用到实际的项目开发中，实现高效、可维护的Java应用。
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