JVM与Spring Boot核心知识

原创于 2025-07-30 09:04:43 发布 · 354 阅读

3 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#Java # JVM # Performance Optimization

Java场景面试宝典专栏收录该内容

713 篇文章

订阅专栏

📕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。

📙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。

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。

优快云

一、JVM知识体系

类加载机制

Java虚拟机（JVM）的类加载机制是Java运行时环境的核心之一，其设计精妙，旨在确保每个类只被加载一次，并确保类加载的稳定性和安全性。

加载：类加载器的第一步是加载类，这个过程涉及到查找类文件的位置。在Java中，主要的类加载器包括Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader和Application ClassLoader。Bootstrap ClassLoader负责加载核心类库，如rt.jar；Extension ClassLoader负责加载JVM扩展库；Application ClassLoader负责加载应用程序中的类。
连接：连接过程包括验证、准备和解析三个阶段。验证阶段是为了确保类的正确性和安全性，例如检查类文件的结构是否正确，确保类不会破坏JVM的稳定运行。准备阶段是为类变量分配内存，并将其初始化为默认值（如0，false，null）。解析阶段是将类、接口、字段和方法的符号引用转换为直接引用。
初始化：初始化阶段是执行类的初始化代码，包括静态变量的赋值和静态代码块的执行。在这个过程中，会执行类的构造器。

类加载过程

类加载过程是动态的，JVM在运行时会根据需要加载类。以下是类加载过程的详细步骤：

加载：首先，JVM通过类加载器查找指定的类文件。如果类文件不存在，会抛出ClassNotFoundException异常。
验证：验证类文件是否符合JVM规范，确保类文件在运行时不会对JVM造成伤害。
准备：为类变量分配内存并设置默认值。
解析：将符号引用转换为直接引用。
初始化：执行类的初始化代码。

双亲委派模型

双亲委派模型是一种类加载器委派策略，要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都委托其父类加载器进行加载。这种模型可以确保类的唯一性，防止类的重复加载。

自定义类加载器

自定义类加载器可以让我们对类的加载过程进行更精细的控制。例如，我们可以通过自定义类加载器来实现代码热部署，使得应用程序在运行时可以动态地加载新的类。

模块化系统（JPMS）

Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的一个模块化系统，它允许开发者将应用程序分解成多个模块。模块化可以减少类路径的依赖，提高应用程序的安全性、稳定性和可维护性。

内存模型

JVM的内存模型包括以下几个数据区：

堆：堆内存是JVM中最大的内存区域，用于存储所有对象的实例和数组的实例。堆内存的管理由垃圾回收器（GC）负责。
栈：栈内存用于存储方法的局部变量和部分操作数栈。栈内存是线程私有的，每个线程都有自己的栈内存。
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。方法区是共享的，多个线程可以访问相同的方法区。
PC寄存器：PC寄存器是每条线程都有一个的寄存器，用于存储下一条指令的地址。

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：当堆内存中创建的对象太多或单个对象过大时，可能会导致堆内存溢出。
栈内存溢出：当递归调用太深时，可能会导致栈内存溢出。
方法区溢出：当类定义太多或太大时，可能会导致方法区溢出。

垃圾回收

垃圾回收（GC）是JVM自动内存管理的一部分，它通过回收不再使用的对象来释放内存。垃圾回收可以分为以下几个步骤：

GC Roots可达性分析：从GC Roots开始，向上遍历整个对象图，确定哪些对象是可达的。
标记：标记所有可达的对象。
清除：清除不可达的对象。
回收内存：回收被清除的对象所占用的内存。

性能调优

性能调优是优化JVM运行效率的重要手段。以下是一些常见的性能调优方法：

JVM参数配置：通过调整JVM参数来优化性能，如设置堆内存大小、垃圾回收策略等。
内存泄漏诊断：通过分析内存泄漏的原因，修复内存泄漏问题。

JIT编译优化

JIT编译器是JVM的一部分，它可以将字节码编译成机器码，从而提高程序的执行效率。JIT编译优化包括以下几种：

即时编译：将字节码编译成机器码。
内联：将方法调用替换为方法体。
循环优化：优化循环结构。
逃逸分析：分析对象的存活周期，减少对象分配。

二、Spring Boot知识体系

自动配置

Spring Boot的自动配置功能能够根据添加的jar依赖自动配置项目。自动配置的实现原理如下：

@EnableAutoConfiguration原理：Spring Boot通过读取classpath下的jar包中的META-INF/spring.factories文件，自动配置相关的Bean。这个文件中包含了所有支持自动配置的类的全限定名。
条件化配置（@Conditional）：根据特定条件来决定是否配置某个Bean。例如，如果项目中使用了Spring Security，那么会自动配置相关的Bean。

自定义Starter开发

自定义Starter可以让我们更方便地集成第三方库。自定义Starter的步骤如下：

创建一个Maven项目，并添加Spring Boot的起步依赖。
创建一个Spring Boot Starter项目，并添加自定义的依赖。
创建一个配置文件，定义自动配置的Bean。
将Starter发布到Maven仓库。

起步依赖

起步依赖（Starters）是Spring Boot提供的一种依赖管理机制，它可以将常用的依赖组合在一起。起步依赖的好处如下：

简化依赖管理：通过使用起步依赖，可以简化依赖管理，避免版本冲突。
提高开发效率：使用起步依赖可以快速开始开发，无需手动添加依赖。

依赖管理机制（BOM文件）

BOM（Bill of Materials）文件是一种依赖管理文件，它定义了项目依赖的版本信息。BOM文件的好处如下：

统一版本管理：通过BOM文件，可以统一管理项目中所有依赖的版本，避免版本冲突。
提高可维护性：BOM文件可以提高项目的可维护性，使得项目更容易理解和修改。

版本冲突解决

版本冲突是项目开发中常见的问题，Spring Boot提供了多种解决方案：

使用依赖管理工具：例如Maven或Gradle，可以自动解决依赖冲突。
手动排除依赖：如果自动解决不了冲突，可以手动排除冲突的依赖。

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SPI、配置文件等。以下是一些常见的第三方库集成模式：

SPI：Service Provider Interface，通过SPI机制可以方便地集成第三方库。
配置文件：通过配置文件可以配置第三方库的参数，例如数据库连接信息。

Actuator

Spring Boot Actuator提供了健康检查、度量指标收集等功能。以下是一些常见的Actuator功能：

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数据。
自定义Endpoint开发：允许开发者自定义健康检查端点和度量指标。

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。以下是一些常见的配置文件管理功能：

多环境配置（application-{profile}.yml）：根据不同的环境（如开发、测试、生产）使用不同的配置文件。
配置加载优先级：Spring Boot会按照一定的优先级加载配置文件。
动态配置刷新：允许在应用程序运行时动态刷新配置。

监控与日志

Spring Boot提供了多种监控和日志解决方案。以下是一些常见的监控和日志解决方案：

Micrometer集成：用于集成各种监控工具。
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，允许开发者追踪跨服务的请求。以下是一些常见的分布式链路追踪技术：

自定义AutoConfigurationBean生命周期扩展点：允许开发者自定义AutoConfigurationBean的生命周期。
响应式编程支持：Spring Boot支持响应式编程，允许开发者使用Stream API进行数据处理。

优快云

博主分享

📥博主的人生感悟和目标

Java程序员廖志伟

📙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。

《Java项目实战—深入理解大型互联网企业通用技术》基础篇的购书链接：https://item.jd.com/14152451.html
《Java项目实战—深入理解大型互联网企业通用技术》基础篇繁体字的购书链接：http://product.dangdang.com/11821397208.html
《Java项目实战—深入理解大型互联网企业通用技术》进阶篇的购书链接：https://item.jd.com/14616418.html
《Java项目实战—深入理解大型互联网企业通用技术》架构篇待上架
《解密程序员的思维密码--沟通、演讲、思考的实践》购书链接：https://item.jd.com/15096040.html

面试备战资料

八股文备战

场景	描述	链接
时间充裕（25万字）	Java知识点大全（高频面试题）	Java知识点大全
时间紧急（15万字）	Java高级开发高频面试题	Java高级开发高频面试题

理论知识专题（图文并茂，字数过万）

技术栈	链接
RocketMQ	RocketMQ详解
Kafka	Kafka详解
RabbitMQ	RabbitMQ详解
MongoDB	MongoDB详解
ElasticSearch	ElasticSearch详解
Zookeeper	Zookeeper详解
Redis	Redis详解
MySQL	MySQL详解
JVM	JVM详解

集群部署（图文并茂，字数过万）

技术栈	部署架构	链接
MySQL	使用Docker-Compose部署MySQL一主二从半同步复制高可用MHA集群	Docker-Compose部署教程
Redis	三主三从集群（三种方式部署/18个节点的Redis Cluster模式）	三种部署方式教程
RocketMQ	DLedger高可用集群（9节点）	部署指南
Nacos+Nginx	集群+负载均衡（9节点）	Docker部署方案
Kubernetes	容器编排安装	最全安装教程