JVM与Spring Boot详解

📕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。

💡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。

JVM知识体系详解

一、JVM概述

Java虚拟机（JVM）是Java程序运行的核心，它不仅负责将Java字节码转换为机器码，而且在运行时管理内存、线程等资源。JVM的设计理念是“一次编写，到处运行”，它通过平台无关的字节码实现跨平台运行。JVM的工作原理包括字节码的加载、解析、编译和执行。

二、类加载机制

类加载机制是JVM的核心机制之一，它负责将Java源代码编译生成的.class文件加载到JVM中。类加载过程大致分为以下几个阶段：

1. 加载（Loading）：查找并加载指定的.class文件，创建对应的Class对象。在这个过程中，JVM会通过类加载器（ClassLoader）来加载类，类加载器包括启动类加载器、扩展类加载器和应用程序类加载器。

2. 连接（Linking）：验证类信息，准备类在运行时需要的各种资源，如静态变量分配内存等。连接过程又分为验证、准备和解析三个步骤。

3. 初始化（Initialization）：初始化类变量，执行静态代码块。初始化阶段是类加载过程的最后一个阶段，也是最为关键的一步。

三、类加载过程

1. 加载：JVM通过类加载器查找并加载指定的.class文件。类加载器负责将类文件定位、读取到内存中，并创建一个Class对象。

2. 连接：在连接阶段，JVM会进行验证、准备和解析操作。验证过程确保类文件的正确性和安全性；准备过程为类变量分配内存并设置默认值；解析过程将符号引用转换为直接引用。

3. 初始化：在初始化阶段，JVM会执行类的静态代码块，并初始化类变量。静态代码块在类加载过程中执行，且只执行一次。

四、双亲委派模型

双亲委派模型是JVM类加载机制的核心原则之一。根据双亲委派模型，子类加载器首先请求父类加载器加载类，只有当父类加载器无法加载时，子类加载器才会尝试加载。这种模型确保了类的加载逻辑的一致性，避免了类的重复加载。

五、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，实现特定的加载逻辑。例如，可以自定义类加载器来实现热部署、资源隔离等功能。

六、模块化系统（JPMS）

Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的一种模块化系统，它允许开发者将应用程序分解为多个模块，提高系统的可维护性和性能。模块化系统通过模块描述文件（module-info.java）来定义模块的依赖关系和模块的公共API。

七、内存模型

JVM的内存模型包括堆、栈、方法区和PC寄存器等运行时数据区。

1. 堆：存储所有类的实例和数组的对象。堆内存是动态分配的，垃圾回收器主要在堆上工作。

2. 栈：存储局部变量和方法调用栈。栈内存是线程私有的，线程之间不会共享栈内存。

3. 方法区：存储类的元数据、静态变量等。方法区是所有线程共享的。

4. PC寄存器：存储当前线程所执行的指令地址。PC寄存器是线程私有的。

八、内存溢出场景分析

内存溢出是指JVM内存不足，无法分配更多内存的情况。常见的内存溢出场景包括：

1. 永久代溢出（Java 8之前）：永久代用于存储类元数据、静态变量等，当永久代内存不足时，会发生永久代溢出。

2. 堆溢出：堆内存用于存储对象实例，当堆内存不足时，会发生堆溢出。

3. 栈溢出：栈内存用于存储局部变量和方法调用栈，当栈内存不足时，会发生栈溢出。

九、直接内存管理

直接内存管理是指JVM直接在操作系统分配内存，不受Java堆空间的限制。直接内存可以用于存储大对象、缓冲区等，但直接内存的回收需要手动进行。

十、垃圾回收

垃圾回收是JVM自动管理内存的重要机制。它通过回收不再使用的对象来释放内存。垃圾回收的基本原理包括：

1. GC Roots可达性分析：从GC Roots开始，向上遍历可达对象，确定哪些对象是可达的。

2. 分代收集理论：将对象分为新生代和老年代，分别采用不同的回收策略。

3. 引用类型：包括强引用、软引用、弱引用和虚引用。

4. 垃圾回收算法：包括标记-清除、复制和整理算法。

十一、并发收集器

并发收集器允许垃圾回收与应用程序并发执行，减少停顿时间。常见的并发收集器包括：

1. CMS（Concurrent Mark Sweep）：一种以降低停顿时间为目标的并发收集器。

2. G1（Garbage-First）：一种以降低停顿时间为目标的并发收集器。

3. ZGC（Z Garbage Collector）：一种以降低停顿时间为目标的并发收集器。

十二、停顿时间控制策略

停顿时间控制策略旨在减少垃圾回收带来的停顿时间，提高应用程序的性能。常见的停顿时间控制策略包括：

1. 调整垃圾回收器参数：通过调整垃圾回收器参数来控制停顿时间。

2. 使用并发收集器：使用并发收集器来减少停顿时间。

3. 优化应用程序代码：优化应用程序代码，减少垃圾回收的压力。

十三、性能调优

性能调优是指通过调整JVM参数和优化代码来提高应用程序的性能。性能调优的方法包括：

1. 监控JVM性能指标：通过监控JVM性能指标来发现性能瓶颈。

2. 调整JVM参数：通过调整JVM参数来优化性能。

3. 优化应用程序代码：优化应用程序代码，减少垃圾回收的压力。

十四、JVM参数配置

JVM参数配置包括堆大小、栈大小、垃圾回收器等。

1. Xms：初始堆大小。

2. Xmx：最大堆大小。

十五、内存泄漏诊断

内存泄漏是指程序中已分配的内存无法被垃圾回收器回收，导致内存占用逐渐增加。内存泄漏诊断方法包括：

1. 分析堆转储文件：通过分析堆转储文件来诊断内存泄漏。

2. 使用内存分析工具：使用内存分析工具来诊断内存泄漏。

十六、JIT编译优化

JIT编译器是JVM的一个重要组成部分，它将Java字节码编译成本地机器码，提高应用程序的性能。JIT编译优化主要包括：

1. 即时编译：将Java字节码编译成本地机器码。

2. 优化技术：使用各种优化技术来提高程序性能。

Spring Boot知识体系详解

一、Spring Boot概述

Spring Boot是一个基于Spring框架的快速开发平台，它简化了Spring应用的创建和配置过程。Spring Boot通过自动配置、起步依赖、配置文件管理等功能，帮助开发者快速构建应用程序。

二、自动配置

Spring Boot的自动配置功能可以根据项目依赖自动配置Spring框架的各种组件。自动配置的实现原理如下：

1. 条件化配置：通过条件化配置，Spring Boot可以根据项目依赖自动启用或禁用自动配置。

2. 配置属性绑定：通过配置属性绑定，Spring Boot可以将配置文件中的属性绑定到相应的Bean上。

3. Spring FXML：Spring FXML是一种声明式配置方式，Spring Boot可以通过Spring FXML来配置应用程序。

三、@EnableAutoConfiguration原理

@EnableAutoConfiguration注解是Spring Boot自动配置的核心。它通过扫描项目依赖，自动配置相应的组件。@EnableAutoConfiguration的实现原理如下：

1. 自动配置类：Spring Boot定义了一系列自动配置类，这些类包含了自动配置的逻辑。

2. 条件化配置：自动配置类通过条件化配置来决定是否启用自动配置。

3. 配置属性绑定：自动配置类通过配置属性绑定来绑定配置文件中的属性。

四、条件化配置（@Conditional）

条件化配置允许开发者根据特定的条件启用或禁用自动配置。条件化配置的实现原理如下：

1. 条件注解：Spring Boot定义了一系列条件注解，如@ConditionalOnClass、@ConditionalOnProperty等。

2. 条件处理器：条件处理器负责根据条件注解的值来判断是否启用自动配置。

五、自定义Starter开发

自定义Starter可以帮助开发者快速集成自己的库。自定义Starter的开发步骤如下：

1. 创建Maven项目。

2. 添加Spring Boot依赖。

3. 创建自动配置类。

4. 创建Starter POM文件。

5. 发布Starter。

六、起步依赖

起步依赖是指Spring Boot提供的依赖管理工具，它可以帮助开发者管理项目依赖。起步依赖的实现原理如下：

1. Maven BOM（Bill of Materials）文件：起步依赖使用Maven BOM文件来管理项目依赖的版本。

2. Starter POM文件：起步依赖使用Starter POM文件来定义项目依赖。

七、依赖管理机制（BOM文件）

BOM（Bill of Materials）文件是一种依赖管理工具，它可以帮助开发者管理项目依赖的版本。BOM文件的作用如下：

1. 确保项目依赖的版本一致性。

2. 简化依赖管理过程。

3. 提高项目的可维护性。

八、版本冲突解决

版本冲突是指项目依赖中存在多个版本的同一库。解决版本冲突的方法如下：

1. 使用依赖管理工具：使用Maven或Gradle等依赖管理工具来解决版本冲突。

2. 手动调整依赖版本：手动调整依赖版本，确保项目依赖的版本一致性。

九、第三方库集成模式

第三方库集成模式是指将第三方库集成到Spring Boot应用程序中。集成第三方库的方法如下：

1. 添加依赖：将第三方库的依赖添加到项目依赖中。

2. 配置：根据第三方库的文档进行配置。

3. 使用：使用第三方库提供的功能。

十、Actuator、健康检查端点

Actuator是Spring Boot提供的一个模块，它允许开发者监控和管理应用程序。健康检查端点是Actuator的核心功能之一，它用于检查应用程序的健康状态。健康检查端点的实现原理如下：

1. 健康指标：Spring Boot定义了一系列健康指标，如内存使用情况、数据库连接数等。

2. 健康指示器：健康指示器负责检查应用程序的健康状态。

3. 健康端点：健康端点负责将健康指标和健康指示器返回给客户端。

十一、自定义Endpoint开发

自定义Endpoint允许开发者根据需求扩展Actuator的功能。自定义Endpoint的开发步骤如下：

1. 创建Endpoint接口。

2. 实现Endpoint接口。

3. 注册Endpoint。

十二、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。配置文件管理的方法如下：

1. application.properties：使用application.properties文件来配置应用程序的属性。

2. application.yml：使用application.yml文件来配置应用程序的属性。

3. 多环境配置：使用application-{profile}.properties或application-{profile}.yml文件来配置不同环境的属性。

4. 配置加载优先级：Spring Boot会按照一定的优先级加载配置文件。

十三、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信息。动态配置刷新的方法如下：

1. Spring Cloud Config：使用Spring Cloud Config来管理配置信息。

2. Spring Cloud Bus：使用Spring Cloud Bus来实时更新配置信息。

十四、监控与日志

Spring Boot提供了一系列监控和日志工具，帮助开发者监控和管理应用程序。监控与日志的方法如下：

1. Micrometer：使用Micrometer来收集应用程序的性能指标。

2. Logback/SLF4J：使用Logback/SLF4J来管理应用程序的日志。

十五、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路径。分布式链路追踪的方法如下：

1. Spring Cloud Sleuth：使用Spring Cloud Sleuth来实现分布式链路追踪。

2. Zipkin：使用Zipkin来存储和展示分布式链路追踪信息。

十六、扩展机制

Spring Boot提供了一系列扩展机制，允许开发者根据需求扩展Spring Boot的功能。扩展机制的方法如下：

1. 自定义AutoConfigurationBean：允许开发者自定义自动配置的Bean。

2. 生命周期扩展点：允许开发者扩展Spring Boot的生命周期。

十七、响应式编程支持

Spring Boot支持响应式编程，允许开发者使用Reactor、Project Reactor等库来编写响应式应用程序。响应式编程的方法如下：

1. Spring WebFlux：使用Spring WebFlux来构建响应式Web应用程序。

2. Reactor：使用Reactor来编写响应式应用程序。

通过以上对JVM和Spring Boot知识体系的详细解析，我们可以看到这两个技术是如何相互关联和影响的。JVM作为Java程序运行的基础，为Spring Boot提供了运行环境；而Spring Boot则利用JVM的特性，简化了Java应用程序的开发和部署过程。在实际开发中，我们需要根据项目需求，合理地运用这些知识，以提高应用程序的性能和可维护性。

博主分享

📥博主的人生感悟和目标

📙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

开源项目分享

项目名称	链接地址
高并发红包雨项目	https://gitee.com/java_wxid/red-packet-rain
微服务技术集成demo项目	https://gitee.com/java_wxid/java_wxid

管理经验

【公司管理与研发流程优化】针对研发流程、需求管理、沟通协作、文档建设、绩效考核等问题的综合解决方案：https://download.youkuaiyun.com/download/java_wxid/91148718

希望各位读者朋友能够多多支持！

现在时代变了，信息爆炸，酒香也怕巷子深，博主真的需要大家的帮助才能在这片海洋中继续发光发热，所以，赶紧动动你的小手，点波关注❤️，点波赞👍，点波收藏⭐，甚至点波评论✍️，都是对博主最好的支持和鼓励！

• 💂 博客主页： Java程序员廖志伟
• 👉 开源项目：Java程序员廖志伟
• 🌥 哔哩哔哩：Java程序员廖志伟
• 🎏 个人社区：Java程序员廖志伟
• 🔖 个人微信号： SeniorRD

🔔如果您需要转载或者搬运这篇文章的话，非常欢迎您私信我哦~