JVM与Spring Boot知识体系-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/MoneyHacksPro/article/details/149459855

📕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）的类加载机制是一个复杂的系统，它不仅负责将编译后的.class文件加载到JVM中，还涉及到类的解析、符号引用到直接引用的转换、类的验证、准备和初始化等多个阶段。以下是各个阶段的技术实现细节：

类加载器：在JVM中，存在多种类加载器，如Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader和App ClassLoader。Bootstrap ClassLoader使用原生代码实现，负责加载核心库；Extension ClassLoader和App ClassLoader则由Java代码实现，负责加载扩展库和应用程序类。
类加载过程：
- 加载：通过ClassLoader的findClass方法实现，将.class文件读入内存，并使用defineClass方法生成Class对象。
- 连接：包括验证、准备和解析三个子阶段。验证阶段通过字节码验证器（Bytecode Verifier）检查字节码的正确性；准备阶段为类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。
- 初始化：通过调用类的<clinit>()方法实现，该方法的逻辑通常包括初始化静态变量、执行静态代码块等。

双亲委派模型

双亲委派模型在Java中起着至关重要的作用，它保证了类的加载逻辑的一致性和安全性。当子类加载器需要加载一个类时，它会首先请求其父类加载器加载，只有当父类加载器无法完成加载任务时，子类加载器才会尝试加载。

自定义类加载器

自定义类加载器可以满足特定场景下的需求，例如实现模块化设计、实现热部署等。自定义类加载器需要继承ClassLoader类或实现ClassLoader接口，并重写findClass方法。

模块化系统（JPMS）

Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的一个模块化系统，它通过模块化的方式提高了Java应用程序的性能、安全性和可维护性。模块化系统的实现细节包括：

模块声明：每个模块都需要一个module-info.java文件，用于声明模块的名称、公开的包和所需的模块等。
模块间依赖：模块间依赖通过模块声明中的requires语句指定，JVM在运行时会根据依赖关系加载相应的模块。
模块的命名空间：模块化系统通过模块的命名空间来隔离不同模块的类，避免了命名冲突。

内存模型

JVM的内存模型是Java程序运行的基础，它包括堆、栈、方法区和PC寄存器等区域。以下是各个区域的技术实现细节：

堆：堆是所有类的实例和数组的存储区域，它通过分代收集算法来管理内存。
栈：栈是线程私有的内存区域，用于存储局部变量和方法调用栈。
方法区：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，它包括运行时常量池、方法表等。
PC寄存器：PC寄存器用于存储当前线程所执行的指令的地址。

内存溢出场景分析

内存溢出是Java应用程序中常见的问题，以下是常见的内存溢出场景及其技术实现细节：

堆内存溢出：当对象创建过多，超过堆内存容量时，会导致堆内存溢出。可以通过调整JVM堆内存大小（如-Xmx和-Xms参数）或优化代码结构来解决这个问题。
栈内存溢出：当递归调用过深，超过栈内存容量时，会导致栈内存溢出。可以通过减少递归深度或调整JVM栈内存大小（如-Xss参数）来解决这个问题。
方法区溢出：当类定义过多，超过方法区容量时，会导致方法区溢出。可以通过调整JVM方法区大小（如-XX:MaxPermSize参数，Java 8及以后版本已废弃）或优化代码结构来解决这个问题。

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。以下是垃圾回收的技术实现细节：

GC Roots可达性分析：GC Roots是垃圾回收算法的起点，常见的GC Roots包括类加载器、线程栈、本地方法栈等。
分代收集理论：JVM将内存划分为不同的区域，如Young区、Old区和永久代（Java 8及以后版本已废弃）。不同的区域采用不同的回收策略，例如，Young区采用复制算法，Old区采用标记-清除或标记-整理算法。
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，它们在垃圾回收过程中的作用不同。
垃圾回收算法：常见的垃圾回收算法包括标记-清除、复制、标记-整理和标记-清除-整理等。
并发收集器：并发收集器在执行垃圾回收时尽量减少对应用程序的干扰，例如CMS（Concurrent Mark Sweep）和G1（Garbage-First）收集器。
停顿时间控制策略：停顿时间控制策略旨在控制垃圾回收过程中的停顿时间，例如CMS的响应停顿时间目标。

性能调优

JVM性能调优是提高Java应用程序性能的关键，以下是常见的性能调优方法：

JVM参数配置：通过设置JVM启动参数（如-Xms、-Xmx、-XX:NewSize、-XX:MaxNewSize等）来调整内存分配。
内存泄漏诊断：使用工具（如MAT、VisualVM等）检测内存泄漏，并修复它们。
JIT编译优化：JIT编译器会对热点代码进行优化，提高程序运行效率。

Spring Boot知识体系

自动配置

Spring Boot的自动配置功能是基于条件化配置和自动配置类实现的。以下是自动配置的技术实现细节：

@EnableAutoConfiguration：通过该注解启用自动配置，它会根据类路径下存在的依赖和配置信息自动配置Spring应用程序。
条件化配置（@Conditional）：通过条件化配置，Spring Boot可以根据特定的条件选择性地应用配置，例如@ConditionalOnClass、@ConditionalOnMissingBean等。

自定义Starter开发

自定义Starter可以简化依赖管理，并封装第三方库的集成。以下是开发自定义Starter的技术实现细节：

创建Maven项目：创建一个Maven项目，并添加Starter依赖。
编写自动配置类：编写自动配置类，该类通常位于META-INF/spring.factories文件中，用于声明自动配置类。
编写配置文件：编写配置文件，例如application.properties或application.yml，用于配置Starter的参数。

起步依赖

Spring Boot使用起步依赖来简化依赖管理。以下是起步依赖的技术实现细节：

起步依赖坐标：起步依赖的坐标通常以spring-boot-starter-*的形式存在，例如spring-boot-starter-web。
依赖树分析：Spring Boot使用Maven的依赖树分析功能，将起步依赖的坐标转换为具体的依赖关系。

依赖管理机制（BOM文件）

Spring Boot使用BOM（Bill of Materials）文件来管理依赖的版本。以下是BOM文件的技术实现细节：

BOM文件：BOM文件是一个Maven坐标，它包含了所有依赖的版本信息。
依赖版本一致性：BOM文件确保了所有依赖的版本一致性，避免了版本冲突。

版本冲突解决

依赖版本冲突是Java项目中常见的问题，以下是解决依赖版本冲突的技术实现细节：

依赖树分析工具：使用依赖树分析工具（如Maven Dependency Tree、MvnForum等）分析依赖关系，找出版本冲突的原因。
依赖排除：通过在依赖中添加排除项（如<exclusions>）来排除特定版本的依赖。
依赖覆盖：通过在项目的pom.xml文件中添加依赖覆盖（如<dependencyManagement>）来指定依赖的版本。

第三方库集成模式

Spring Boot支持多种第三方库集成模式，以下是常见的集成模式及其技术实现细节：

使用Spring Boot Starter：使用Spring Boot Starter来集成第三方库，例如spring-boot-starter-web用于集成Spring Web框架。
依赖注入：使用Spring的依赖注入功能将第三方库的实例注入到应用程序中。

Actuator

Spring Boot Actuator提供了一系列端点，用于监控和管理Spring Boot应用程序。以下是常见的Actuator端点及其技术实现细节：

健康检查端点：健康检查端点（/health）用于检查应用程序的健康状态，例如检查数据库连接、缓存状态等。
度量指标收集：度量指标收集端点（/metrics）用于收集应用程序的性能指标，例如CPU使用率、内存使用量等。
自定义Endpoint开发：可以自定义端点以满足特定需求，例如监控特定组件的运行状态。

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。以下是常见的配置文件及其技术实现细节：

application.yml：应用程序的主要配置文件，用于配置应用程序的属性。
application-{profile}.yml：多环境配置文件，例如application-dev.yml用于开发环境，application-prod.yml用于生产环境。

配置加载优先级

Spring Boot按照以下优先级加载配置文件：

命令行参数。
系统环境变量。
配置文件。

动态配置刷新

Spring Boot支持动态配置刷新，允许在应用程序运行时更新配置信息。以下是动态配置刷新的技术实现细节：

配置刷新端点：Spring Boot提供了一个配置刷新端点（/actuator/refresh），用于触发配置刷新。
配置更新机制：配置更新机制通过监听配置文件的变化来触发配置刷新。

监控与日志

Spring Boot使用Micrometer进行监控，并集成Logback/SLF4J进行日志管理。以下是监控与日志的技术实现细节：

Micrometer：Micrometer是一个监控指标库，它支持多种监控系统，例如Prometheus、Grafana等。
Logback/SLF4J：Logback和SLF4J是Java日志框架，它们提供了丰富的日志功能。

分布式链路追踪

Spring Boot支持分布式链路追踪，例如Zipkin和Jaeger。以下是分布式链路追踪的技术实现细节：

Zipkin：Zipkin是一个分布式追踪系统，它可以将应用程序中的请求进行追踪，并生成追踪图。
Jaeger：Jaeger是一个开源的分布式追踪系统，它提供了丰富的API和工具。

扩展机制

Spring Boot提供了多种扩展机制，例如自定义自动配置Bean和生命周期扩展点。以下是扩展机制的技术实现细节：

自定义AutoConfigurationBean：通过实现AutoConfigurationImportSelector接口，可以自定义自动配置Bean。
生命周期扩展点：Spring Boot提供了多个生命周期扩展点，例如ApplicationRunner和CommandLineRunner，可以用于在应用程序的生命周期中添加自定义逻辑。

响应式编程支持

Spring Boot支持响应式编程，使用Reactor和Project Reactor等库。以下是响应式编程的技术实现细节：

Reactor：Reactor是一个响应式编程库，它提供了异步编程模型。
Project Reactor：Project Reactor是Reactor的一个扩展，它提供了更多的高级功能。

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是如何相互关联和影响的。JVM作为Java应用程序的运行时环境，为Spring Boot提供了基础；而Spring Boot则利用了JVM的特性，简化了Java应用程序的开发和部署。掌握这些知识，有助于我们更好地理解和开发Java应用程序。

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！