📕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知识体系详解
类加载机制
Java虚拟机（JVM）中的类加载机制是Java运行时环境的核心组成部分，其作用在于确保Java程序能够正常运行。类加载机制负责从文件系统或网络中加载Class文件，并将其转换成JVM能够使用的Java类型。这一过程涉及到多个复杂的步骤和机制，以下是类加载机制的详细解析。
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加载（Loading）：首先，JVM通过类加载器查找并加载指定的Class文件。在Java中，主要有四种类型的类加载器：Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader、Application ClassLoader和用户自定义类加载器。Bootstrap ClassLoader负责加载Java核心库中的类，如rt.jar中的类；Extension ClassLoader负责加载JVM扩展库中的类；Application ClassLoader负责加载应用程序中的类；用户自定义类加载器可以用来加载特定来源的类。
加载过程具体涉及以下几个子步骤：
- 发现类：查找并确定Class文件的位置。
- 加载Class文件：将Class文件读取到内存中，并存储在运行时数据区的永久代中。
- 创建Class对象：根据Class文件中的信息，在内存中创建一个Class对象。
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连接（Linking）：连接阶段主要包括验证、准备和解析三个子阶段。
- 验证：确保Class文件的字节码是有效的，不会危害JVM的安全。验证过程包括：文件格式验证、字节码验证、符号引用验证等。
- 准备：为类变量分配内存，并设置默认初始值。这里所说的类变量是指Class文件中的静态变量。
- 解析：将符号引用转换为直接引用。符号引用是指通过字符串形式表示的类、接口、字段和方法引用；直接引用是指通过内存地址表示的引用。
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初始化（Initialization）：初始化阶段是类加载过程的最后一个阶段，它会执行类构造器（clinit）方法，完成类的初始化。clinit方法是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的，在类加载过程中，clinit方法由类加载器确保只执行一次。
类加载过程
类加载过程可以细分为以下三个阶段：
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加载：JVM通过类加载器查找并加载指定的Class文件。在这个过程中，类加载器首先会尝试从父类加载器加载，如果父类加载器无法加载，则请求启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）加载。
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连接：连接阶段包括验证、准备和解析三个子阶段。
- 验证：确保Class文件的字节码是有效的，并且不会危害JVM的安全。
- 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。
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初始化：执行类构造器（clinit）方法，完成类的初始化。
双亲委派模型
双亲委派模型是JVM中类加载器的一种委派机制。在加载类时，JVM首先请求启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）加载，如果启动类加载器无法加载，则请求扩展类加载器（Extension ClassLoader），最后请求应用程序类加载器（Application ClassLoader）。这种模型可以防止类的重复加载，并保证类型安全。
双亲委派模型的实现原理如下：
- 当一个类加载器需要加载一个类时，它会先请求自己的父类加载器加载，如果父类加载器成功加载，则不再继续向下请求；如果父类加载器无法加载，则当前类加载器尝试加载该类。
- 如果当前类加载器成功加载，则将其缓存；如果当前类加载器无法加载，则请求父类加载器加载。
- 重复以上步骤，直到Bootstrap ClassLoader或成功加载类为止。
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，实现一些特殊的加载需求，如动态加载第三方库、实现模块化系统等。自定义类加载器需要继承java.lang.ClassLoader类，并重写其loadClass方法。
自定义类加载器的实现步骤如下：
- 创建一个自定义类加载器类，继承java.lang.ClassLoader。
- 重写loadClass方法，实现类的加载逻辑。
- 在需要加载类的时候，使用自定义类加载器加载类。
模块化系统（JPMS）
Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的一个模块化系统，它允许开发者将应用程序分解成多个模块，以提供更好的隔离性和可维护性。JPMS通过模块描述符（module-info.java）来定义模块的依赖关系、服务提供者和使用关系等。
JPMS的模块化机制包括以下关键特性：
- 模块定义：通过模块描述符（module-info.java）来定义模块的依赖关系、服务提供者和使用关系等。
- 模块路径：模块之间的依赖关系通过模块路径来表示，模块路径由文件系统或网络资源组成。
- 模块版本：模块可以通过版本号来指定依赖关系，以确保模块兼容性。
- 模块隔离：模块之间的隔离可以通过模块定义中的访问控制来实现。
内存模型
JVM的内存模型包括以下几个运行时数据区：
- 堆（Heap）：存储所有类的实例和数组的对象。堆是JVM管理的最大内存区域，也是垃圾回收的主要区域。
- 栈（Stack）：存储线程的运行状态，包括局部变量表、操作数栈、方法出口等信息。栈是线程私有的，每个线程都有自己的栈空间。
- 方法区（Method Area）：存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等数据。方法区是JVM运行时数据区的共享部分，也是垃圾回收的主要区域之一。
- PC寄存器：用于存储当前线程所执行的指令的地址。PC寄存器是线程私有的，每个线程都有自己的PC寄存器。
内存溢出场景分析
内存溢出通常发生在以下场景：
- 堆溢出：堆内存不足，无法分配新的对象。堆溢出通常发生在创建大量对象或单个对象占用大量内存的情况下。
- 栈溢出：栈内存不足，无法创建新的线程或方法调用栈。栈溢出通常发生在递归调用或大量方法调用的场景下。
- 方法区溢出：方法区内存不足，无法加载新的类。方法区溢出通常发生在加载大量类或单个类占用大量内存的情况下。
垃圾回收
垃圾回收（GC）是JVM自动管理内存的一种机制。它通过回收不再使用的对象来释放内存，从而避免内存溢出问题。
垃圾回收算法主要包括以下几种：
- 标记-清除：标记所有可达对象，清除未被标记的对象。
- 复制算法：将对象在两个半区之间复制，存活时间较长的对象被移动到另一半区。
- 标记-整理：标记所有可达对象，然后整理内存，移动存活对象，回收未被标记的对象。
引用类型
Java中的引用类型包括：
- 强引用：默认的引用类型，垃圾回收器不会回收强引用的对象。
- 软引用：用于缓存，当内存不足时，垃圾回收器会回收软引用的对象。
- 弱引用：用于实现弱引用，垃圾回收器会回收弱引用的对象。
- 虚引用：用于实现对象被回收前的清理工作。
垃圾回收算法
垃圾回收算法主要包括：
- 标记-清除：标记所有可达对象，清除未被标记的对象。
- 复制算法：将对象在两个半区之间复制，存活时间较长的对象被移动到另一半区。
- 标记-整理：标记所有可达对象，然后整理内存，移动存活对象，回收未被标记的对象。
并发收集器
并发收集器包括：
- CMS（Concurrent Mark Sweep）：一种并发标记清除收集器，适用于响应时间敏感的场景。
- G1（Garbage-First）：一种基于区域划分的并发收集器，适用于大内存场景。
- ZGC（Z Garbage Collector）：一种低延迟的垃圾回收器，适用于对延迟要求极高的场景。
停顿时间控制策略
JVM提供了多种停顿时间控制策略，如：
- 自适应大小调整：根据应用程序的运行情况动态调整堆大小。
- G1的动态设置：根据应用程序的运行情况动态设置G1的参数。
性能调优
JVM性能调优主要包括：
- JVM参数配置：通过设置JVM参数（如-Xms、-Xmx等）来优化性能。
- 内存泄漏诊断：通过工具（如MAT、VisualVM等）诊断内存泄漏。
JIT编译优化
JIT编译器是JVM的一个重要组成部分，它可以将Java字节码编译成机器码，以提高程序运行效率。JIT编译优化主要包括：
- 即时编译：在运行时将字节码编译成机器码。
- 热点优化：识别并优化频繁执行的方法。
Spring Boot知识体系详解
自动配置
Spring Boot通过自动配置功能简化了Spring应用的配置过程。它根据添加的依赖自动配置Bean，从而减少了手动配置的工作量。
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@EnableAutoConfiguration原理：Spring Boot通过扫描类路径下的jar包，根据类路径下存在的jar包自动配置Bean。具体实现如下：
- Spring Boot在启动过程中，会扫描所有jar包中的类，并解析其注解信息。
- 根据解析得到的注解信息，Spring Boot会尝试自动配置相应的Bean。
- 如果自动配置的Bean与用户自定义的Bean发生冲突，Spring Boot会优先使用用户自定义的Bean。
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条件化配置（@Conditional）：Spring Boot允许根据特定的条件来启用或禁用自动配置。具体实现如下：
- 使用@Conditional注解标记需要条件化配置的Bean。
- 在@Conditional注解中指定条件表达式，例如@ConditionalOnClass，@ConditionalOnBean等。
- Spring Boot根据条件表达式判断是否启用或禁用相应的自动配置。
自定义Starter开发
自定义Starter可以帮助开发者将常用的依赖和配置封装起来，方便其他开发者使用。
- 起步依赖：定义一个起步依赖，将所有必需的依赖都包含在内。起步依赖通常使用spring-boot-starter-dep或spring-boot-starter-parent等依赖作为父项目。
- 依赖管理机制（BOM文件）：使用BOM文件来管理依赖的版本，避免版本冲突。BOM文件可以包含所有依赖的版本信息，确保项目中的依赖版本一致性。
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：通过注解或配置文件来集成第三方库。例如，使用@EnableJpaRepositories注解集成JPA。
- 编程式集成：通过编程方式来集成第三方库。例如，使用JdbcTemplate或EntityManagerFactory来操作数据库。
Actuator
Spring Boot Actuator提供了一系列端点，用于监控和管理应用程序。
- 健康检查端点：用于检查应用程序的健康状态。例如，/actuator/health端点可以检查应用程序的内存、线程、数据库连接等信息。
- 度量指标收集：用于收集应用程序的运行时数据。例如，/actuator/metrics端点可以收集CPU、内存、数据库连接等指标。
- 自定义Endpoint开发：允许开发者自定义端点，以满足特定的监控需求。自定义端点可以通过实现org.springframework.boot.actuate.endpoint.Endpoint接口来实现。
配置文件管理
Spring Boot支持多环境配置，允许开发者根据不同的环境（如开发、测试、生产）使用不同的配置文件。
- 多环境配置（application-{profile}.yml）：根据不同的环境使用不同的配置文件。例如，application-dev.yml用于开发环境，application-test.yml用于测试环境，application-prod.yml用于生产环境。
- 配置加载优先级：Spring Boot会根据配置文件的优先级加载配置。例如，application-dev.yml的优先级高于application.yml。
动态配置刷新
Spring Boot支持动态配置刷新，允许开发者在不重启应用程序的情况下更新配置。
- 配置更新方式：Spring Boot支持通过HTTP请求、JMX、命令行等方式来更新配置。
- 配置更新生效：配置更新后，Spring Boot会自动重新加载配置文件，并更新相关Bean的配置。
监控与日志
Spring Boot提供了多种监控和日志解决方案，包括：
- Micrometer集成：用于收集应用程序的度量指标。Micrometer支持多种度量收集器，如Prometheus、Grafana、InfluxDB等。
- Logback/SLF4J配置：用于配置日志记录。Spring Boot默认使用Logback作为日志框架，支持自定义日志格式、日志级别等。
分布式链路追踪
Spring Boot支持分布式链路追踪，可以帮助开发者追踪分布式系统的请求流程。
- 自定义AutoConfigurationBean生命周期扩展点：允许开发者自定义Bean的生命周期，以满足特定的需求。例如，可以实现自定义的分布式链路追踪处理器，在Bean初始化或销毁时收集相关数据。
响应式编程支持
Spring Boot支持响应式编程，允许开发者使用Reactor、Project Reactor等库来编写异步、非阻塞的代码。
通过以上对JVM和Spring Boot知识体系的详细解析，我们可以看到这两个技术栈在Java生态系统中的重要性。JVM作为Java运行时环境的核心，提供了强大的性能和可扩展性；而Spring Boot则通过简化配置和自动配置，使得开发人员可以更加专注于业务逻辑的实现。两者结合，为Java开发者提供了强大的开发工具和平台。
📥博主的人生感悟和目标
- 💂 博客主页： Java程序员廖志伟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！
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📙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！
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