JVM & Spring Boot核心知识-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。

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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

JVM（Java虚拟机）是Java语言运行时环境的核心，它负责将Java字节码转换为机器码，使得Java程序能够在各种平台上运行。以下是JVM知识体系中的关键知识点，我们将深入探讨其技术实现细节。

类加载机制

类加载机制是JVM的核心功能之一，它负责将Java类加载到JVM中。类加载过程包括以下几个阶段：

加载：在类加载过程中，JVM会使用类加载器（Class Loader）寻找类的.class文件，并将其读入内存。这个阶段涉及以下技术实现细节：
- 类加载器通过文件系统路径、网络或其他方式查找类文件。
- 使用类的全限定名来定位类文件，并确保类文件的完整性。
连接：在连接阶段，JVM会进行验证、准备和解析。
- 验证：确保类文件的字节码是有效的，没有安全问题和数据冲突。
- 准备：为类变量分配内存，并设置初始值。
- 解析：将符号引用替换为直接引用。
初始化：初始化阶段是执行类构造器（ ()）的过程，这个过程包括：
- 执行静态代码块。
- 执行静态初始化器。

双亲委派模型

双亲委派模型是JVM中类加载器的一种层次结构，它要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都应当有自己的父类加载器。当一个类加载器收到类加载的请求时，它会首先委派给父类加载器进行加载。双亲委派模型的技术实现细节如下：

类加载器链：类加载器从自己开始向上传递请求，直到启动类加载器。
优先级：启动类加载器负责加载核心库，如rt.jar；应用程序类加载器负责加载应用程序中的类；用户自定义类加载器则加载其他类。

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，这对于模块化系统尤为重要。自定义类加载器的技术实现细节包括：

继承抽象类ClassLoader或实现接口Class Loader。
覆盖findClass方法来指定如何查找和加载类文件。
实现类加载器的命名空间，避免与系统类加载器冲突。

模块化系统（JPMS）

Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的一个模块化系统，它允许将Java程序划分为多个模块。模块化系统的技术实现细节如下：

模块定义文件（module-info.java）：用于定义模块的依赖关系、公开的包和资源。
模块路径：模块之间通过模块路径进行通信，模块路径由模块的路径和模块的依赖关系决定。

内存模型

JVM的内存模型包括以下几个运行时数据区：

堆：堆是JVM中最大的内存区域，用于存储所有类的实例和数组的对象。堆内存的管理涉及垃圾回收、内存分配策略等技术。
栈：栈用于存储线程的局部变量和方法调用栈。栈内存的管理相对简单，但需要注意栈溢出的问题。
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。方法区的管理涉及类加载、类卸载等技术。
PC寄存器：PC寄存器存储指向下一条要执行的指令的指针。PC寄存器的管理相对简单，但需要注意线程切换时的状态保存和恢复。

内存溢出场景分析

内存溢出的常见场景包括：

堆内存不足：当创建的对象过多或对象体积过大时，可能会导致堆内存不足。
栈内存不足：当方法调用深度过大或递归调用过深时，可能会导致栈内存不足。
方法区内存不足：当加载的类过多或类体积过大时，可能会导致方法区内存不足。

垃圾回收

垃圾回收（GC）是JVM自动管理内存的一种机制。垃圾回收的技术实现细节如下：

GC Roots可达性分析：从GC Roots开始，向上遍历，标记所有可达的对象。
分代收集理论：将对象分为新生代（Young）和老年代（Old），分别采用不同的回收策略。
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，它们在垃圾回收中的处理方式不同。

垃圾回收算法

常见的垃圾回收算法包括：

标记-清除：标记所有可达对象，然后清除未被标记的对象。
复制：将对象复制到新的内存区域，然后清除旧区域。
整理：移动所有存活对象到内存的一端，然后压缩内存空间。

并发收集器

并发收集器可以在应用程序运行时进行垃圾回收，常见的有：

CMS（Concurrent Mark Sweep）：以最短停顿时间为目标。
G1（Garbage-First）：将堆内存划分为多个区域，优先回收垃圾最多的区域。
ZGC（Z Garbage Collector）：以低延迟为目标的垃圾回收器。

停顿时间控制策略

JVM提供了多种策略来控制垃圾回收的停顿时间，如：

自适应大小：根据历史停顿时间调整堆大小。
并行垃圾回收：使用多个线程进行垃圾回收。

性能调优

性能调优包括：

JVM参数配置：通过设置Xms、Xmx等参数来调整堆内存大小。
内存泄漏诊断：使用工具如MAT（Memory Analyzer Tool）来诊断内存泄漏。

JIT编译优化

JIT编译器是JVM的一个重要组成部分，它可以将字节码即时编译成本地机器码，从而提高程序运行效率。JIT编译优化的技术实现细节如下：

即时编译：在运行时，JVM会对热点代码进行编译优化。
编译优化：JIT编译器会对编译后的代码进行各种优化，如内联、循环展开、死代码消除等。

二、Spring Boot知识体系

Spring Boot是一个开源的Java框架，它简化了Spring应用的创建和配置过程。以下是Spring Boot知识体系中的关键知识点，我们将深入探讨其技术实现细节。

自动配置

Spring Boot的自动配置功能可以根据添加的jar依赖自动配置Spring应用程序。自动配置的技术实现细节如下：

@EnableAutoConfiguration：通过该注解启用自动配置。
条件化配置：使用@Conditional注解来根据特定条件启用或禁用配置。

自定义Starter开发

自定义Starter可以帮助开发者将常用的依赖和配置封装起来，方便其他开发者使用。自定义Starter的技术实现细节如下：

创建一个Maven或Gradle项目，并添加相应的依赖。
在项目的pom.xml或build.gradle文件中定义Starter的依赖关系。
在项目的META-INF/spring.factories文件中添加自动配置的类。

起步依赖

起步依赖（Starters）是Spring Boot的核心概念之一，它将相关的库和配置打包在一起，简化了依赖管理。起步依赖的技术实现细节如下：

Spring Boot提供了大量的起步依赖，覆盖了不同的功能。
起步依赖通常使用Maven或Gradle来管理。

依赖管理机制

Spring Boot使用Maven或Gradle来管理依赖。依赖管理机制的技术实现细节如下：

使用BOM（Bill of Materials）文件来管理依赖的版本，避免版本冲突。
使用依赖管理工具的冲突解决策略，如Maven的<dependencyManagement>和Gradle的dependencyManagement。

版本冲突解决

解决版本冲突的方法包括：

使用依赖管理工具的冲突解决策略。
手动指定依赖版本。

第三方库集成模式

Spring Boot支持多种第三方库的集成模式，如：

通过依赖注入的方式集成。
使用Spring Boot的自动配置功能。

Actuator

Spring Boot Actuator提供了一系列端点，用于监控和管理应用程序。Actuator的技术实现细节如下：

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。

配置文件管理

Spring Boot使用配置文件来管理应用程序的配置。配置文件管理的实现细节如下：

多环境配置：通过application-{profile}.yml文件来管理不同环境的配置。
配置加载优先级：根据配置文件的路径和名称来决定配置的优先级。
动态配置刷新：支持动态刷新配置文件。

监控与日志

Spring Boot集成了Micrometer和Logback/SLF4J等工具，用于监控和记录应用程序的运行状态。监控与日志的实现细节如下：

Micrometer用于收集和发布指标。
Logback和SLF4J用于日志记录。

分布式链路追踪

Spring Boot支持分布式链路追踪，如Zipkin和Jaeger。分布式链路追踪的实现细节如下：

使用分布式追踪系统来跟踪请求在分布式系统中的流动。
收集和记录请求的跟踪信息。

扩展机制

Spring Boot提供了多种扩展机制，如：

自定义AutoConfigurationBean：允许开发者自定义自动配置的Bean。
生命周期扩展点：允许开发者扩展Spring Boot的生命周期。

响应式编程支持

Spring Boot支持响应式编程，如Spring WebFlux。响应式编程的实现细节如下：

使用响应式编程模型来处理异步事件。
使用WebFlux框架来构建响应式Web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是如何相互关联和影响的。JVM作为Java程序运行的基础，提供了Java程序运行时所需的资源管理和性能优化机制。而Spring Boot则是在JVM之上构建的一个框架，它简化了Spring应用程序的开发和配置过程，使得开发者可以更加专注于业务逻辑的实现。在实际应用中，开发者需要深入理解JVM的工作原理，以便更好地利用Spring Boot提供的功能，从而构建高性能、可维护的Java应用程序。

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Java程序员廖志伟

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