JVM与Spring Boot精髓-优快云博客

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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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JVM知识体系

类加载机制

类加载机制在JVM中扮演着至关重要的角色，它负责确保每个Java类在运行前都经过严格的校验和初始化。在Java程序运行期间，类加载器负责加载类定义，包括从本地文件系统、网络或其他资源加载类文件。

加载过程：

加载：类加载器通过ClassLoader抽象类或其具体实现（如AppClassLoader、BootstrapClassLoader）来查找并加载.class文件。这一过程包括解析文件路径、读取文件内容、创建Class对象。
连接：这一过程分为验证、准备和解析三个步骤。
- 验证：确保类的字节码是有效的，并且符合JVM规范。包括对字节码结构、符号表、常量池等的校验。
- 准备：为类变量分配内存，并设置默认值。对于基本数据类型，默认值为0；对于引用类型，默认值为null。
- 解析：将符号引用替换为直接引用。例如，将方法区的符号引用解析为指向运行时常量池中字面量引用的指针。
初始化：执行类的初始化代码，包括静态初始化器和静态代码块。初始化过程在<clinit>()方法中完成。

类加载过程

类加载过程是一个复杂的过程，涉及多个步骤和类加载器之间的交互。

加载：类加载器首先检查类是否已经被加载，如果没有，则从类路径中查找并加载.class文件，然后创建Class对象。
连接：验证类信息，准备类变量，并解析符号引用。
初始化：执行类的初始化代码，如静态初始化器和静态代码块。

双亲委派模型

双亲委派模型是Java类加载器的一种策略，它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加载时，子类加载器才会尝试加载。

启动类加载器：用于加载<JAVA_HOME>/lib目录中的类库。
扩展类加载器：用于加载<JAVA_HOME>/lib/ext目录中的类库。
应用类加载器：用于加载应用程序的类路径（classpath）中的类。

自定义类加载器

自定义类加载器允许开发者实现自己的类加载逻辑，以满足特定的需求。例如，可以从特定的URL加载类，或者对加载的类进行特定的处理。

模块化系统（JPMS）

Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的一个模块化系统，它通过模块化来提高应用程序的稳定性和安全性。

模块：是一个有明确边界的集合，包括一组类和接口以及它们之间的依赖关系。
模块描述符：描述了模块的版本、依赖和其他元数据。

内存模型

JVM的内存模型定义了JVM中各个内存区域的布局和访问规则。

堆：是JVM中最大的内存区域，用于存放几乎所有的对象实例和数组。
栈：用于存放局部变量和方法调用的内存区域。每个线程都有自己的栈空间。
方法区：用于存放已经被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等数据。
PC寄存器：用于存放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以下场景：

堆内存不足：创建的对象过多，导致堆内存不足。
栈内存不足：某个线程的栈溢出，导致栈内存不足。
方法区或PC寄存器内存不足：方法区或PC寄存器内存不足，导致无法加载类或执行指令。

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。

GC Roots可达性分析：GC Roots是垃圾回收算法中的一个重要概念，它指的是从GC Roots开始，可以遍历到的所有对象。
分代收集理论：分代收集理论将Java堆内存分为新生代（Young）、老年代（Old）和永久代（Perm）。
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。
垃圾回收算法：常见的垃圾回收算法有标记-清除、复制和整理算法。

并发收集器

并发收集器包括CMS（Concurrent Mark Sweep）和G1（Garbage-First）等。

CMS：是一种以低延迟为目标的垃圾回收器，它通过减少垃圾回收的停顿时间来提高系统性能。
G1：是一种以空间局部性为目标的新一代垃圾回收器，它将堆内存分割成多个区域，并优先回收垃圾最多的区域。

停顿时间控制策略

停顿时间控制策略旨在减少垃圾回收导致的停顿时间，例如，通过使用并发收集器或调整垃圾回收算法的参数。

性能调优

JVM性能调优包括JVM参数配置、内存泄漏诊断和JIT编译优化等。

Spring Boot知识体系

自动配置

Spring Boot的自动配置功能可以自动配置Spring应用，减少手动配置的工作量。

@EnableAutoConfiguration：这个注解是Spring Boot自动配置的核心，它通过条件化配置来实现自动配置。
条件化配置（@Conditional）：条件化配置允许开发者根据特定的条件来启用或禁用某些配置。

@EnableAutoConfiguration原理

@EnableAutoConfiguration注解通过查找类路径下的所有带有@ConditionalOnClass、@ConditionalOnBean等注解的类，并动态添加相应的Bean到Spring容器中，来实现自动配置。

条件化配置（@Conditional）

条件化配置允许开发者根据特定的条件来启用或禁用某些配置，例如：

@ConditionalOnClass：当指定的类在类路径下存在时，才启用配置。
@ConditionalOnBean：当指定的Bean在Spring容器中存在时，才启用配置。

自定义Starter开发

自定义Starter可以帮助开发者将库或框架集成到Spring Boot项目中。

Maven POM文件：自定义Starter需要创建一个Maven POM文件，其中定义了项目依赖和插件。
Spring Boot项目：将自定义Starter添加到Spring Boot项目中，并使用Starter注解。

起步依赖

起步依赖是Spring Boot项目中的一个重要概念，它定义了项目所需的依赖关系。

spring-boot-starter：这是Spring Boot项目的核心依赖，包含了Spring框架和其他必要的库。
spring-boot-starter-web：这是一个Web应用起步依赖，包含了Spring MVC和内嵌的Tomcat服务器。

依赖管理机制（BOM文件）

BOM（Bill of Materials）文件用于定义项目依赖的版本，以确保依赖的一致性。

BOM文件：BOM文件是一个Maven POM文件，其中定义了项目依赖的版本。
依赖一致性：通过使用BOM文件，可以确保项目中的所有依赖都使用相同的版本，从而避免版本冲突。

版本冲突解决

版本冲突是依赖管理中的一个常见问题，Spring Boot提供了一些策略来解决版本冲突，例如：

依赖传递：使用依赖传递来解决版本冲突。
依赖排除：使用依赖排除来排除特定的依赖版本。

第三方库集成模式

Spring Boot支持多种第三方库的集成模式，包括声明式集成和编程式集成。

声明式集成：通过添加依赖和配置注解来实现第三方库的集成。
编程式集成：通过编写代码来实现第三方库的集成。

Actuator

Spring Boot Actuator提供了一系列端点，用于监控和管理Spring Boot应用。

端点：端点是Spring Boot Actuator提供的一个接口，用于获取应用的状态和元数据。
监控：通过端点可以监控应用的健康状态、度量指标和日志信息。

健康检查端点

健康检查端点允许开发者检查应用的健康状态。

健康检查：健康检查是一种用于评估应用状态的方法，它可以通过HTTP请求或JMX连接来访问。

度量指标收集

度量指标收集可以帮助开发者了解应用的性能和资源使用情况。

度量指标：度量指标是用于描述应用性能和资源使用情况的数值。
度量指标收集：通过度量指标收集，可以收集应用的各种性能数据，例如内存使用量、CPU使用率等。

自定义Endpoint开发

自定义Endpoint允许开发者创建自己的端点，以提供额外的监控和管理功能。

自定义Endpoint：自定义Endpoint是Spring Boot Actuator提供的一种机制，用于创建自定义的端点。

配置文件管理

Spring Boot支持多环境配置，通过配置文件（如application-{profile}.yml）来管理不同环境的配置。

多环境配置：多环境配置允许开发者根据不同的环境（例如开发环境、测试环境和生产环境）使用不同的配置。
配置文件：配置文件是用于存储应用配置信息的文件，例如application.yml、application.properties等。

配置加载优先级

配置加载优先级决定了配置文件之间的优先级关系。

配置加载优先级：配置加载优先级决定了Spring Boot在加载配置文件时的顺序。

动态配置刷新

动态配置刷新允许开发者在不重启应用的情况下更新配置。

动态配置刷新：动态配置刷新是一种用于在运行时更新应用配置的机制。

监控与日志

Spring Boot提供了多种监控和日志解决方案，如Micrometer和Logback/SLF4J。

监控：监控是用于收集和记录应用性能数据的一种机制。
日志：日志是用于记录应用运行时信息的记录。

分布式链路追踪

分布式链路追踪可以帮助开发者了解分布式系统的调用链路。

分布式链路追踪：分布式链路追踪是一种用于追踪分布式系统中调用链路的机制。

扩展机制

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

自定义AutoConfigurationBean：自定义AutoConfigurationBean是Spring Boot提供的一种机制，用于创建自定义的自动配置Bean。
生命周期扩展点：生命周期扩展点是Spring Boot提供的一种机制，用于在应用的生命周期中添加自定义的逻辑。

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等库来编写响应式应用程序。

响应式编程：响应式编程是一种用于编写异步和并发程序的编程范式。
Reactor、Project Reactor：Reactor和Project Reactor是Java中常用的响应式编程库。

通过以上对JVM和Spring Boot知识体系的详细描述，我们可以看到这两个技术领域的紧密联系。JVM作为Java程序的运行环境，为Spring Boot提供了运行的基础；而Spring Boot则是在JVM之上构建的一套框架，简化了Java应用的开发过程。在实际应用中，开发者需要深入了解这两个领域的知识，以便更好地利用它们来构建高性能、可维护的Java应用。

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