JVM知识体系精解

最新推荐文章于 2025-08-20 20:36:28 发布

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#JVM # Class Loading # Java Performance

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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。

📙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。

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JVM知识体系解析

类加载机制

在Java虚拟机（JVM）中，类加载机制是确保Java程序正确运行的关键。它涉及将类文件（.class文件）加载到JVM中，并转换成Java类型的实例。类加载器负责这一过程，它通常分为启动类加载器、扩展类加载器和应用程序类加载器。启动类加载器负责加载JVM自身所需的库，扩展类加载器负责加载JVM的扩展库，而应用程序类加载器负责加载应用程序的类。

类加载过程

类加载过程分为三个阶段：加载、连接和初始化。

加载：类加载器首先将类文件定位到内存中，然后创建一个Class对象表示这个类。
连接：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JVM规范；准备为类变量分配内存并设置默认值；解析将类、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构造器（ ()）的过程，它负责初始化类变量和静态块。

双亲委派模型

双亲委派模型是一种类加载策略，其中子类加载器在加载类之前会先请求父类加载器进行加载。这种模型的目的是防止类的重复加载，同时也有利于保证类型安全。

自定义类加载器

开发者可以通过继承ClassLoader类或实现ClassLoadable接口来创建自定义类加载器。自定义类加载器可以用于实现特殊的类加载逻辑，例如实现特定的文件格式解析或加载远程资源。

模块化系统（JPMS）

Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的模块化系统，它通过模块定义、模块依赖和模块版本来提高程序的模块化、安全性和性能。模块化系统将类库组织成模块，每个模块可以独立编译和部署，减少了类路径的长度，提高了启动速度和安全性。

内存模型

JVM的内存模型分为运行时数据区和PC寄存器。运行时数据区包括方法区、堆、栈和PC寄存器。

方法区：存储运行时类信息，包括类名、字段、方法等。
堆：所有类实例和数组的内存分配都在这里。
栈：每个线程有一个栈，用于存储局部变量和方法调用信息。
PC寄存器：存储当前执行的指令地址。

内存溢出场景分析

内存溢出可能发生在以下场景：

堆空间不足：当创建大量对象且垃圾回收无法释放足够内存时。
栈空间不足：当方法调用深度过大时。
永久代空间不足：在JDK 8之前，永久代用于存储类元数据，当永久代空间不足时也会发生溢出。

垃圾回收

垃圾回收（GC）是JVM自动回收不再使用的对象占用的内存的过程。垃圾回收算法包括标记-清除、复制和整理算法，每种算法都有其优缺点和适用场景。

GC Roots可达性分析

GC Roots是垃圾回收算法的关键，它包括线程栈、方法区中的静态变量、常量池和字符串常量池等。垃圾回收器通过分析从GC Roots可达的对象，确定哪些对象是存活状态。

分代收集理论

JVM内存分为新生代和老年代。新生代用于存放新创建的对象，因为大多数对象生命周期较短，所以采用复制算法进行回收。老年代用于存放生命周期较长的对象，采用标记-清除或标记-整理算法进行回收。

引用类型

引用类型分为强引用、软引用、弱引用和虚引用。强引用是默认的引用类型，只要存在强引用，对象就不会被垃圾回收；软引用在内存不足时会被垃圾回收；弱引用和虚引用在内存不足时会被立即回收。

垃圾回收算法

垃圾回收算法包括标记-清除、复制和整理算法。

标记-清除：先标记所有可达对象，然后清除未被标记的对象。
复制：将对象分为两个部分，每次只使用其中一部分，当这部分满时，复制另一部分的对象到新的空间，并清除旧空间。
整理：在标记-清除算法的基础上，对存活对象进行整理，提高内存利用率。

并发收集器

并发收集器如CMS（Concurrent Mark Sweep）和G1（Garbage-First）旨在减少垃圾回收时的停顿时间。CMS收集器通过并发标记和清除来减少停顿时间，而G1收集器通过将堆分为多个区域，并优先回收垃圾最多的区域来减少停顿时间。

停顿时间控制策略

JVM提供了多种策略来控制停顿时间，如使用G1收集器进行动态停顿时间控制。通过调整JVM参数，可以优化垃圾回收策略，以满足不同场景下的性能需求。

性能调优

性能调优包括JVM参数配置和内存泄漏诊断。通过分析JVM日志和性能指标，可以找出性能瓶颈并进行优化。

JIT编译优化

JIT（Just-In-Time）编译器将字节码编译成本地机器代码，提高程序的执行效率。JIT编译器在运行时分析热点代码，将其编译成优化后的机器代码，从而提高程序的执行速度。

Spring Boot知识体系解析

自动配置

Spring Boot的自动配置功能基于条件化配置，它可以根据项目依赖自动配置Bean。自动配置通过spring.factories文件中的配置类来实现，这些配置类定义了自动配置的逻辑。

@EnableAutoConfiguration原理

@EnableAutoConfiguration注解是自动配置的核心，它通过条件化配置来实现自动配置。当Spring Boot启动时，它会扫描类路径下的所有配置类，并根据项目依赖自动应用相应的配置。

条件化配置（@Conditional）

@Conditional注解用于定义何时应用特定的配置，可以是基于类、方法或属性。例如，@ConditionalOnClass注解用于检查特定的类是否存在于类路径中。

自定义Starter开发

开发者可以通过创建Maven或Gradle的Starter项目来简化依赖管理。Starter项目包含了一组自动配置的依赖，使得开发者可以轻松地添加所需的库。

起步依赖

起步依赖提供了Spring Boot应用程序所需的依赖库。起步依赖简化了依赖管理，使得开发者可以专注于业务逻辑。

依赖管理机制

Maven的BOM（Bill of Materials）文件用于管理依赖的版本，解决版本冲突问题。BOM文件定义了项目中所有依赖的版本，确保项目的一致性。

第三方库集成模式

Spring Boot支持多种第三方库的集成模式，如声明式集成和配置式集成。声明式集成通过注解和配置文件来实现，而配置式集成则通过编程方式来实现。

Actuator

Spring Boot Actuator提供了一系列端点，用于健康检查、度量指标收集和自定义Endpoint开发。这些端点可以帮助开发者监控和管理Spring Boot应用程序。

配置文件管理

Spring Boot支持多环境配置，通过application-{profile}.yml文件实现。不同的配置文件可以用于不同的环境，例如开发环境、测试环境和生产环境。

配置加载优先级

配置文件的加载优先级从高到低依次为：bootstrap.yml > application.yml。bootstrap.yml用于加载应用程序的基本配置，而application.yml用于加载应用程序的详细配置。

动态配置刷新

Spring Boot支持动态刷新配置，使得在运行时更改配置成为可能。通过使用Spring Cloud Config或Spring Cloud Bus等工具，可以实现配置的动态刷新。

监控与日志

Spring Boot与Micrometer集成，支持多种监控和日志系统，如Logback和SLF4J。这些工具可以帮助开发者收集应用程序的性能数据和日志信息。

分布式链路追踪

Spring Boot支持分布式链路追踪，如Zipkin和Jaeger。分布式链路追踪可以帮助开发者追踪跨多个服务调用的请求，从而快速定位和解决问题。

扩展机制

Spring Boot提供多种扩展机制，如自定义AutoConfigurationBean和生命周期扩展点。这些机制允许开发者自定义Spring Boot的行为，以满足特定需求。

响应式编程支持

Spring Boot支持响应式编程，通过Spring WebFlux框架实现。响应式编程可以帮助开发者编写无阻塞、非同步的代码，从而提高应用程序的性能和可伸缩性。

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📥博主的人生感悟和目标

Java程序员廖志伟

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