JVM与Spring Boot知识精讲

📕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。

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一、JVM知识体系

1. 类加载机制

类加载机制在JVM中扮演着至关重要的角色，它负责将字节码文件转换成JVM能够理解和执行的形式。这一过程涉及以下几个关键步骤：

• 加载：类加载器负责将类文件从文件系统或网络中读取到JVM中。在Java中，类加载器分为启动类加载器、扩展类加载器和应用程序类加载器。启动类加载器负责加载JVM核心类库，如rt.jar；扩展类加载器加载JDK扩展库；应用程序类加载器负责加载应用程序代码。

• 验证：这一步骤确保类文件的字节码结构符合JVM规范，包括字节码的版本、访问权限、字段和方法定义等。验证过程包括四个阶段：类文件结构验证、数据验证、符号引用验证和类结构验证。

• 准备：为类变量分配内存并设置默认初始值。这里所说的内存是方法区中的一部分，而不是堆内存。对于基本数据类型，如int、float等，其默认值为0；对于对象引用，默认值为null。

• 解析：将符号引用转换为直接引用。符号引用是指类、接口、字段和方法的名称和字段的签名，而直接引用是指直接指向方法的内存地址或字段在类中的内存地址。

• 初始化：执行类构造器（ ()方法），为类变量赋予正确的初始值。这一步骤包括初始化静态变量、执行静态代码块和调用父类的 ()方法。

2. 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委托其父类加载器尝试加载类，只有当父类加载器无法加载时，才由自己尝试加载。这种模型保证了类加载的安全性，避免了类冲突。

3. 自定义类加载器

自定义类加载器允许开发者根据需求自定义类加载过程，例如，加载特定类路径下的类、实现热部署等。自定义类加载器需要继承ClassLoader类并重写findClass()方法。

4. 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应用程序分解为独立的模块，以提高系统性能和安全性。模块化系统通过模块描述文件（module-info.java）定义模块的依赖关系。

5. 内存模型

JVM的内存模型包括运行时数据区和PC寄存器。运行时数据区分为以下几个部分：

• 堆：存储所有类的实例和数组的对象。堆内存是JVM管理的最大一块内存，也是垃圾回收的主要区域。
• 栈：存储局部变量和方法调用栈。栈内存是线程私有的，线程之间互不干扰。
• 方法区：存储类信息、常量、静态变量等。方法区是永久代（Perm）的替代品，在JVM启动时创建。
• PC寄存器：用于存储当前线程所执行的指令的地址。

6. 内存溢出场景分析

内存溢出是指程序使用的内存超过了JVM允许的最大内存。常见的内存溢出场景包括：

• 创建大量对象：频繁地创建对象会导致堆内存不足。
• 循环引用：循环引用会导致垃圾回收器无法回收对象，从而消耗大量内存。
• 长时间占用内存：某些操作（如文件读写）会占用大量内存，长时间占用会导致内存溢出。

7. 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：

• 标记-清除：从GC Roots开始，向上遍历对象图，标记可达对象，然后清除不可达对象。
• 复制算法：将对象分为新生代和老年代，新生代使用复制算法进行垃圾回收，老年代使用标记-清除或标记-整理算法。
• 整理算法：在标记-清除算法的基础上，将存活对象移动到内存的一端，释放另一端的内存空间。

二、Spring Boot知识体系

1. 自动配置

Spring Boot的自动配置功能能够根据项目依赖自动配置Spring应用程序。自动配置的关键在于@EnableAutoConfiguration注解，它通过分析项目依赖，自动配置Spring应用程序。

2. @EnableAutoConfiguration原理

@EnableAutoConfiguration通过分析项目依赖，自动配置Spring应用程序。它依赖于Spring Factories机制，从META-INF/spring.factories文件中读取自动配置类。

3. 条件化配置（@Conditional）

条件化配置允许开发者根据特定的条件启用或禁用自动配置。@Conditional注解及其子注解是实现条件化配置的关键。

4. 自定义Starter开发

自定义Starter可以帮助开发者将常用的库和配置封装成一个可重用的组件。自定义Starter需要创建一个Maven项目，并添加必要的依赖和自动配置类。

5. 起步依赖

起步依赖（Starters）是Spring Boot的核心特性之一，它将依赖管理简化为添加一个起步依赖即可。起步依赖通常包含一组相关库和配置。

6. 依赖管理机制（BOM文件）

BOM（Bill of Materials）文件用于定义项目依赖的版本，确保项目的一致性。BOM文件使用Maven的pom.xml格式，并添加 部分。

7. 版本冲突解决

版本冲突是指项目依赖了多个版本的同一个库，导致项目运行出现问题。Spring Boot通过依赖管理机制和版本锁定策略解决版本冲突。

8. 第三方库集成模式

Spring Boot提供了多种第三方库集成模式，如Starter POM、Starter依赖和自定义配置。

9. Actuator

Spring Boot Actuator是一个监控和管理生产级Spring应用程序的模块。它提供了健康检查、度量指标收集和自定义Endpoint等功能。

10. 配置文件管理

Spring Boot使用application.yml或application.properties作为配置文件。多环境配置（application-{profile}.yml）允许为不同环境定制配置。

11. 配置加载优先级

Spring Boot配置加载优先级为：命令行参数 > 配置文件 > 系统属性 > 环境变量。

12. 动态配置刷新

Spring Boot支持动态配置刷新，允许在应用程序运行时更新配置。

13. 监控与日志

Spring Boot提供了Micrometer集成和Logback/SLF4J配置，用于监控和日志管理。

14. 分布式链路追踪扩展机制

Spring Boot支持分布式链路追踪，如Zipkin和Jaeger。

15. 自定义AutoConfigurationBean生命周期扩展点

Spring Boot允许开发者通过实现特定的接口或注解自定义AutoConfigurationBean的生命周期。

16. 响应式编程支持

Spring Boot支持响应式编程，如Spring WebFlux和Reactor。

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