JVM与Spring Boot核心知识

原创于 2025-08-05 09:33:51 发布 · 706 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。

📘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。

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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

类加载机制：
- 加载过程涉及类文件的读取，解析成JVM内部表示的Class对象，这一过程通常由类加载器完成。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。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的扩展库，应用程序类加载器负责加载应用程序的类。
- 连接阶段包括验证、准备和解析。验证确保类的结构符合JVM规范，准备阶段为类变量分配内存并设置默认值，解析阶段将符号引用转换为直接引用。
- 初始化阶段是执行类构造器《 ()》的过程，这个过程是按照声明顺序执行的，包括静态代码块和静态变量初始化。
双亲委派模型：
- 双亲委派模型要求类加载器首先请求其父类加载器进行加载，只有当父类加载器无法完成加载时，才尝试由自己加载。
- 这种模型的目的是为了防止类的重复加载，同时确保核心API的隔离。
自定义类加载器：
- 自定义类加载器可以加载特定来源或格式的类文件，例如，可以实现URLClassLoader来加载网络上的类文件。
- 自定义类加载器需要重写findClass方法来查找和定义类。
模块化系统（JPMS）：
- Java 9引入的模块化系统允许将代码划分为独立的模块，每个模块可以有自己的依赖和权限。
- 模块定义文件（module-info.java）用于声明模块的依赖和权限。
内存模型：
- 堆是JVM管理的最大内存区域，用于存储几乎所有的对象实例。堆空间不足时，可能导致OutOfMemoryError。
- 栈是线程私有的内存区域，用于存储局部变量和部分对象引用。栈空间不足时，可能导致StackOverflowError。
- 方法区存储类信息、静态变量、常量池等，是永久代（PermGen）的替代品。方法区空间不足时，可能导致NoClassDefFoundError或OutOfMemoryError。
- PC寄存器存储指向当前执行的指令的指针，是线程私有的。
内存溢出场景分析：
- 堆空间溢出通常由于对象创建过多或对象生命周期过长导致。
- 栈空间溢出通常由于递归调用太深或方法调用栈过大导致。
- 方法区空间溢出通常由于类定义过多或类定义过大导致。
直接内存管理：
- 直接内存是JVM堆外内存，不受垃圾回收器管理，可以用于大文件处理、网络通信等场景。
垃圾回收（GC）：
- 垃圾回收器负责回收不再使用的内存。常见的垃圾回收器有Serial GC、Parallel GC、Concurrent Mark Sweep GC（CMS）、Garbage-First GC（G1）等。
GC Roots可达性分析：
- GC Roots是一组对象，作为垃圾回收的起点。通过遍历GC Roots，可以找到所有可达对象，从而确定垃圾回收的范围。
分代收集理论：
- 分代收集理论将对象分为新生代和旧生代，新生代采用复制算法，旧生代采用标记-清除或标记-整理算法。
引用类型：
- 强引用是最常见的引用类型，只要存在强引用，对象就不会被垃圾回收。
- 软引用、弱引用和虚引用是弱引用的变种，它们在内存不足时可以被垃圾回收器回收。
垃圾回收算法：
- 标记-清除算法通过标记所有可达对象，然后清除未被标记的对象。
- 复制算法将内存分为两个部分，每次只使用其中一部分，当这一部分快满时，将存活的对象复制到另一部分，并清空原部分。
- 标记-整理算法是标记-清除算法的改进版，它将未标记的对象移动到内存的一端，从而减少内存碎片。
并发收集器：
- 并发收集器在应用程序运行时进行垃圾回收，以减少停顿时间。CMS和G1是两种常见的并发收集器。
停顿时间控制策略：
- JVM通过调整垃圾回收算法和收集器来控制停顿时间，例如，G1收集器通过预测停顿时间来优化垃圾回收过程。
性能调优：
- 性能调优涉及调整JVM参数，如堆大小（Xms、Xmx）、垃圾回收策略等，以达到最佳性能。
内存泄漏诊断：
- 内存泄漏诊断工具，如MAT（Memory Analyzer Tool），可以帮助开发者分析内存使用情况，找出内存泄漏的原因。
JIT编译优化：
- JIT编译器在运行时将字节码编译为机器码，从而提高性能。JIT编译优化包括方法内联、循环展开、指令重排等。

二、Spring Boot知识体系

自动配置：
- Spring Boot通过自动配置减少了开发者的配置工作量。自动配置的原理包括条件化配置、自动配置报告等。
@EnableAutoConfiguration原理：
- Spring Boot通过类路径扫描，查找所有带有@EnableAutoConfiguration注解的类，并自动配置它们依赖的Bean。
条件化配置（@Conditional）：
- 条件化配置允许根据特定条件自动启用或禁用配置。例如，可以根据操作系统或类路径中的特定库来启用或禁用配置。
自定义Starter开发：
- 自定义Starter项目可以将第三方库集成到Spring Boot项目中，方便开发者使用。
起步依赖、依赖管理机制：
- Spring Boot使用Maven或Gradle管理依赖，并提供BOM文件确保依赖版本一致性。
版本冲突解决：
- 通过选择兼容版本或排除冲突依赖来解决版本冲突。
第三方库集成模式：
- Spring Boot支持多种第三方库集成模式，如直接依赖、自动装配等。
Actuator：
- Spring Boot Actuator提供健康检查、度量指标收集等功能，方便监控应用。
健康检查端点：
- Spring Boot内置多种健康检查端点，如application.properties、health.properties等。
度量指标收集：
- 使用Micrometer集成Prometheus、Grafana等监控工具，收集应用度量指标。
自定义Endpoint开发：
- 通过实现Endpoint接口，可以扩展Spring Boot的监控能力。
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：
- 通过配置文件优先级和配置加载顺序来确保配置正确性。
动态配置刷新：
- 使用Spring Cloud Config或Spring Cloud Bus实现动态配置刷新。
监控与日志：
- Spring Boot集成Logback/SLF4J等日志框架，方便日志管理和监控。
分布式链路追踪扩展机制：
- 使用Zipkin、Jaeger等工具实现分布式链路追踪。
自定义AutoConfigurationBean生命周期扩展点：
- 通过实现Condition、BeanPostProcessor等接口，可以扩展Spring Boot的生命周期。
响应式编程支持：
- Spring Boot 5.0引入响应式编程支持，方便开发异步应用。

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Java程序员廖志伟

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