📕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
在深入探讨JVM（Java虚拟机）的知识体系之前，我们需要了解JVM作为Java运行时环境的核心作用。JVM负责加载、验证、执行Java字节码，同时管理Java程序的内存和垃圾回收等关键功能，其设计理念是为了提供一个跨平台、安全、高效的运行环境。
类加载机制
类加载是JVM的核心机制之一，它负责将Java源代码编译生成的.class文件加载到JVM中。类加载机制主要包括以下几个步骤：
-
加载（Loading）：类加载器负责查找或生成.class文件，并将其字节码载入JVM。这一过程涉及类加载器的初始化，包括加载类定义信息、类文件格式验证、加载类定义到JVM中。
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连接（Linking）：在连接阶段，JVM会验证类文件的有效性，包括检查字节码的合法性、符号表的准确性等。连接阶段还涉及准备为类对象分配内存，并解析符号引用，将符号引用转换为直接引用。
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初始化（Initialization）：初始化阶段负责执行类字段的静态初始化器和静态代码块。在这个过程中，JVM将按照声明顺序对静态变量进行初始化，并执行类字段的静态初始化器。
类加载过程
类加载过程可以细分为上述三个阶段，每个阶段都有其特定的任务和目的：
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加载：这一阶段主要涉及类文件的读取和Class对象的创建，包括类文件的格式解析、类的二进制数据读取、Class对象的构造等。
-
连接：连接阶段包括验证、准备和解析三个步骤。验证确保类文件符合Java虚拟机规范，准备阶段为类变量分配内存并设置默认初始值，解析阶段将符号引用转换为直接引用。
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初始化：初始化阶段负责执行类的静态初始化器（static{}块），并初始化类变量。
双亲委派模型
双亲委派模型是JVM默认的类加载策略，它要求除顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都委托父类加载器进行加载。这种模型的实现细节如下：
- 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：负责加载JVM启动时指定的核心库，如rt.jar。
- 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：负责加载JVM的扩展库。
- 应用程序类加载器（Application ClassLoader）：负责加载用户类路径上的应用程序类库。
双亲委派模型的实现依赖于父类加载器引用，子类加载器在加载类时首先将请求委派给父类加载器，只有当父类加载器无法完成加载时，才尝试自己加载。
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。其实现细节包括：
- 继承
java.lang.ClassLoader类并重写findClass方法。 - 在
findClass方法中，实现自定义的类查找逻辑，例如从文件系统、网络或其他源读取类文件。 - 在必要时，可以重写其他方法，如
loadClass、findResource等。
模块化系统（JPMS）
Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的一种模块化系统，它允许将Java应用程序分解成多个模块。模块化系统的实现细节如下：
- 模块：模块是具有独立版本和范围的自包含单元，可以包含类、接口、资源文件和注解。
- 模块描述符：模块描述符文件（module-info.java）定义了模块的版本、依赖关系和暴露的包。
- 模块系统：模块系统负责解析模块描述符，建立模块间依赖关系，并提供模块间访问控制。
内存模型
JVM的内存模型包括以下部分：
- 运行时数据区：包括堆、栈、方法区和PC寄存器。
- 堆：用于存储对象实例和数组的内存区域，其内存分配采用分代收集策略。
- 栈：用于存储局部变量和方法调用的内存区域，是线程私有的。
- 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，是所有线程共享的。
- PC寄存器：用于指示当前线程所执行的指令。
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：当创建大量对象且无法被垃圾回收时，会发生堆内存溢出。
- 栈内存溢出：当方法调用深度过深，导致栈空间不足时，会发生栈内存溢出。
- 方法区溢出：当加载大量类信息导致方法区内存不足时，会发生方法区溢出。
垃圾回收
垃圾回收是JVM的另一项关键功能，它负责回收不再使用的对象占用的内存。垃圾回收的实现细节如下：
- GC Roots可达性分析：通过一系列称为GC Roots的对象作为起点，检查和搜索从这些根对象到所有对象引用的关系图，以确定哪些对象应该被回收。
- 分代收集理论：将对象分为不同年龄段，分别采用不同的垃圾回收策略，如复制算法、标记-清除或标记-整理算法。
- 引用类型：包括强引用、软引用、弱引用和虚引用，它们分别代表不同的引用强度。
- 垃圾回收算法：包括标记-清除、复制、整理算法等。
- 并发收集器：如CMS（Concurrent Mark Sweep）和G1（Garbage-First），它们旨在减少垃圾回收对应用程序的影响。
- 停顿时间控制策略：如G1的动态停顿时间目标，旨在控制垃圾回收造成的停顿时间。
性能调优
性能调优是优化JVM运行效率的关键环节，主要包括以下方面：
- JVM参数配置：如
-Xms、-Xmx等，用于调整堆内存大小。 - 内存泄漏诊断：通过工具如JProfiler、MAT等，诊断和修复内存泄漏。
- JIT编译优化：JVM在运行时将字节码编译成本地机器码，以提高执行效率。
Spring Boot知识体系
Spring Boot是一个开源的Java-based框架，它旨在简化Spring应用的创建和部署。以下是Spring Boot知识体系的一些关键点：
自动配置
Spring Boot的自动配置功能使得开发者无需手动编写大量配置代码，即可快速启动和运行Spring应用。自动配置的实现细节如下：
- @EnableAutoConfiguration原理：Spring Boot通过读取类路径下的jar包和配置文件，自动配置应用程序所需的Bean。它基于类路径下存在的类、Bean和配置来推断出需要配置的Bean。
- 条件化配置（@Conditional）：允许根据特定的条件来启用或禁用自动配置，例如基于特定的类存在与否。
自定义Starter开发
自定义Starter可以帮助开发者将他们的库或组件轻松集成到Spring Boot应用中。自定义Starter的开发细节如下：
- 创建一个包含特定库的Maven或Gradle项目。
- 在项目的
pom.xml或build.gradle文件中添加Spring Boot的依赖。 - 创建一个自定义的Spring Boot Starter项目。
- 在自定义Starter中，提供自动配置类来配置所需的Bean。
起步依赖
起步依赖是Spring Boot提供的预配置依赖包，它们包含了构建和运行Spring Boot应用所需的库。起步依赖的实现细节如下：
- Spring Boot的起步依赖使用Gradle或Maven的依赖管理机制。
- 起步依赖定义了项目中所需的库和它们的版本。
- Spring Boot的起步依赖管理器负责解析和下载依赖。
依赖管理机制
- BOM文件：Bill of Materials（物料清单），用于定义项目中所有依赖的版本。BOM文件确保了所有依赖的版本一致性。
- 版本冲突解决：Spring Boot通过管理依赖的版本，解决潜在的版本冲突问题。它使用依赖解析策略来选择正确的依赖版本。
第三方库集成模式
Spring Boot支持多种第三方库的集成模式，包括自动配置、依赖注入等。第三方库集成的实现细节如下：
- 使用Spring Boot的自动配置功能来配置第三方库。
- 使用Spring的依赖注入功能来集成第三方库。
Actuator
Spring Boot Actuator提供了丰富的端点，用于监控和管理Spring Boot应用。Actuator的实现细节如下：
- 健康检查端点：用于检查应用的健康状态，包括应用的启动状态、数据库连接状态等。
- 度量指标收集：用于收集应用的各种指标，如内存使用率、线程数等。
- 自定义Endpoint开发：允许开发者自定义端点以满足特定需求，例如监控自定义的Bean或数据源。
配置文件管理
Spring Boot使用配置文件来管理应用的各种配置，包括多环境配置。配置文件管理的实现细节如下：
- 多环境配置（application-{profile}.yml）：如开发环境、测试环境和生产环境。不同的配置文件包含不同环境的配置信息。
- 配置加载优先级：Spring Boot按照特定的顺序加载配置文件，例如先加载
application.yml，然后加载特定环境的配置文件。 - 动态配置刷新：允许在运行时动态更新配置，例如通过Spring Cloud Config Server。
监控与日志
Spring Boot提供了多种监控和日志解决方案。监控与日志的实现细节如下：
- Micrometer集成：用于集成各种监控系统，如Prometheus、Grafana等。
- Logback/SLF4J配置：用于配置日志记录器，例如设置日志级别、日志格式等。
分布式链路追踪
Spring Boot支持分布式链路追踪，如Zipkin、Jaeger等。分布式链路追踪的实现细节如下：
- 使用分布式链路追踪工具（如Zipkin、Jaeger）来追踪应用程序中的请求。
- 将链路追踪数据收集并存储到集中的存储系统中。
- 使用链路追踪工具提供的界面来分析链路追踪数据。
扩展机制
Spring Boot提供了多种扩展机制，包括自定义AutoConfiguration、Bean生命周期扩展点等。扩展机制的实现细节如下：
- 自定义AutoConfiguration：通过实现
@Configuration类并使用@EnableAutoConfiguration注解来启用自动配置。 - Bean生命周期扩展点：通过实现
BeanPostProcessor、InitializingBean、DisposableBean等接口来扩展Bean的生命周期。
响应式编程支持
Spring Boot支持响应式编程，如Spring WebFlux，允许开发者编写非阻塞的异步代码。响应式编程的实现细节如下：
- 使用Spring WebFlux框架来构建响应式Web应用。
- 使用
@RestController、@RequestMapping等注解来处理HTTP请求。 - 使用
Mono、Flux等响应式数据流来处理异步数据。
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体系之间的紧密联系。JVM作为Java应用的基础运行环境，提供了类加载、内存管理、垃圾回收等核心功能；而Spring Boot则构建在JVM之上，提供了自动配置、依赖注入、响应式编程等高级功能。两者相互依存，共同构成了Java应用开发的核心框架。
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