JVM与Spring Boot深度解析-优快云博客

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📕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）、《解密程序员的思维密码——沟通、演讲、思考的实践》作者、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。

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Java程序员廖志伟

💡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。

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一、JVM知识体系

类加载机制

类加载机制在JVM中扮演着至关重要的角色，它不仅负责将类定义加载到JVM中，还涉及到类的命名空间管理、防止重复加载以及类定义的隔离。

加载过程：在加载阶段，JVM会使用类加载器读取类文件，并将其转换成二进制格式存储在方法区中。这一过程涉及类文件的格式解析，包括魔数、版本号、常量池、字段、方法、属性等信息。
连接过程：连接阶段包括验证、准备和解析三个子阶段。验证是为了确保类的正确性，防止诸如类型冲突等问题；准备阶段是为类变量分配内存并设置默认值；解析阶段是将符号引用转换为直接引用。
双亲委派模型：双亲委派模型的设计原则是“每个类加载器首先委派给其父类加载器进行加载，只有当父类加载器无法完成加载任务时，才自己去加载”。这种设计保证了类型的安全性和类名的唯一性。
自定义类加载器：自定义类加载器允许开发者实现特定的类加载逻辑，例如实现热部署功能，通过替换类文件而不需要重启应用。

模块化系统（JPMS）

Java Platform Module System（JPMS）通过模块化的方式组织代码，提高了JVM的可扩展性和性能。

模块定义：每个模块通过模块描述文件（module-info.java）来定义其依赖关系、导出和公开的包等。
模块层次结构：模块之间存在层次关系，顶层模块可以访问所有下层模块的公开内容。

内存模型

JVM的内存模型是JVM运行时内存的抽象表示，它定义了内存的划分和访问方式。

运行时数据区：运行时数据区包括方法区、堆、栈、PC寄存器和本地方法栈。
- 堆：堆是所有类实例和数组的内存区域，垃圾回收主要发生在堆上。
- 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状态。
- 方法区：方法区存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等数据。
- PC寄存器：PC寄存器用于存储指向下一条指令的指针。
内存溢出场景分析：内存溢出通常发生在堆内存不足、栈内存不足或方法区不足的情况下。
直接内存管理：直接内存管理是指堆外内存的管理，不受JVM堆内存管理策略的影响，主要用于大对象存储。

垃圾回收

垃圾回收是JVM自动回收不再使用的对象所占用的内存，其目的是提高内存使用效率。

GC Roots可达性分析：GC Roots是垃圾回收的起点，只有从GC Roots可达的对象才被认为是存活的对象。
分代收集理论：分代收集理论将对象分为新生代、老年代和永久代（Java 8后为元空间），针对不同代采用不同的回收策略。
引用类型：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有标记-清除、复制和整理算法。
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，减少停顿时间。
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，提高应用程序的性能。
性能调优：性能调优包括JVM参数配置、内存泄漏诊断和JIT编译优化。

二、Spring Boot知识体系

自动配置

Spring Boot通过自动配置功能，根据添加的依赖自动配置Spring应用。

@EnableAutoConfiguration原理：@EnableAutoConfiguration注解通过类路径下的jar包和配置文件来推断需要添加哪些Bean。
条件化配置（@Conditional）：条件化配置允许根据特定的条件来启用或禁用配置。
自定义Starter开发：自定义Starter可以帮助开发者更方便地集成自己的库。

起步依赖

起步依赖是Spring Boot提供的依赖管理机制，它通过一个特殊的pom.xml文件来管理项目依赖。

依赖管理机制（BOM文件）：BOM（Bill of Materials）文件用于定义项目依赖的版本，确保项目的一致性。
版本冲突解决：解决版本冲突的方法包括依赖排除、依赖升级和依赖锁定。
第三方库集成模式：集成第三方库可以通过添加起步依赖或手动添加依赖来实现。

Actuator

Actuator是Spring Boot提供的一个模块，用于监控和管理应用程序。

健康检查端点：健康检查端点可以用于检查应用程序的健康状态。
度量指标收集：度量指标收集可以用于监控应用程序的性能。
自定义Endpoint开发：自定义Endpoint允许开发者添加自定义的监控和操作端点。

配置文件管理

Spring Boot使用配置文件来管理应用程序的配置。

多环境配置（application-{profile}.yml）：多环境配置允许为不同的环境（如开发、测试、生产）配置不同的参数。
配置加载优先级：配置加载优先级决定了配置文件的加载顺序。
动态配置刷新：动态配置刷新允许在运行时更新配置。

监控与日志

Spring Boot提供了多种监控和日志解决方案。

Micrometer集成：Micrometer是Spring Boot提供的度量指标收集工具。
Logback/SLF4J配置：Logback和SLF4J是Spring Boot提供的日志解决方案。

分布式链路追踪

分布式链路追踪可以帮助开发者追踪分布式系统的请求流程。

自定义AutoConfigurationBean生命周期扩展点：自定义AutoConfigurationBean的生命周期扩展点允许开发者自定义Bean的创建和销毁逻辑。
响应式编程支持：Spring Boot支持响应式编程，允许开发者以非阻塞的方式编写应用程序。

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在Java生态系统中的重要性。JVM作为Java程序的运行环境，提供了类加载、内存管理、垃圾回收等核心功能；而Spring Boot则通过自动配置、模块化、监控和日志等特性，简化了Spring应用的创建和部署。两者相互配合，为Java开发者提供了强大的开发体验。

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Java程序员廖志伟

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