JVM与Spring Boot核心解析
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）清华大学出版社签约作家、Java领域优质创作者、CSDN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。
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一、JVM知识体系
类加载机制
在JVM中，类加载机制是一个复杂的系统，它负责在运行时将类信息加载到JVM中。这个过程不仅包括将类的字节码加载到内存中，还包括对类的解析、验证、准备和初始化。
- 加载：类加载过程的第一步是加载，JVM会查找并读取类定义的二进制数据，这些数据通常存储在
.class文件中。加载过程涉及到类的字节码从文件系统到内存的转换。 - 连接：在加载完成后，JVM会进行连接操作。连接包括验证（确保类信息符合JVM规范）、准备（为类变量分配内存并设置默认值）和解析（将符号引用转换为直接引用）。
- 初始化：初始化是类加载的最后一步，它负责执行类构造器（
()
双亲委派模型
双亲委派模型是JVM类加载机制的核心，它要求子类加载器首先委派给父类加载器来加载类。这种模型的目的是防止类的重复加载，同时保护程序安全。
- 类加载器：JVM中的类加载器主要包括启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）、扩展类加载器（Extension ClassLoader）和应用类加载器（Application ClassLoader）。
- 委托机制：当子类加载器请求加载一个类时，它会首先请求其父类加载器加载该类。只有当父类加载器无法完成类加载时，子类加载器才会尝试从自己的资源路径中加载该类。
自定义类加载器
在需要特殊类加载逻辑的情况下，如实现模块化系统或插件化应用时，开发者可以创建自定义类加载器。
- 继承抽象类：自定义类加载器通常继承
java.lang.ClassLoader抽象类。 - 重写方法：自定义类加载器需要重写
findClass()方法，以实现自定义的类查找逻辑。
模块化系统（JPMS）
Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的模块系统，它通过模块化的方式组织代码，提供更好的代码隔离、版本控制和依赖管理。
- 模块定义：每个模块通过一个描述文件（
module-info.java）来定义模块的名称、公开的包、依赖和其他属性。 - 模块解析：JVM在运行时根据模块依赖关系来解析模块，并确保它们之间的兼容性。
内存模型
JVM的内存模型是一个复杂的多层次结构，它由多个区域组成，每个区域都有其特定的用途。
- 运行时数据区：运行时数据区包括堆、栈、方法区和PC寄存器。
- 堆：堆是所有类实例和数组的存储区域，它由JVM自动管理。
- 栈：栈是线程私有的内存区域，用于存储局部变量和方法调用。
- 方法区：方法区存储类信息、常量、静态变量等。
- PC寄存器：PC寄存器存储指向下一条指令的指针。
内存溢出场景分析
内存溢出是指程序在运行过程中，由于内存空间不足而无法继续分配内存的情况。
- 堆空间溢出：当创建的对象数量过多或对象体积过大时，可能会发生堆空间溢出。
- 栈空间溢出：当方法调用深度过大时，可能会发生栈空间溢出。
直接内存管理
直接内存管理是指JVM直接在本地内存中分配内存，而不是在堆中分配。
- 本地内存：本地内存是JVM之外的系统内存，它不受垃圾回收器的管理。
- 使用场景：直接内存管理通常用于处理大型数据集或需要高性能的场景。
垃圾回收
垃圾回收是JVM自动清理不再使用的对象以回收内存的过程。
- GC Roots：垃圾回收器通过分析GC Roots来确定哪些对象是可以回收的。GC Roots通常包括栈帧中的变量引用、静态变量、方法区等。
- 分代收集：JVM将内存分为几代（如Young、Old），不同的代有不同的回收策略。例如，Young代通常采用复制算法，而Old代则采用标记-清除或标记-整理算法。
二、Spring Boot知识体系
自动配置
Spring Boot的自动配置功能是基于条件化的配置实现的。它通过分析添加的依赖和类路径中的类，自动配置Spring应用程序。
- 条件化配置：
@Conditional注解允许根据特定条件来启用或禁用配置。例如，如果项目中存在某个特定的类，则自动配置将启用。 - 自动配置类：Spring Boot定义了一系列自动配置类，它们根据添加的依赖自动配置应用程序。
@EnableAutoConfiguration原理
@EnableAutoConfiguration注解是Spring Boot自动配置的核心。当应用程序启动时，Spring Boot会扫描类路径中的所有自动配置类，并根据添加的依赖和类路径中的类来决定是否启用这些配置。
- 自动配置类：自动配置类通常包含一系列的
@Bean定义，用于创建和配置Spring Bean。 - 依赖检查：Spring Boot使用
@ConditionalOnClass和@ConditionalOnBean等注解来检查类路径中的类和Bean。
条件化配置（@Conditional）
@Conditional注解允许根据特定条件来启用或禁用配置。
- 条件注解：Spring Boot提供了一系列条件注解，如
@ConditionalOnClass、@ConditionalOnBean、@ConditionalOnMissingBean等。 - 自定义条件：开发者可以自定义条件注解，以实现更复杂的配置逻辑。
自定义Starter开发
自定义Starter是Spring Boot生态中的一种常见实践，它允许开发者封装依赖和自动配置。
- 创建Starter：开发者需要创建一个Maven项目，并将其打包为JAR文件。
- 添加依赖：在Starter中添加所需的依赖和自动配置类。
起步依赖
起步依赖是一组预打包的Maven依赖，它们简化了项目的构建过程。
- 依赖管理：起步依赖使用Maven的BOM（Bill of Materials）文件来统一管理项目依赖的版本。
- 版本冲突解决：Maven通过依赖传递和版本仲裁机制来解决依赖版本冲突。
第三方库集成模式
Spring Boot支持多种第三方库集成模式，包括依赖注入、数据访问等。
- 依赖注入：Spring Boot使用Spring Framework的依赖注入机制来管理Bean。
- 数据访问：Spring Boot支持多种数据访问技术，如JPA、MyBatis等。
Actuator
Spring Boot Actuator提供了一系列端点，用于监控和管理应用。
- 端点：Actuator提供了一系列端点，如
/health、/metrics、/info等。 - 监控：Actuator允许收集应用的各种度量指标，如内存使用情况、线程数等。
健康检查端点
通过@HealthIndicator注解可以定义健康检查端点。
- 健康指标：
@HealthIndicator注解允许开发者定义自己的健康指标。 - 组合健康指标：Spring Boot允许将多个健康指标组合成一个复合健康指标。
度量指标收集
Actuator允许收集应用的各种度量指标。
- 度量指标：度量指标包括内存使用情况、线程数、HTTP请求统计等。
- 指标收集：Spring Boot与Micrometer集成，提供监控和日志支持。
自定义Endpoint开发
开发者可以自定义Endpoint来扩展Actuator的功能。
- 自定义端点：自定义Endpoint可以通过实现
Endpoint接口来定义。 - 端点注册：自定义端点需要在Spring Boot应用程序中注册。
配置文件管理
Spring Boot支持多环境配置，如application-{profile}.yml。
- 配置文件：Spring Boot支持多种配置文件格式，如YAML、Properties等。
- 配置文件优先级：Spring Boot按照特定的优先级加载配置文件。
配置加载优先级
Spring Boot按照特定的优先级加载配置文件。
- 配置文件加载顺序：Spring Boot首先加载
application.yml，然后根据配置文件优先级加载其他配置文件。 - 配置文件优先级：配置文件的优先级取决于它们在类路径中的位置。
动态配置刷新
Spring Boot支持动态刷新配置文件。
- 动态配置：动态配置允许在运行时修改配置文件。
- 刷新机制：Spring Boot使用
@RefreshScope注解来实现动态配置刷新。
监控与日志
Spring Boot与Micrometer集成，提供监控和日志支持。
- 监控：Micrometer支持多种监控工具，如Prometheus、Grafana等。
- 日志：Spring Boot支持使用Logback和SLF4J进行日志配置。
Logback/SLF4J配置
Spring Boot支持使用Logback和SLF4J进行日志配置。
- Logback：Logback是一个开源的日志框架，它提供了灵活的日志配置选项。
- SLF4J：SLF4J是一个日志门面，它允许应用程序使用不同的日志框架。
分布式链路追踪
Spring Boot支持分布式链路追踪，如Zipkin。
- 链路追踪：链路追踪是一种用于追踪应用程序中请求的生命周期的技术。
- Zipkin：Zipkin是一个开源的分布式追踪系统，它可以帮助开发者追踪应用程序中的请求。
扩展机制
Spring Boot提供了多种机制来扩展其功能，包括自定义AutoConfigurationBean和生命周期扩展点。
- 自定义AutoConfigurationBean：自定义AutoConfigurationBean允许开发者自定义自动配置的逻辑。
- 生命周期扩展点：Spring Boot的生命周期扩展点允许开发者自定义Spring Boot应用程序的生命周期。
响应式编程支持
Spring Boot支持响应式编程，允许开发者使用Reactor、Project Reactor等库。
- 响应式编程：响应式编程是一种编程范式，它允许异步处理事件。
- 响应式库：Reactor和Project Reactor是两个流行的响应式编程库。
通过以上对JVM和Spring Boot核心知识点的梳理，我们可以看到这两个技术是如何相互关联并共同支撑起Java应用的开发的。JVM负责底层的运行时环境，而Spring Boot则在上层提供了自动配置、依赖管理和响应式编程等高级功能。理解这些知识点不仅有助于深入掌握Java技术栈，还能够为日后的项目开发打下坚实的基础。
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