JVM与Spring Boot核心解析-优快云博客

📕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。

JVM知识体系

类加载机制

Java虚拟机（JVM）的类加载机制是Java运行时环境的核心，它确保了Java代码的类型安全，并提供了程序的动态性。类加载过程涉及以下技术细节：

加载阶段：

类文件的字节码：类文件被加载到JVM时，首先转换成字节码，字节码包含了类的基本信息、字段、方法描述等信息。
类加载器：负责查找和加载类的字节码文件。JVM中的类加载器包括启动类加载器、扩展类加载器和应用程序类加载器。
类对象创建：在加载过程中，JVM会创建一个代表该类的java.lang.Class对象。

连接阶段：

验证：确保类文件的字节码是有效的，并且不违反JVM的任何约束。
准备：为类变量分配内存，并设置默认初始值。
解析：将类、接口、字段和方法的符号引用转换为直接引用。

初始化阶段：

初始化类变量：包括静态变量和静态代码块。
执行静态初始化器：静态初始化器是包含在类中的静态代码块。

双亲委派模型：

委派机制：当请求加载类时，子类加载器首先请求其父类加载器进行加载，只有当父类加载器无法加载时，才由子类加载器负责加载。
作用：防止类重复加载，以及保护应用程序不受恶意代码的影响。

自定义类加载器：

继承ClassLoader：通过继承ClassLoader类，可以覆盖findClass方法来定制类加载逻辑。
实现ClassLoading接口：通过实现ClassLoading接口，可以完全控制类加载过程。

模块化系统（JPMS）：

模块定义：使用module-info.java文件来定义模块，模块可以包含类、源文件和资源。
模块依赖：模块之间通过声明依赖关系来建立关联。
模块版本：通过模块版本控制，确保模块的兼容性和可维护性。

内存模型

JVM的内存模型包括以下区域：

堆：

内存分配：堆是动态分配内存的区域，用于存放几乎所有的对象实例。
垃圾回收：垃圾回收器主要在堆上运行，回收不再被引用的对象。

栈：

线程私有：每个线程都有自己的栈，用于存储局部变量表、操作数栈、方法出口等信息。
栈帧：栈帧包含方法的局部变量、操作数栈和动态链接信息。

方法区：

存储内容：方法区用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等数据。
永久代：在Java 8之前，永久代用于存储类元数据，在Java 8及以后的版本中，永久代被元空间取代。

PC寄存器：

程序计数器：用于存储当前线程所执行的字节码的地址。

内存溢出场景分析：

堆内存溢出：解决方法包括增加堆内存大小、优化对象创建和回收策略。
栈内存溢出：解决方法包括减少递归调用深度、使用更大的栈大小。
方法区溢出：解决方法包括减少类定义数量、使用更小的方法区大小。

直接内存管理：

本地内存：直接内存是指JVM直接分配在本地内存空间中的内存。
不受GC管理：直接内存不受垃圾回收器的管理。

垃圾回收

GC Roots可达性分析：

根节点：GC Roots包括栈顶元素、方法区中的静态变量引用、常量引用等。
可达性分析：从GC Roots开始，向上搜索可达对象，不可达对象将被回收。

分代收集理论：

新生代：存放新创建的对象，垃圾回收频率高，采用复制算法。
老年代：存放存活时间较长的对象，垃圾回收频率低，采用标记-清除或标记-整理算法。
永久代：存储类元数据，在Java 8及以后的版本中，永久代被元空间取代。

引用类型：

强引用：最普通的引用类型，垃圾回收器不会回收强引用的对象。
软引用：可以用于缓存，垃圾回收器在内存不足时会回收软引用对象。
弱引用：垃圾回收器在下次垃圾回收时，会回收弱引用对象。
虚引用：用于跟踪对象被垃圾回收器回收。

垃圾回收算法：

标记-清除算法：标记所有可达对象，清除未被标记的对象。
复制算法：将内存分为两个区域，每次只使用一个区域，当该区域满了后，将存活对象复制到另一个区域，并清空原区域。
整理算法：在标记-清除算法的基础上，将存活对象整理到内存的一端，清除未存活对象的内存。

并发收集器：

CMS：以最短停顿时间为目标的并发垃圾回收器。
G1：以停顿时间预测和优化为目标的并发垃圾回收器。
ZGC：以最低延迟为目标的垃圾回收器。

停顿时间控制策略：

动态停顿时间目标（DTPG）：G1垃圾回收器通过动态停顿时间目标来优化停顿时间。

性能调优：

JVM参数配置：通过调整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）诊断内存泄漏问题。
JIT编译优化：JVM的即时编译器（JIT）会对热点代码进行优化，提高程序性能。

Spring Boot知识体系

自动配置

@EnableAutoConfiguration原理：

自动配置条件：Spring Boot通过分析项目依赖和配置信息，确定需要自动配置的Bean。
自动配置类：自动配置类包含配置信息，通过@Bean注解创建Bean。

条件化配置（@Conditional）：

条件注解：如@ConditionalOnClass、@ConditionalOnMissingBean等，用于指定条件。
条件处理器：Spring Boot提供条件处理器，根据条件判断是否应用配置。

自定义Starter开发：

Starter项目：创建一个Maven项目，添加Spring Boot依赖和自动配置类。
发布到中央仓库：将Starter项目发布到中央仓库，方便其他项目依赖。

起步依赖

依赖管理机制：

Maven或Gradle：Spring Boot使用Maven或Gradle的依赖管理机制来管理项目依赖。
依赖关系：Spring Boot自动解析依赖关系，并下载相应的依赖库。

BOM文件：

Bill of Materials（BOM）：BOM文件用于管理依赖的版本，确保项目的兼容性。
版本控制：BOM文件中指定了依赖库的版本，防止版本冲突。

版本冲突解决：

配置依赖版本：通过配置依赖库的版本号来解决版本冲突。
依赖管理工具：使用Maven的<dependencyManagement>或Gradle的configurations来解决版本冲突。

第三方库集成模式

Spring Cloud：

分布式系统：Spring Cloud提供一系列微服务框架，用于构建分布式系统。
服务发现：Eureka、Consul等服务发现工具。
配置中心：Spring Cloud Config用于集中管理配置。

Spring Data：

数据访问和持久化：Spring Data提供了一套数据访问和持久化框架。
ORM框架：支持Hibernate、MyBatis等ORM框架。
JPA：支持Java持久化API。

Spring Security：

安全控制：Spring Security提供安全控制框架，用于身份验证、授权和防止攻击。
认证机制：支持多种认证机制，如HTTP Basic、OAuth2、JWT等。
授权机制：支持基于角色的访问控制。

Actuator

健康检查端点：

端点接口：Spring Boot Actuator提供健康检查端点接口，用于监控应用程序的健康状态。
自定义端点：通过实现Endpoint接口，可以自定义健康检查端点。

度量指标收集：

指标收集器：Spring Boot Actuator支持多种指标收集器，如Micrometer。
度量指标：收集应用程序的度量指标，如内存使用、线程数等。

自定义Endpoint开发：

实现Endpoint接口：通过实现Endpoint接口，可以自定义健康检查端点。
端点元数据：通过@Endpoint注解为自定义端点添加元数据。

配置文件管理

多环境配置：

环境配置文件：Spring Boot支持多环境配置，通过application-{profile}.yml文件来实现。
环境变量：可以使用环境变量来切换环境配置。

配置加载优先级：

命令行参数：优先级最高。
application.properties/application.yml：优先级次之。
bootstrap.properties/bootstrap.yml：优先级再次之。
jar包内的application.properties/application.yml：优先级最低。

动态配置刷新：

配置更新：Spring Boot支持动态刷新配置，即在不重启应用程序的情况下更新配置。
监听器：通过实现ApplicationListener接口，可以监听配置更新事件。

监控与日志

Micrometer集成：

监控指标：Micrometer支持多种监控指标收集器，如Prometheus、InfluxDB等。
指标收集：Micrometer可以收集应用程序的监控指标，并发送到监控系统中。

Logback/SLF4J配置：

日志框架：Spring Boot默认使用Logback作为日志框架。
日志级别：通过配置文件可以定制日志级别，如DEBUG、INFO、WARN、ERROR等。
日志格式：可以通过配置文件定制日志格式，如JSON、XML等。

分布式链路追踪

Zipkin：

分布式追踪：Zipkin是一个分布式追踪系统，可以追踪分布式系统中的请求链路。
数据收集：Zipkin可以收集分布式系统中各个服务之间的调用关系。
可视化：Zipkin提供可视化界面，可以查看分布式系统中的请求链路。

Jaeger：

分布式追踪：Jaeger是一个开源的分布式追踪系统。
数据存储：Jaeger可以将追踪数据存储到多种存储系统中，如Cassandra、Elasticsearch等。
可视化：Jaeger提供可视化界面，可以查看分布式系统中的请求链路。

扩展机制

自定义AutoConfigurationBean生命周期扩展点：

SpringFactories：通过实现SpringFactories文件中的接口，可以自定义AutoConfigurationBean的生命周期扩展点。
Bean生命周期：包括Bean的创建、初始化、销毁等阶段。

响应式编程支持：

响应式编程框架：Spring Boot支持响应式编程框架，如Spring WebFlux。
非阻塞IO：响应式编程框架使用非阻塞IO，可以提高系统性能。

通过以上对JVM和Spring Boot知识体系的详细描述，可以看出两者在Java生态系统中扮演着重要角色。JVM为Java程序提供了运行环境，而Spring Boot则简化了Java应用的构建和部署过程。掌握这两个知识体系，将为开发者带来更高的工作效率和更好的开发体验。

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！