JVM与Spring Boot核心知识-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/MoneyHacksPro/article/details/149460251

📕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

在Java虚拟机（JVM）中，类加载机制是一个复杂的过程，它确保了类在运行时的正确性。类加载过程主要涉及以下几个步骤：

加载（Loading）：在这个过程中，JVM的类加载器负责查找并加载指定的类。这包括加载类的二进制数据，并将其存储在运行时数据区的方法区中。JVM提供了不同的类加载器实现，如启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）、扩展类加载器（Extension ClassLoader）和应用类加载器（Application ClassLoader）。
验证（Verification）：这一阶段是为了确保加载的类信息符合JVM规范。验证过程包括字节码验证、符号引用验证和类型安全检查。
准备（Preparation）：在这个阶段，JVM为类变量分配内存，并设置默认初始值。
解析（Resolution）：解析阶段是将符号引用转换为直接引用的过程，即将类、接口、字段和方法的符号引用替换为直接引用。
初始化（Initialization）：这是类加载的最后阶段，也是执行类构造器《 ()》的方法。这个过程会初始化类变量、静态变量，并执行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JVM类加载机制的一个核心特性，它遵循一个原则：当一个类需要被加载时，首先委托给它的父类加载器去加载，只有当父类加载器无法完成加载任务时，才由子类加载器尝试加载。这种模型可以防止类的重复加载，并保证了类型安全。

自定义类加载器

自定义类加载器允许开发者控制类的加载过程，实现特定的加载逻辑，如加载特定的类库或插件。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平台模块系统（JPMS）是Java 9引入的一项重要特性，它将Java代码组织成模块，以提供更好的隔离性和安全性。模块通过module-info.java文件来声明，并定义模块的依赖关系。

内存模型

JVM的内存模型分为几个运行时数据区，每个数据区都有其特定的用途：

堆（Heap）：堆是JVM中最大的内存区域，用于存储所有实例和数组的内存。Java对象几乎都存储在堆上。
栈（Stack）：栈用于存储局部变量和方法调用。每个线程都有自己的栈空间。
方法区（Method Area）：方法区用于存储类信息、常量、静态变量等。它包括运行时常量池、字段和方法数据等。
PC寄存器：PC寄存器用于存储当前线程所执行的指令地址。

内存溢出场景分析

内存溢出通常发生在以下场景：

堆内存溢出：当创建的对象实例过多，超过了堆的容量时，会发生堆内存溢出。
栈内存溢出：当方法调用过深，超过了栈的深度时，会发生栈内存溢出。
方法区溢出：当类定义过多，超过了方法区的容量时，会发生方法区溢出。

垃圾回收

垃圾回收（GC）是JVM自动回收不再使用的内存空间的过程。垃圾回收主要包括以下几个步骤：

GC Roots可达性分析：从GC Roots开始，向上遍历可达对象，确定哪些对象是可达的。
标记-清除（Mark-Sweep）：标记所有可达对象，然后清除所有未被标记的对象。
复制（Copying）：将对象在内存中分成两个区域，每次只使用一个区域，当该区域满时，将存活的对象复制到另一个区域，并清空原来的区域。
标记-整理（Mark-Compact）：标记所有可达对象，然后整理内存，将存活的对象压缩到内存的一端。
并发收集器：如CMS（Concurrent Mark Sweep）和G1（Garbage-First），它们在垃圾回收过程中尽量减少对应用程序的干扰。

性能调优

性能调优是优化JVM性能的关键步骤。以下是一些常见的性能调优方法：

JVM参数配置：通过调整JVM参数，如堆内存大小（-Xms、-Xmx）、垃圾回收策略等，来优化JVM性能。
内存泄漏诊断：通过分析堆转储文件（Heap Dump）等手段，找出内存泄漏的原因。
JIT编译优化：JIT编译器在运行时对字节码进行优化，提高程序性能。

Spring Boot知识体系

自动配置

Spring Boot的自动配置是基于条件化配置实现的。当Spring Boot启动时，它会扫描类路径下的所有配置类，并根据类路径下的类和依赖关系自动配置相应的Bean。这种自动配置是基于以下原理：

条件化配置（@Conditional）：通过条件化配置，可以实现对自动配置的细粒度控制。例如，当存在特定的类或属性时，才进行自动配置。
条件注解：Spring Boot提供了多种条件注解，如@ConditionalOnClass、@ConditionalOnMissingBean等。

自定义Starter开发

自定义Starter是Spring Boot的一个重要特性，它允许开发者将库或组件与Spring Boot集成。开发自定义Starter需要遵循以下步骤：

创建一个Maven项目，并添加必要的依赖。
编写Starter的POM文件，指定依赖和版本。
编写自动配置类，并使用条件化配置。
将Starter打包成jar文件，并发布到中央仓库。

起步依赖

起步依赖是Spring Boot的核心特性之一，它将常用的库和依赖关系打包在一起，简化了项目的依赖管理。起步依赖通过Maven的依赖管理机制实现，通过添加起步依赖，可以自动引入相关的依赖。

依赖管理机制

Spring Boot使用Maven或Gradle来管理项目依赖。以下是一些依赖管理的关键点：

BOM文件：BOM（Bill of Materials）文件用于定义项目依赖的版本关系，确保项目的一致性。
版本冲突解决：Spring Boot通过依赖管理机制自动解决版本冲突问题。

第三方库集成模式

Spring Boot支持多种第三方库的集成模式，如自动配置、Starter等。例如，要集成Redis，可以添加Spring Boot的Redis起步依赖，并使用Spring Data Redis进行操作。

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。这些端点包括：

健康检查端点：用于检查应用程序的健康状态。
度量指标收集：用于收集应用程序的性能指标。
自定义Endpoint开发：允许开发者自定义端点，以提供更丰富的监控信息。

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。配置文件可以是properties或yml格式的文件。以下是一些配置文件管理的要点：

多环境配置：Spring Boot支持多环境配置，如开发环境、生产环境等。
配置加载优先级：Spring Boot会根据配置文件的优先级加载配置信息。
动态配置刷新：Spring Boot支持动态刷新配置信息。

监控与日志

Spring Boot提供了多种监控和日志配置选项。以下是一些关键点：

Micrometer集成：用于集成不同的监控工具。
Logback/SLF4J配置：用于配置日志记录器。

分布式链路追踪扩展机制

Spring Boot支持分布式链路追踪，如Zipkin和Jaeger等。这些工具可以帮助开发者追踪跨多个服务的事务。

自定义AutoConfigurationBean生命周期扩展点

Spring Boot允许开发者通过实现特定的接口，扩展AutoConfigurationBean的生命周期。

响应式编程支持

Spring Boot支持响应式编程，如Spring WebFlux等。响应式编程可以提供更好的并发性能和异步处理能力。

通过以上知识点的深入理解和应用，开发者可以更好地构建和维护高性能的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！