JVM与Spring Boot核心解析

📕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知识体系补充说明】

1. 类加载机制

在类加载机制中，加载过程涉及了Java类加载器（ClassLoader）的参与。Java类加载器负责将类文件从文件系统或网络中读取到JVM中，并转换成Class对象。Java提供了三种类型的类加载器：

• 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：负责加载存放在JDK的lib目录中的，或被-Xbootclasspath参数指定的路径中的，且只由启动类加载器加载的类。
• 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：负责加载JDK的lib/ext目录中，或由java.ext.dirs系统变量指定的路径中的类库。
• 应用程序类加载器（Application ClassLoader）：负责加载用户类路径（classpath）上的所有类库。

连接阶段分为验证、准备和解析三个子阶段：

• 验证：确保类文件符合Java虚拟机的规范，不含有任何非法指令。
• 准备：为类变量分配内存，并设置默认初始值。
• 解析：将类、接口、字段和方法的符号引用转换为直接引用。

2. 类加载过程

在类加载过程中，加载阶段涉及了类文件读取和Class对象创建。连接阶段中的验证过程通过类文件结构验证、字节码验证和符号引用验证三个层次确保类文件的安全性。初始化阶段则通过执行类构造器（clinit）方法来初始化类变量。

3. 双亲委派模型

双亲委派模型中，父类加载器在加载类之前，会先检查自身的类加载器是否已经加载了该类。如果没有，则委托给父类加载器尝试加载。这种模型确保了类加载器之间的层次结构，避免了类的重复加载。

4. 自定义类加载器

自定义类加载器可以通过继承ClassLoader类并重写findClass方法实现。在findClass方法中，可以根据需要从不同的源加载类，例如从文件系统、网络或数据库加载。

5. 模块化系统（JPMS）

模块化系统通过模块描述文件（module-info.java）来定义模块的依赖关系和暴露的包。模块的内部类和资源默认对其他模块不可见，只有通过显式地开放（open）或导出（export）才能被外部模块访问。

6. 内存模型

JVM的内存模型中，堆内存的分配和管理是垃圾回收的重点。堆内存的分配策略包括标记-清除、复制和整理算法。栈内存的分配是线程私有的，每个线程有一个栈，用于存储局部变量和方法调用信息。

7. 内存溢出场景分析

堆内存溢出可以通过调整JVM堆内存大小参数（如-Xmx和-Xms）来解决。栈内存溢出可以通过增加栈大小参数（如-Xss）或优化代码逻辑来解决。方法区内存溢出可以通过优化类加载策略或减少类信息加载量来解决。

8. 垃圾回收

垃圾回收算法中的GC Roots可达性分析通过遍历对象图，确定哪些对象是可达的，从而决定回收哪些对象。分代收集理论中，新生代和老年代采用了不同的回收策略，如新生代使用复制算法，老年代使用标记-清除或标记-整理算法。

9. 并发收集器

并发收集器如CMS（Concurrent Mark Sweep）在应用线程运行的同时进行垃圾回收，减少了垃圾回收对应用程序执行的影响。G1（Garbage-First）收集器通过将堆内存分割成多个区域，优先回收垃圾产生量大的区域。

10. 停顿时间控制策略

停顿时间控制策略包括使用并发收集器、调整垃圾回收器参数、优化应用程序代码等。例如，通过调整G1的回收策略，可以控制停顿时间。

11. 性能调优

性能调优可以通过分析JVM日志、监控堆栈跟踪、调整JVM参数和优化应用程序代码来实现。例如，通过调整JVM堆内存参数，可以改善应用程序的性能。

【二、Spring Boot知识体系补充说明】

1. 自动配置

自动配置的工作原理基于Spring的条件注解（@Conditional）和SpringFactoriesLoader。条件注解可以根据不同的条件动态地启用或禁用配置，而SpringFactoriesLoader则用于加载实现了特定接口的类。

2. 起步依赖

起步依赖通过Maven的依赖管理机制实现。在Spring Boot项目中，起步依赖通常以spring-boot-starter开头，如spring-boot-starter-web。

3. 依赖管理机制

依赖管理机制通过Maven的依赖树和依赖冲突解决策略来管理项目依赖。Maven的依赖树可以清晰地展示项目依赖关系，而依赖冲突解决策略则通过依赖版本锁定或使用传递依赖来解决冲突。

4. 版本冲突解决

解决版本冲突的方法包括使用Maven的依赖树分析工具分析依赖关系，使用BOM文件统一依赖版本，或者手动指定依赖版本。

5. 第三方库集成模式

Spring Boot支持多种第三方库集成模式，例如直接依赖第三方库，或者通过Spring Boot的Starter项目来集成第三方库。

6. Actuator

Actuator的监控数据可以通过JMX、HTTP、JMS等方式暴露。开发者可以通过自定义端点来扩展Actuator的功能。

7. 健康检查端点

健康检查端点通过实现HealthIndicator接口来定义应用程序的健康状态。Spring Boot会自动收集所有实现该接口的类的健康状态信息。

8. 度量指标收集

度量指标收集可以通过Spring Boot Actuator和Micrometer等工具实现。这些工具可以收集应用程序的性能指标，如内存使用率、CPU使用率等。

9. 自定义Endpoint开发

自定义Endpoint开发可以通过实现Endpoint接口并注册到Actuator中来实现。自定义Endpoint可以提供更细粒度的监控和配置功能。

10. 配置文件管理

配置文件管理可以通过Spring Cloud Config等工具实现集中式配置管理。此外，Spring Boot还支持多环境配置和动态配置刷新。

11. 监控与日志

Spring Boot的监控与日志功能可以通过集成Logback、Log4j等日志框架来实现。Spring Boot还提供了日志级别控制、日志格式化等功能。

12. 分布式链路追踪

分布式链路追踪可以通过Zipkin、Jaeger等工具实现。这些工具可以追踪分布式系统中请求的执行路径，帮助开发者定位和解决问题。

13. 扩展机制

Spring Boot的扩展机制包括自定义AutoConfigurationBean、生命周期扩展点等。这些机制允许开发者根据需求自定义Spring Boot的行为。

14. 响应式编程支持

Spring Boot通过集成Reactor、Project Reactor等响应式编程库来支持响应式编程。响应式编程允许开发者以异步和事件驱动的方式编写应用程序。

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