JVM & Spring Boot 深度解析-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/MoneyHacksPro/article/details/148861927

📕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。

一、JVM知识体系

1. 类加载机制

类加载机制是JVM执行Java字节码的关键步骤，它确保了类在运行时的正确性和安全性。在详细阐述类加载过程之前，我们先了解一下类加载器的作用。

类加载器的作用：

加载类： 将类的.class文件字节码读入内存，创建一个Class对象。
验证类文件： 确保类文件的字节码符合JVM规范，没有安全风险。
准备类： 为类变量分配内存，设置默认初始值。
解析类： 将类、接口、字段和方法的符号引用转换为直接引用。
初始化类： 执行类构造器方法 ()，完成类初始化。

类加载过程：

加载阶段： 通过类加载器读取字节码文件，并创建一个Class对象。
验证阶段： 验证字节码文件是否满足JVM规范，包括文件格式、字节码结构、访问权限等。
准备阶段： 为类变量分配内存，并设置默认初始值。
解析阶段： 将符号引用转换为直接引用，包括类、接口、字段和方法。
初始化阶段： 执行类构造器方法 ()，完成类初始化。

双亲委派模型： 双亲委派模型要求子类加载器先委托父类加载器加载类，只有当父类加载器无法加载时，才由子类加载器加载。这种模型有助于避免类的重复加载，并保证类型安全。

自定义类加载器： 在特定场景下，如插件开发、热部署等，需要自定义类加载器。自定义类加载器需要继承ClassLoader类或实现ClassLoader接口，并重写loadClass()方法。

2. 模块化系统（JPMS）

模块化系统（Java Platform Module System，JPMS）是Java 9引入的模块化技术，旨在提高JVM的启动速度、减少内存消耗和提升安全性。

模块： 模块是一个独立的、可复用的单元，包含类、接口、资源等。模块之间通过模块描述文件（module-info.java）定义依赖关系。

模块解析： 模块解析过程包括查找、加载和链接三个步骤。

查找： 查找模块定义文件。
加载： 加载模块信息。
链接： 验证模块依赖关系。

3. 内存模型

JVM内存模型包括运行时数据区和PC寄存器。

运行时数据区： 运行时数据区包括堆、栈、方法区和PC寄存器。

堆：存放几乎所有的对象实例和数组的内存区域。
栈：存放局部变量和方法调用的内存区域，线程私有。
方法区： 存放类信息、常量、静态变量等内存区域。
PC寄存器： 存放当前线程正在执行的指令地址。

内存溢出场景分析： 内存溢出是指JVM内存耗尽，导致程序无法正常运行。常见内存溢出场景包括：

堆内存溢出：对象创建过多，导致堆内存耗尽。
栈内存溢出：方法调用深度过深，导致栈内存耗尽。
方法区内存溢出：类加载过多，导致方法区内存耗尽。

4. 垃圾回收

垃圾回收（GC）是JVM自动回收不再使用的对象占用的内存。垃圾回收过程包括：

GC Roots可达性分析： 从GC Roots开始，遍历所有可达对象，不可达对象将被回收。

分代收集理论： JVM将对象分为新生代（Young）和老年代（Old），分别采用不同的垃圾回收算法。

新生代： 采用复制算法，将对象分为Eden、Survivor区，通过复制存活对象到Survivor区进行垃圾回收。
老年代： 采用标记-清除或标记-整理算法，遍历对象，回收不可达对象。

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。

强引用： 最常见的引用类型，垃圾回收器不会回收强引用对象。
软引用： 允许垃圾回收器在内存不足时回收软引用对象。
弱引用： 垃圾回收器在下次GC时回收弱引用对象。
虚引用： 没有实际引用的对象，只能通过引用队列获取。

垃圾回收算法： 常见的垃圾回收算法包括标记-清除、复制和标记-整理。

标记-清除： 遍历对象，标记可达对象，回收不可达对象。
复制： 将对象分为Eden和Survivor区，存活对象复制到Survivor区进行垃圾回收。
标记-整理： 标记可达对象，回收不可达对象，整理内存空间。

并发收集器： 并发收集器在执行垃圾回收时，尽量减少对应用程序的干扰。

CMS（Concurrent Mark Sweep）： 以最短回收停顿时间为目标，适合响应时间敏感的应用程序。
G1（Garbage-First）： 以最大吞吐量为目标，适合大型应用程序。
ZGC（Z Garbage Collector）： 以低延迟和低停顿时间为目标，适合对延迟敏感的应用程序。

5. 停顿时间控制策略

JVM提供了多种停顿时间控制策略，如CMS的并行清理、G1的并发标记和整理等。

6. 性能调优

性能调优主要包括JVM参数配置、内存泄漏诊断和JIT编译优化。

JVM参数配置： 通过设置JVM参数（如-Xms、-Xmx等）来调整JVM内存和性能。
内存泄漏诊断： 使用内存分析工具（如MAT、VisualVM等）定位内存泄漏原因。
JIT编译优化： JIT编译器将字节码编译成机器码，提高程序执行效率。

二、Spring Boot知识体系

Spring Boot是一个开源的Java框架，用于简化Spring应用的创建和配置。下面我们将从自动配置、配置文件管理、监控与日志等方面详细解析Spring Boot的知识体系。

1. 自动配置

自动配置是Spring Boot的核心功能之一，通过自动配置机制，Spring Boot能够自动配置依赖的库。

@EnableAutoConfiguration原理： @EnableAutoConfiguration注解通过类路径下的META-INF/spring.factories文件，加载所有自动配置类，并按照依赖关系进行排序和调用。

条件化配置（@Conditional）： @Conditional注解用于指定自动配置的条件，只有满足条件时，才会执行自动配置。

自定义Starter开发： 自定义Starter可以方便地将第三方库集成到Spring Boot项目中。

2. 起步依赖

起步依赖（Starters）是Spring Boot提供的一套依赖管理机制，通过引入起步依赖，可以快速构建Spring Boot项目。

依赖管理机制（BOM文件）： BOM（Bill of Materials）文件用于管理依赖版本，确保项目中的所有依赖版本一致。

版本冲突解决： 使用依赖管理工具（如Maven、Gradle）解决依赖版本冲突。

3. 第三方库集成

Spring Boot支持第三方库的集成，包括：

Spring Data JPA： 用于简化数据库操作。
Spring Security： 用于实现安全认证和授权。
Spring Cloud： 用于构建微服务架构。

4. Actuator

Actuator是Spring Boot提供的端点监控工具，可以用于健康检查、度量指标收集等。

健康检查端点： 通过/health端点，可以获取应用程序的健康状态。

度量指标收集： 通过/metrics端点，可以获取应用程序的运行指标。

自定义Endpoint开发： 通过实现Endpoint接口，可以自定义监控端点。

5. 配置文件管理

Spring Boot使用配置文件来管理应用程序的配置信息。

多环境配置（application-{profile}.yml）： Spring Boot支持多环境配置，通过配置文件名区分不同环境（如开发、测试、生产）。

配置加载优先级： Spring Boot按照以下优先级加载配置文件：命令行参数 > 配置文件 > 系统环境变量。

6. 动态配置刷新

Spring Boot支持动态配置刷新，通过监听配置文件的变化，实时更新配置信息。

7. 监控与日志

Spring Boot提供了多种监控和日志工具，如Micrometer、Logback/SLF4J等。

Micrometer集成： Micrometer是一个度量指标收集工具，支持多种监控系统（如Prometheus、Grafana等）。

Logback/SLF4J配置： Spring Boot使用Logback作为日志框架，支持SLF4J作为日志接口。

8. 分布式链路追踪

Spring Boot支持分布式链路追踪，通过集成Zipkin、Jaeger等工具，可以追踪请求在分布式系统中的执行过程。

9. 扩展机制

Spring Boot提供了多种扩展机制，如自定义AutoConfigurationBean、生命周期扩展点等。

自定义AutoConfigurationBean： 通过实现@Bean注解的方法，可以自定义Bean。

生命周期扩展点： Spring Boot提供了生命周期扩展点，如@PostConstruct、@PreDestroy等注解，用于在Bean创建和销毁时执行代码。

10. 响应式编程支持

Spring Boot支持响应式编程，通过集成Reactor、Project Reactor等库，可以构建异步、非阻塞的应用程序。

总结

本文详细解析了JVM和Spring Boot的知识体系，包括类加载机制、内存模型、垃圾回收、自动配置、配置文件管理、监控与日志等方面。通过学习这些知识点，可以更好地理解和应用JVM和Spring Boot技术，提高Java应用程序的性能和可维护性。

优快云

📥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！