JVM与Spring Boot解析

最新推荐文章于 2025-09-26 13:01:09 发布

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📕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 JVM的类加载机制是一个复杂而精细的过程，它不仅负责将.class文件加载到JVM中，还涉及到类的解析、验证、准备和初始化等步骤。类加载器（ClassLoader）是负责这一过程的核心组件，它可以从文件系统、网络或其他来源加载类。在类加载过程中，JVM会确保每个类只被加载一次，这是通过类加载器的缓存机制实现的。
类加载过程（1）加载：类加载器首先将.class文件读入内存，然后创建一个Class对象。这个过程涉及到类文件格式的解析，包括魔数、版本号、常量池、字段、方法等信息的读取。（2）验证：验证过程确保类文件中的信息符合JVM规范，包括字节码验证、符号引用验证等。这一步骤对于保证JVM运行时安全至关重要。（3）准备：为类变量分配内存，并设置默认初始值。对于基本数据类型，初始值通常是0、false或null；对于对象类型的类变量，初始值是null。（4）解析：将符号引用转换为直接引用，这是将类、接口、字段和方法的符号引用替换为直接引用的过程。
双亲委派模型双亲委派模型要求类加载器首先委托其父类加载器进行类的加载，只有当父类加载器无法完成加载时，才由自身加载。这种模型可以防止类的重复加载，同时也可以防止核心API被随意篡改。
自定义类加载器自定义类加载器可以通过继承ClassLoader类实现，或者实现java.lang.ClassLoader接口。在自定义类加载器中，可以重写findClass方法来指定类的加载逻辑。
模块化系统（JPMS） JPMS通过将JVM分割成多个模块，实现了模块之间的解耦。每个模块包含一组相关的类和资源，模块之间通过模块路径进行访问。这种模块化机制提高了JVM的性能和安全性。
内存模型 JVM的内存模型分为运行时数据区和PC寄存器。运行时数据区包括堆、栈、方法区和PC寄存器。（1）堆：是JVM中最大的内存区域，用于存储几乎所有的对象实例和数组。（2）栈：每个线程都有自己的栈空间，用于存储局部变量和方法调用的参数。（3）方法区：存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等。（4）PC寄存器：存储当前线程所执行的指令的地址。
内存溢出场景分析内存溢出通常发生在堆内存不足时，可能导致程序崩溃。常见的内存溢出场景包括创建大量对象、使用大数据类型的数组、大量字符串连接和循环引用。
垃圾回收垃圾回收（GC）是JVM自动回收不再使用的对象所占用的内存空间。垃圾回收算法主要包括以下几种：（1）GC Roots可达性分析：从GC Roots开始，向上遍历，确定哪些对象可达，哪些不可达。（2）分代收集理论：将对象分为新生代和老年代，分别采用不同的回收策略。（3）引用类型：强、软、弱、虚引用，分别代表不同的引用强度。
垃圾回收算法（1）标记-清除算法：分为标记和清除两个阶段，清除过程中可能会产生内存碎片。（2）复制算法：将对象分为两块内存，每次只使用其中一块，减少内存碎片。（3）整理算法：将对象移动到内存的一端，减少内存碎片。
并发收集器并发收集器在垃圾回收过程中尽量减少对应用程序的影响，提高系统吞吐量。常见的并发收集器包括CMS（Concurrent Mark Sweep）、G1（Garbage-First）和ZGC（Z Garbage Collector）。
停顿时间控制策略停顿时间控制策略主要包括最大停顿时间和响应时间。垃圾回收器会尽量满足这些要求，以提高用户体验。
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。通过调整JVM参数，如Xms、Xmx等，可以优化内存使用。内存泄漏诊断可以通过分析堆转储文件、线程转储文件等定位内存泄漏原因。JIT编译器会对热点代码进行优化，提高程序性能。

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（@Conditional）实现的。它能够根据项目依赖自动配置Spring框架，大大简化了Spring应用的配置过程。
@EnableAutoConfiguration原理 @EnableAutoConfiguration注解通过扫描类路径下的所有配置类，根据依赖关系自动配置Spring框架。它使用了SpringFactoriesLoader来加载类路径下所有META-INF/spring.factories文件中的EnableAutoConfiguration类。
条件化配置（@Conditional）条件化配置用于控制某些配置类在特定条件下生效。常见的条件化配置包括@ConditionalOnClass、@ConditionalOnMissingBean和@ConditionalOnProperty。
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需要完成以下步骤：创建Maven项目、添加依赖、编写自动配置类和打包发布。
起步依赖起步依赖是Spring Boot提供的依赖管理机制，它可以帮助开发者快速构建项目。起步依赖主要包括Spring Boot Starter Web、Spring Boot Starter Data JPA和Spring Boot Starter Test。
依赖管理机制（BOM文件） BOM（Bill of Materials）文件是Spring Boot的依赖管理机制，它可以帮助开发者统一管理项目依赖的版本。
版本冲突解决版本冲突是项目中常见的问题，可以通过依赖传递策略、依赖排除策略和依赖锁定策略解决。
第三方库集成模式第三方库集成模式主要包括依赖注入和自定义Bean。依赖注入可以将第三方库集成到应用程序中，而自定义Bean可以创建自定义Bean来实现第三方库的功能。
Actuator Actuator是Spring Boot提供的一种监控和管理应用程序的工具。它提供了健康检查端点、度量指标收集和自定义Endpoint等功能。
健康检查端点健康检查端点可以帮助开发者了解应用程序的健康状态。常见的健康检查端点包括/health和/health/info。
度量指标收集度量指标收集可以帮助开发者了解应用程序的性能。常见的度量指标包括CPU使用率、内存使用率和线程数。
自定义Endpoint开发自定义Endpoint可以帮助开发者扩展Actuator的功能。
配置文件管理 Spring Boot支持多环境配置，通过application-{profile}.yml文件实现。配置加载优先级为application.yml > application-{profile}.yml。
动态配置刷新动态配置刷新允许开发者实时修改配置文件，而无需重启应用程序。
监控与日志 Spring Boot提供了多种监控和日志配置方式，如Micrometer、Logback和SLF4J等。
分布式链路追踪扩展机制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。常见的分布式链路追踪工具包括Zipkin和Jaeger等。
自定义AutoConfigurationBean生命周期扩展点自定义AutoConfigurationBean生命周期扩展点可以帮助开发者扩展Spring Boot的生命周期。
响应式编程支持 Spring Boot支持响应式编程，通过Spring WebFlux框架实现。

总结：本文深入浅出地解析了JVM和Spring Boot知识体系，涵盖了类加载机制、内存模型、垃圾回收、自动配置、依赖管理、Actuator、监控与日志、分布式链路追踪等多个知识点。通过本文的学习，读者可以全面了解JVM和Spring Boot，为在实际项目中应用它们打下坚实基础。

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