JVM与Spring Boot深度解析

📕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。

🌾阅读前，快速浏览目录和章节概览可帮助了解文章结构、内容和作者的重点。了解自己希望从中获得什么样的知识或经验是非常重要的。建议在阅读时做笔记、思考问题、自我提问，以加深理解和吸收知识。阅读结束后，反思和总结所学内容，并尝试应用到现实中，有助于深化理解和应用知识。与朋友或同事分享所读内容，讨论细节并获得反馈，也有助于加深对知识的理解和吸收。💡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。

JVM知识体系详解

类加载机制

在Java虚拟机（JVM）中，类加载机制是确保Java代码能够被安全、高效执行的关键组成部分。它负责在运行时将Java类文件转换成JVM能够理解的形式，即Class对象，并确保类在内存中的唯一性。

1. 加载：这个阶段涉及到类的查找、加载和链接。类加载器负责查找和加载类的字节码文件，将其转换成Class对象。加载过程包括：

   • 查找：通过类加载器指定的查找路径（如classpath）查找类文件。
   • 加载：将类文件加载到JVM中，并存储在方法区。
   • 验证：确保类的结构符合JVM规范，没有安全漏洞。
   • 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。

2. 连接：连接阶段包括：

   • 验证：确保类信息符合JVM规范，没有安全漏洞。
   • 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。

3. 初始化：初始化阶段执行类定义中的静态初始化器和静态代码块。

类加载过程

类加载过程是一个复杂的过程，涉及到以下步骤：

• 加载：查找并加载类的二进制数据，通常由启动类加载器完成。
• 验证：确保类信息符合JVM规范，没有安全漏洞。
• 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，如静态初始化器和静态代码块。

双亲委派模型

双亲委派模型是JVM中类加载器的一个核心机制，它要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都委托给父类加载器进行加载。这种模型确保了类型安全，防止了类加载过程中的安全问题。

自定义类加载器

自定义类加载器允许开发者控制类的加载过程，这在实现模块化系统、热部署等功能时非常有用。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引入的一种模块化系统，它允许开发者将应用程序拆分成独立的模块，每个模块只包含必需的代码和资源。JPMS通过模块描述文件（module-info.java）来定义模块的依赖关系和模块的权限。

内存模型

JVM的内存模型包括以下部分：

• 堆：存储所有实例对象和数组的内存区域，是垃圾回收的主要区域。
• 栈：存储局部变量和方法调用的内存区域，是线程私有的。
• 方法区：存储类信息、常量、静态变量等，是所有线程共享的。
• PC寄存器：每个线程都有一个PC寄存器，用于存储当前正在执行的指令的地址。

内存溢出场景分析

内存溢出通常发生在以下场景：

• 堆内存溢出：当堆内存分配失败时，会抛出java.lang.OutOfMemoryError异常。常见的原因包括创建过多对象或单个对象占用过大。
• 栈内存溢出：当栈内存分配失败时，会抛出java.lang.StackOverflowError异常。常见的原因是方法调用太深。
• 方法区溢出：当方法区分配失败时，会抛出java.lang.OutOfMemoryError异常。常见的原因是类太多或单个类占用过大。

垃圾回收

垃圾回收（GC）是JVM自动回收不再使用的对象的过程。GC的主要算法包括：

• 标记-清除：标记所有可回收的对象，然后清除这些对象。
• 复制算法：将堆分为两个部分，每次只使用其中一部分，当这一部分满了，就复制到另一部分。
• 整理算法：标记-清除算法的改进版本，减少内存碎片。

GC Roots可达性分析

GC Roots是垃圾回收器查找对象引用的起点。GC Roots包括：

• 栈帧中的局部变量表。
• 方法区中的静态变量。
• 常量池。
• 线程的上下文类信息。

分代收集理论

JVM将堆内存分为不同的代，如新生代（Young）、老年代（Old）等。不同代的对象有不同的回收策略。

引用类型

在Java中，对象引用分为以下类型：

• 强引用：默认的引用类型，不会被垃圾回收器回收。
• 软引用：在内存不足时可以被垃圾回收器回收。
• 弱引用：比软引用更易被回收。
• 虚引用：没有实际引用，但可以被垃圾回收器回收。

垃圾回收算法

除了上述提到的算法，还有以下垃圾回收算法：

• 标记-整理：结合标记-清除和复制算法的优点。
• 并发收集器：在应用程序运行时进行垃圾回收，如CMS（Concurrent Mark Sweep）和G1（Garbage-First）。

停顿时间控制策略

为了减少停顿时间，JVM提供了多种策略，如G1的预测停顿时间目标。

性能调优

性能调优涉及调整JVM参数，如Xms（初始堆大小）、Xmx（最大堆大小）等。

内存泄漏诊断

内存泄漏是指程序中某个部分无法释放已经分配的内存。诊断内存泄漏通常使用工具如MAT（Memory Analyzer Tool）。

JIT编译优化

JIT编译器在运行时将Java字节码编译成本地机器代码，以提高性能。

Spring Boot知识体系详解

自动配置

Spring Boot的自动配置是它的核心特性之一。通过自动配置，Spring Boot可以自动配置大部分Spring应用。自动配置的实现依赖于条件化配置，即根据项目依赖和配置信息来决定是否启用某些配置。

@EnableAutoConfiguration原理

@EnableAutoConfiguration注解通过条件化配置来实现自动配置。当发现类路径下有某个自动配置类时，Spring Boot会根据类路径下的条件配置类来决定是否启用自动配置。

条件化配置（@Conditional）

条件化配置允许基于特定条件来启用或禁用某些配置。条件化配置可以通过注解来实现，例如@ConditionalOnClass、@ConditionalOnMissingBean等。

自定义Starter开发

自定义Starter可以帮助开发者快速集成第三方库。开发自定义Starter通常需要创建一个Maven或Gradle项目，并添加必要的依赖和配置。

起步依赖

起步依赖是Spring Boot项目的最小依赖集合。它包含了Spring Boot的核心库以及常用的依赖库，如Spring Web、Spring Data等。

依赖管理机制

Spring Boot使用Maven或Gradle来管理依赖。BOM（Bill of Materials）文件可以用来解决版本冲突问题。

版本冲突解决

Spring Boot使用BOM文件来解决依赖之间的版本冲突。BOM文件定义了依赖库的版本，确保了依赖的一致性。

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。声明式集成通常通过注解来实现，而编程式集成则需要手动配置。

Actuator

Spring Boot Actuator提供了健康检查、度量指标收集等功能。通过Actuator，开发者可以监控和管理Spring Boot应用程序。

健康检查端点

健康检查端点允许开发者检查应用程序的健康状况。通过HTTP请求访问健康检查端点，可以获取应用程序的健康状态信息。

度量指标收集

度量指标收集允许开发者收集应用程序的性能数据。Spring Boot提供了多种度量指标收集方式，如使用Micrometer和Prometheus。

自定义Endpoint开发

可以通过实现Endpoint接口来自定义健康检查端点。自定义Endpoint可以提供额外的健康检查信息。

配置文件管理

Spring Boot支持多环境配置，通过application-{profile}.yml文件来实现。不同的配置文件可以针对不同的环境进行配置。

配置加载优先级

配置加载优先级取决于配置文件的路径。配置文件的路径越靠前，其配置的优先级越高。

动态配置刷新

Spring Boot支持动态刷新配置，以便在运行时更新配置。动态配置刷新可以使用Spring Cloud Config或Spring Cloud Bus来实现。

监控与日志

Spring Boot提供了监控和日志功能，可以使用Micrometer和Logback/SLF4J。通过监控和日志，开发者可以了解应用程序的运行状态和性能。

分布式链路追踪

Spring Boot支持分布式链路追踪，如Zipkin和Jaeger。分布式链路追踪可以帮助开发者了解应用程序的调用链路和性能问题。

扩展机制

Spring Boot提供了扩展机制，允许开发者扩展Spring Boot的功能。扩展机制包括实现特定的接口、配置文件和注解等。

自定义AutoConfigurationBean生命周期扩展点

可以通过实现特定的接口来扩展AutoConfigurationBean的生命周期。自定义生命周期扩展点可以用于在类加载、初始化和销毁阶段执行特定的操作。

响应式编程支持

Spring Boot支持响应式编程，通过Spring WebFlux实现。响应式编程可以帮助开发者构建高性能、可扩展的应用程序。

通过以上对JVM和Spring Boot知识体系的详细描述，我们可以看到这两个技术栈之间的紧密联系。JVM提供了Java程序的运行环境，而Spring Boot则在这个环境中提供了一套高效的开发框架。这两个知识体系的学习和掌握对于成为一名优秀的Java开发者至关重要。

📥博主的人生感悟和目标

希望各位读者大大多多支持用心写文章的博主，现在时代变了，信息爆炸，酒香也怕巷子深，博主真的需要大家的帮助才能在这片海洋中继续发光发热，所以，赶紧动动你的小手，点波关注❤️，点波赞👍，点波收藏⭐，甚至点波评论✍️，都是对博主最好的支持和鼓励！

- 💂 博客主页： Java程序员廖志伟
- 👉 开源项目： Java程序员廖志伟
- 🌥 哔哩哔哩： Java程序员廖志伟
- 🎏 个人社区： Java程序员廖志伟
- 🔖 个人微信号： SeniorRD

📙经过多年在优快云创作上千篇文章的经验积累，我已经拥有了不错的写作技巧。同时，我还与清华大学出版社签下了四本书籍的合约，并将陆续出版。这些书籍包括了基础篇、进阶篇、架构篇的📌《Java项目实战—深入理解大型互联网企业通用技术》📌，以及📚《解密程序员的思维密码--沟通、演讲、思考的实践》📚。具体出版计划会根据实际情况进行调整，希望各位读者朋友能够多多支持！

🔔如果您需要转载或者搬运这篇文章的话，非常欢迎您私信我哦~