📕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
JVM（Java虚拟机）是Java语言运行时的核心，它负责将Java代码编译成字节码，并解释执行这些字节码。下面我们将深入探讨JVM的知识体系，并添加技术实现细节。
- 类加载机制
类加载机制是JVM的核心组成部分，负责将类文件加载到JVM中。类加载过程主要包括以下几个阶段：
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加载：查找并加载指定的类文件，创建一个Class对象。这个过程涉及到类加载器的使用，如Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader和Application ClassLoader。Bootstrap ClassLoader负责加载核心类库，如rt.jar，而Extension ClassLoader和Application ClassLoader则用于加载应用程序中的类。
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连接：验证类文件的正确性，准备类中的静态字段，并解析类中的符号引用。连接阶段分为验证、准备和解析三个子阶段。验证阶段确保类文件遵循Java虚拟机规范；准备阶段为静态变量分配内存并设置默认值；解析阶段将符号引用转换为直接引用。
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初始化：执行类中的静态初始化器（static块）。初始化阶段是在类加载之后、类使用之前执行的，负责初始化类变量和执行静态代码块。
- 双亲委派模型
双亲委派模型是JVM类加载机制的核心设计理念。在类加载过程中，类加载器首先委托其父类加载器去加载类，只有当父类加载器无法加载该类时，才由当前类加载器尝试加载。这种设计确保了类加载的稳定性，避免了类名冲突。
- 自定义类加载器
自定义类加载器允许开发者扩展JVM的类加载机制，实现特定的类加载逻辑。通过继承ClassLoader类并重写findClass方法，可以自定义类加载器。例如，可以实现文件系统类加载器，用于加载本地文件系统中的类文件。
- 模块化系统（JPMS）
模块化系统（Java Platform Module System，JPMS）是Java 9引入的新特性，旨在提高JVM的可扩展性和性能。JPMS通过模块来组织代码，每个模块包含一组类和资源，模块之间通过模块描述文件（module-info.java）来定义依赖关系。模块系统引入了模块的版本化和作用域的概念，使得模块之间的依赖关系更加明确。
- 内存模型
JVM的内存模型主要包括以下几个运行时数据区：
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堆：用于存储几乎所有的对象实例，以及数组。堆是动态分配的内存区域，垃圾回收主要发生在堆上。
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栈：用于存储局部变量和方法调用的参数。栈是线程私有的内存区域，生命周期与线程相同。
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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。方法区是全局共享的内存区域。
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PC寄存器：用于存储指向下一条要执行的指令的指针。PC寄存器是线程私有的，每个线程都有自己的PC寄存器。
- 内存溢出场景分析
内存溢出是指程序在运行过程中消耗了过多的内存，导致JVM无法分配更多内存。常见的内存溢出场景包括：
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创建大量对象实例：当应用程序创建的对象实例过多时，会导致堆内存不足。
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循环引用导致无法回收对象：循环引用会导致垃圾回收器无法回收相关对象，从而造成内存泄漏。
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使用大数据类型：大数据类型如BigInteger、BigDecimal等占用内存较多，可能导致内存溢出。
- 垃圾回收
垃圾回收（Garbage Collection，GC）是JVM自动管理内存的一种机制。GC通过标记-清除、复制、整理等算法回收不再使用的对象占用的内存。JVM提供了多种垃圾回收器，如Serial GC、Parallel GC、Concurrent Mark Sweep GC（CMS）和Garbage-First GC（G1）。
- GC Roots可达性分析
GC Roots是垃圾回收算法的起点，它包含了一些引用对象，如栈帧中的局部变量、静态变量、方法区中的常量等。GC通过分析这些GC Roots，找到所有可达对象，回收不可达对象占用的内存。
- 分代收集理论
分代收集理论将JVM的内存分为多个代，如新生代（Young区）、老年代（Old区）。不同代的对象具有不同的存活周期和回收策略。新生代主要用于存放新创建的对象，回收频率较高；老年代存放存活周期较长的对象，回收频率较低。
- 引用类型
引用类型包括强引用、软引用、弱引用和虚引用。不同引用类型对对象的影响不同，如强引用会导致对象一直存活，而软引用则可能在内存不足时被回收。
- 垃圾回收算法
垃圾回收算法主要包括标记-清除、复制、整理算法等。标记-清除算法通过标记和清除无法访问的对象来回收内存；复制算法通过将对象复制到另一区域来回收内存；整理算法通过移动对象来回收内存。
- 并发收集器
并发收集器如CMS（Concurrent Mark Sweep）和G1（Garbage-First）可以在应用程序运行时进行垃圾回收，以减少停顿时间。并发收集器通过与应用程序并发执行，降低垃圾回收对应用程序性能的影响。
- 停顿时间控制策略
停顿时间控制策略如CMS的标记停顿和G1的预测停顿，旨在控制垃圾回收过程中的停顿时间。这些策略通过优化算法和调整参数来减少停顿时间，提高应用程序的响应速度。
- 性能调优
JVM性能调优主要包括JVM参数配置、内存泄漏诊断和JIT编译优化等。性能调优需要根据应用程序的运行情况和性能瓶颈进行分析，并采取相应的优化措施。
二、Spring Boot知识体系
Spring Boot是Spring框架的一个子项目，旨在简化Spring应用的创建和部署。下面我们将深入探讨Spring Boot的知识体系，并添加技术实现细节。
- 自动配置
Spring Boot通过自动配置来简化应用配置。当Spring Boot启动时，它会根据类路径下添加的jar包或配置来猜测并自动配置Spring应用。自动配置的核心是SpringFactoriesLoader，它负责加载类路径下所有jar包中的META-INF/spring.factories文件。
- @EnableAutoConfiguration原理
@EnableAutoConfiguration注解是Spring Boot自动配置的核心。它通过条件化配置（@Conditional）来实现自动配置。条件化配置允许开发者根据特定条件来启用或禁用某些配置。常见的条件化配置包括@ConditionalOnClass、@ConditionalOnMissingBean等。
- 条件化配置（@Conditional）
条件化配置允许开发者根据特定条件来启用或禁用某些配置。常见的条件化配置包括@ConditionalOnClass、@ConditionalOnMissingBean等。例如，如果类路径下存在某个类，则启用相应的配置。
- 自定义Starter开发
自定义Starter可以简化依赖管理，并方便开发者快速集成第三方库。通过创建一个Maven项目，并添加spring-boot-starter父依赖，可以开发自定义Starter。自定义Starter需要提供一个spring.factories文件，其中包含自动配置类。
- 起步依赖
起步依赖是Spring Boot的核心特性之一，它将常用的库组织成一个个起步依赖，方便开发者快速构建应用。起步依赖通过Maven或Gradle的方式管理，可以简化依赖的版本管理。
- 依赖管理机制（BOM文件）
BOM（Bill of Materials）文件用于定义依赖版本，确保不同项目的依赖版本一致。BOM文件可以确保项目之间的依赖版本兼容性，避免因依赖版本不一致而导致的构建错误。
- 版本冲突解决
版本冲突是指依赖之间存在不兼容的版本。Spring Boot通过提供兼容性修复和依赖排除等方式来解决版本冲突。例如，可以使用依赖排除来避免某个依赖版本的影响。
- 第三方库集成模式
Spring Boot支持多种第三方库集成模式，如自动配置、Bean注入、AOP等。这些模式简化了第三方库的集成过程，提高了开发效率。
- Actuator
Actuator是Spring Boot的一个模块，提供了一系列端点，用于监控和运维Spring Boot应用。Actuator端点可以通过HTTP请求或JMX连接访问，提供应用的运行时信息。
- 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，如HTTP端点/actuator/health。健康检查端点可以用于监控应用的健康状态，及时发现潜在问题。
- 度量指标收集
Spring Boot通过集成Micrometer等库，支持度量指标收集和监控。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。
- 自定义Endpoint开发
自定义Endpoint允许开发者扩展Actuator端点，实现自定义监控功能。自定义Endpoint可以通过实现Endpoint接口并注册到Spring容器中来实现。
- 配置文件管理
Spring Boot支持多环境配置，如application-{profile}.yml。配置加载优先级由配置文件的名称决定。多环境配置可以方便地在不同环境中切换配置。
- 动态配置刷新
Spring Boot支持动态配置刷新，允许开发者在不重启应用的情况下更新配置。动态配置刷新可以通过Spring Cloud Config Server等工具实现。
- 监控与日志
Spring Boot集成Logback/SLF4J等日志框架，支持日志配置和监控。日志配置可以通过application.yml文件进行设置，支持多种日志级别和输出格式。
- 分布式链路追踪
Spring Boot支持分布式链路追踪，如Zipkin、Jaeger等。分布式链路追踪可以帮助开发者了解应用之间的调用关系，及时发现和解决性能问题。
- 扩展机制
Spring Boot提供了一系列扩展机制，如自定义AutoConfigurationBean、生命周期扩展点等。这些扩展机制允许开发者扩展Spring Boot的功能，满足特定的需求。
- 响应式编程支持
Spring Boot支持响应式编程，如Spring WebFlux等。响应式编程可以提高应用程序的并发性能和可扩展性。
总结：
本文详细介绍了JVM和Spring Boot的知识体系，涵盖了类加载机制、内存模型、垃圾回收、自动配置、Actuator、配置文件管理、扩展机制等多个方面。通过深入探讨这些知识点，读者可以更好地理解JVM和Spring Boot的工作原理，并学会在实际项目中应用这些技术。
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