JVM/Spring Boot详解-优快云博客

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JVM知识体系详解

类加载机制

Java虚拟机（JVM）的类加载机制是Java运行时的核心组件之一，负责将Java源代码编译生成的.class文件加载到JVM中，以便虚拟机能够执行这些字节码。这一过程不仅包括将字节码文件映射到内存中，还涉及类信息的验证、准备和初始化等步骤。

类加载过程：

加载：这一步包括加载类的定义信息，如类名、版本、访问权限等，并将其存储在方法区中。这一过程通常由启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）负责，它负责加载JVM核心类库。
连接：在加载完成后，JVM会对类信息进行验证，确保其正确性。接着，准备类在运行时的内存布局，包括分配内存空间给类变量，并设置其初始值。这一步由扩展类加载器（Extension ClassLoader）和应用程序类加载器（Application ClassLoader）完成。
初始化：初始化类时，会执行类的初始化代码，如静态初始化块。这个过程确保了类的静态变量被初始化，以及静态代码块被执行。

双亲委派模型： Java中的类加载器采用双亲委派模型，即当一个类加载器请求加载一个类时，首先委派给父类加载器去加载，只有当父类加载器无法完成这个请求时，才自己去加载。这种模型有助于避免类的重复加载，并确保类型安全。

自定义类加载器：用户可以通过继承ClassLoader类或实现ClassLoading接口来创建自定义类加载器。自定义类加载器可以用来加载特定的类，例如从网络、数据库或其他文件系统加载类。

模块化系统（JPMS）： Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的模块化系统，它允许开发者将应用程序分解为多个模块，从而提高系统性能和安全性。JPMS通过模块定义文件（module-info.java）来描述模块之间的依赖关系。

内存模型

JVM的内存模型包括多个运行时数据区，每个数据区都有其特定的用途。

运行时数据区：

堆：这是JVM中最大的内存区域，用于存储几乎所有的对象实例以及数组的元素。堆内存是动态分配的，垃圾回收器主要针对这部分内存进行回收。
栈：栈内存用于存储局部变量表、操作数栈、方法出口等信息。每个线程都有自己的栈内存，线程之间是隔离的。
方法区：方法区存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等数据。方法区是所有线程共享的。
PC寄存器：每个线程都有自己的PC寄存器，用于存储指向下一条要执行的指令的地址。

内存溢出场景分析：

堆溢出：当创建的对象太多，导致堆空间耗尽时，会发生堆溢出。可以通过调整JVM堆大小或优化对象创建策略来避免。
栈溢出：当方法调用太深，导致栈空间耗尽时，会发生栈溢出。可以通过优化代码结构或调整JVM栈大小来避免。

垃圾回收

垃圾回收（GC）是JVM的一个重要功能，它负责自动回收不再使用的对象占用的内存。

GC Roots可达性分析：垃圾回收器通过GC Roots找到所有可达对象，不可达对象则被认为是垃圾。GC Roots通常包括栈帧中的引用变量、方法区中的静态变量和常量等。

分代收集理论：分代收集理论将对象分为新生代和旧生代，针对不同代的特点采用不同的垃圾回收策略。

Young区：存放新生代对象，垃圾回收频繁。新生代对象存活时间较短，因此垃圾回收效率较高。
Old区：存放经过多次垃圾回收后仍然存活的对象。Old区对象存活时间较长，因此垃圾回收效率较低。

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：引用关系最强，不会回收。
软引用：弱引用关系，可能被回收。
弱引用：比软引用更弱，当内存不足时会被回收。
虚引用：最弱引用，没有引用关系，无法访问对象。

垃圾回收算法：垃圾回收算法有多种，包括标记-清除、复制、整理等。

标记-清除：标记所有可达对象，清除未被标记的对象。
复制：将对象复制到其他空间，只处理存活对象。
整理：标记-清除算法的优化，移动存活对象，回收内存碎片。

并发收集器： JVM提供了多种并发收集器，如CMS、G1和ZGC等。

CMS：基于标记-清除算法，减少停顿时间。
G1：基于分代收集，提供可预测的停顿时间。
ZGC：基于标记-清除算法，进一步减少停顿时间。

停顿时间控制策略： JVM提供了多种停顿时间控制策略，如适应性暂停和自适应暂停。

性能调优：为了提高JVM的性能，可以采取以下措施：

JVM参数配置：通过调整JVM参数，如堆大小、垃圾回收策略等，来优化性能。
内存泄漏诊断：使用工具如MAT、VisualVM等分析内存泄漏。
JIT编译优化：JIT编译器将字节码编译成本地机器码，以提高执行效率。

Spring Boot知识体系详解

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框架的组件，极大地简化了配置工作。

@EnableAutoConfiguration原理： @EnableAutoConfiguration注解通过扫描类路径下的配置类，根据条件化配置（@Conditional）注解决定是否启用自动配置。这个过程涉及到Spring的类扫描机制和条件化配置机制。

条件化配置（@Conditional）：条件化配置允许根据不同的条件动态地启用或禁用配置。例如，可以使用@ConditionalOnClass注解来指定只有当存在某个类时才启用配置。

自定义Starter开发：自定义Starter可以提供一组预定义的依赖和配置，方便开发者快速构建项目。开发自定义Starter通常需要创建一个Maven项目，并添加Spring Boot的依赖。

起步依赖： Spring Boot提供了许多起步依赖，这些依赖包含了构建应用程序所需的所有库。

依赖管理机制： Spring Boot使用Maven或Gradle进行依赖管理。BOM文件（Bill of Materials）用于统一依赖版本，确保项目中的所有依赖都使用相同的版本。

版本冲突解决：当项目中的依赖存在版本冲突时，需要通过依赖树分析、排除依赖、使用更高版本等方式解决。

第三方库集成模式： Spring Boot提供了多种方式来集成第三方库，包括自动配置和手动配置。

Actuator

Spring Boot Actuator提供了丰富的端点，用于监控和管理应用程序。

健康检查端点：健康检查端点可以用来检查应用程序的健康状态，例如内存使用情况、线程信息等。

度量指标收集： Spring Boot Actuator可以收集应用程序的运行时数据，如内存使用情况、线程信息等。

自定义Endpoint开发：通过实现Endpoint接口，可以自定义健康检查端点或其他类型的端点。

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： Spring Boot支持多环境配置，可以通过application-{profile}.yml文件为不同环境提供不同的配置。

配置加载优先级： Spring Boot会先加载application.yml文件，然后加载对应环境的配置文件。

动态配置刷新： Spring Boot支持动态刷新配置，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解决方案。

Micrometer集成： Micrometer是一个度量指标收集框架，Spring Boot集成了Micrometer，支持多种度量指标收集。

Logback/SLF4J配置： Spring Boot使用Logback或SLF4J作为日志框架，提供了丰富的配置选项。

分布式链路追踪扩展机制

Spring Boot支持分布式链路追踪，可以通过集成Zipkin、Jaeger等工具来实现。

自定义AutoConfigurationBean生命周期扩展点

通过实现PostProcessor接口，可以在Bean创建后进行扩展。

响应式编程支持

Spring Boot支持响应式编程，可以使用Reactor、Project Reactor等库来实现。

通过以上知识点的串联和拓展，可以更好地理解JVM和Spring Boot的工作原理，并在实际项目中应用这些知识。

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