JVM与Spring Boot精讲

原创于 2025-07-31 09:28:44 发布 · 751 阅读

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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）作为Java语言的核心执行环境，其设计理念和实现细节对于理解Java程序的运行机制至关重要。

类加载机制

类加载机制是JVM中确保Java程序能够正确运行的关键组成部分。在这个过程中，JVM负责将类定义转换成运行时数据结构，以便Java程序能够执行。

类加载过程

加载（Loading）：这个过程涉及到类加载器的使用，它负责将类的字节码文件（.class文件）加载到JVM中。类加载器包括启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）、扩展类加载器（Extension ClassLoader）和应用类加载器（Application ClassLoader）。启动类加载器负责加载JVM的核心库，扩展类加载器负责加载JVM扩展库，应用类加载器负责加载应用程序的类。
连接（Linking）：在连接阶段，JVM对已经加载的类进行验证、准备和解析。
- 验证：确保类的结构符合JVM规范，没有安全问题，如检查类的结构是否正确，确保没有非法的指令等。
- 准备：为类变量分配内存，并设置默认值（对于基本类型为0，对于引用类型为null）。
- 解析：将类中的符号引用转换为直接引用，例如将类的类型信息转换成指向方法区的指针。
初始化（Initialization）：初始化阶段是执行类构造器《 ()》的过程，负责初始化类变量和静态变量。

双亲委派模型

双亲委派模型是一种安全机制，它规定除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都委托给父类加载器进行加载。这种模型可以确保类型的一致性和安全，避免类的重复加载。

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，可以通过自定义类加载器加载特定来源的资源或实现模块化。

模块化系统（JPMS）

Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的一种模块化系统，它通过模块化来提高Java程序的隔离性、可移植性和安全性。

模块定义

模块通过模块描述文件（module-info.java）进行定义，其中指定了模块的名称、所依赖的模块以及提供的模块包。

模块版本

模块版本是用于确定模块兼容性的机制，它确保了模块之间的依赖关系能够得到妥善管理。

内存模型

JVM的内存模型包括运行时数据区和PC寄存器。

运行时数据区

堆（Heap）：堆是所有线程共享的内存区域，用于存放几乎所有的对象实例和数组的存储。堆的分配是动态的，由垃圾回收器管理。
栈（Stack）：栈是线程私有的内存区域，用于存放线程执行方法时产生的局部变量。栈的分配是固定的，线程创建时即已分配。
方法区（Method Area）：方法区是所有线程共享的内存区域，用于存放已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等数据。方法区的分配是固定的，且在JVM启动时即已分配。
PC寄存器：PC寄存器是每个线程都有一个寄存器，用于存储指向下一条要执行的指令的指针。

内存溢出场景分析

堆溢出：当创建大量对象导致堆内存不足时，会抛出java.lang.OutOfMemoryError。
栈溢出：当方法调用深度过大导致栈内存不足时，会抛出java.stack.StackOverflowError。
方法区溢出：当加载大量类信息导致方法区内存不足时，会抛出java.lang.OutOfMemoryError。

垃圾回收

垃圾回收（GC）是JVM自动管理内存的一种机制，它通过回收不再使用的对象来释放内存。

GC Roots可达性分析

GC Roots是一组对象，它们作为GC的起点，用于判断对象是否可达。在JVM中，GC Roots通常包括以下内容：

栈中的引用变量
方法区中的静态变量
方法区中的常量池
本地方法栈中的JNI引用

分代收集理论

JVM将对象分为新生代（Young）和老年代（Old）。

新生代：存放新创建的对象，采用复制算法进行垃圾回收。新生代又分为三个区域：Eden、Survivor1、Survivor2。
老年代：存放长期存活的对象，采用标记-清除或标记-整理算法进行垃圾回收。

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。

强引用：最普通的引用类型，垃圾回收器不会回收强引用的对象。
软引用：可以回收的引用类型，用于缓存。
弱引用：比软引用更弱，垃圾回收器会回收弱引用的对象。
虚引用：没有任何实际意义，仅用于回收对象。

垃圾回收算法

标记-清除（Mark-Sweep）：先标记所有可达对象，然后清除未被标记的对象。
复制（Copy）：将对象复制到新的内存区域，然后清空旧区域。
标记-整理（Mark-Compact）：先标记可达对象，然后移动并整理对象。

并发收集器

CMS（Concurrent Mark Sweep）：一种以最小化停顿时间为目标的并发收集器。
G1（Garbage-First）：一种以停顿时间预测和自适应的并发收集器。
ZGC（Z Garbage Collector）：一种低延迟的并发收集器。

停顿时间控制策略

JVM提供多种停顿时间控制策略，如自适应大小调整、并发收集器等。

性能调优

JVM参数配置（如Xms、Xmx等）和内存泄漏诊断是JVM性能调优的关键。

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。

自动配置

Spring Boot通过自动配置功能，根据项目依赖自动配置Spring应用程序。

@EnableAutoConfiguration原理

@EnableAutoConfiguration注解通过Spring的自动配置机制，自动配置Spring应用程序。自动配置机制基于Spring Factories机制，它会扫描类路径下的所有jar包，查找带有@Conditional注解的类，并使用这些类提供的Bean定义进行自动配置。

条件化配置（@Conditional）

条件化配置允许开发者根据特定条件动态启用或禁用配置。例如，可以通过@ConditionalOnClass或@ConditionalOnProperty等注解实现条件化配置。

自定义Starter开发

自定义Starter可以帮助开发者将库或组件集成到Spring Boot项目中。自定义Starter通常包含以下元素：

starter依赖：定义项目依赖
配置文件：提供自动配置的配置文件
启动器：提供一个jar包，用于添加到项目的依赖中

起步依赖

起步依赖是Spring Boot提供的依赖管理机制，它将所有必需的依赖项打包在一起。

依赖管理机制（BOM文件）

BOM（Bill of Materials）文件定义了项目依赖的版本，确保项目的一致性。

版本冲突解决

Spring Boot通过依赖管理机制解决版本冲突问题。

第三方库集成模式

Spring Boot支持多种第三方库集成模式，如声明式集成、编程式集成等。

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

健康检查端点允许开发者检查应用程序的健康状态。例如，可以通过HTTP请求访问/actuator/health端点来获取应用程序的健康信息。

度量指标收集

度量指标收集允许开发者收集应用程序的性能数据。例如，可以通过HTTP请求访问/actuator/metrics端点来获取应用程序的度量指标。

自定义Endpoint开发

自定义Endpoint允许开发者开发自定义的监控和管理功能。自定义Endpoint需要实现org.springframework.boot.actuate.endpoint.Endpoint接口。

配置文件管理

Spring Boot支持多环境配置，如application-{profile}.yml。

配置加载优先级

Spring Boot根据配置文件名和激活的配置文件优先级加载配置。例如，application-dev.yml的优先级高于application.yml。

动态配置刷新

动态配置刷新允许开发者实时更新应用程序的配置。例如，可以通过HTTP请求访问/actuator/refresh端点来刷新配置。

监控与日志

Spring Boot集成Micrometer进行监控，并支持Logback/SLF4J日志框架。

分布式链路追踪

Spring Boot支持分布式链路追踪，如Zipkin和Jaeger。

扩展机制

Spring Boot提供多种扩展机制，如自定义AutoConfigurationBean、生命周期扩展点等。

响应式编程支持

Spring Boot支持响应式编程，如Spring WebFlux。

总结

JVM和Spring Boot是Java开发中的重要组成部分，掌握它们的知识体系对于开发者来说至关重要。通过本文的详细解析，相信读者能够对JVM和Spring Boot有更深入的理解，从而在实际项目中更好地应用它们。

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