Spring Boot 启动时，JVM 是如何工作的？
场景：你执行
java -jar myapp.jar，一个 Spring Boot 应用开始启动。
我们将沿着真实启动流程，逐个拆解 JVM 五大组件的角色。
🧩 前提：Spring Boot 程序的本质
Spring Boot 应用只是一个标准的 Java 程序，它有一个 main 方法：
@SpringBootApplication
public class MyApplication {public static void main(String[] args) {SpringApplication.run(MyApplication.class, args);}
}
当你运行 java -jar myapp.jar 时，JVM 并不知道这是 Spring Boot。它只做一件事：
找到
Main-Class（比如com.example.MyApplication），加载它，初始化它，然后调用它的main()方法。
Spring Boot 的所有魔法，都是在 main() 被调用之后才开始的。
而在这之前，全是 JVM 的工作。
1️⃣ 类加载器子系统（Class Loader Subsystem）
✅ 它是什么？
JVM 中负责读取 .class 文件并转换为内部类表示的模块。
在 Spring Boot 启动时，主要由 Application ClassLoader（也叫 System ClassLoader）工作。
✅ 它做了什么？怎么做的？
- 从
myapp.jar中读取MANIFEST.MF，找到Main-Class: com.example.MyApplication； - 在 JAR 的
BOOT-INF/classes/和BOOT-INF/lib/中查找com/example/MyApplication.class； - 将字节码加载进 JVM，生成
Class<MyApplication>对象； - 同时加载 Spring Boot 相关类（如
SpringApplication,@SpringBootApplication等）。
🔍 Spring Boot 使用了自定义类加载逻辑（通过
LaunchedURLClassLoader），但底层仍基于 JVM 的类加载机制。
✅ 为什么要这么做？
- Java 是“编译一次，到处运行”，代码必须以字节码形式交给 JVM；
- JVM 必须在调用
main()前，完全理解这个类的结构（方法、注解、父类等）。
❌ 如果不这么做会怎样？
- JVM 找不到
MyApplication.class→ 报错：ClassNotFoundException； - 如果类加载器不解析注解（如
@SpringBootApplication），Spring Boot 就无法知道要开启自动配置。
💡 关键点：Spring Boot 的“自动配置”能力，依赖于 JVM 能正确加载并解析类上的注解——这是类加载器的基础能力。
2️⃣ 运行时数据区（Runtime Data Areas）
✅ 它是什么？
JVM 内部的逻辑内存模型，用于分类存储程序运行时的数据。
在 Spring Boot 启动时，主要涉及：
- 方法区（Metaspace）：存类信息（如
MyApplication的结构、注解、方法字节码）； - Java 虚拟机栈：为
main()方法分配栈帧（存局部变量args）； - 堆（Heap）：存放 Spring 容器、Bean、配置对象等（启动后大量创建）。
✅ 它做了什么？怎么做的？
- 当
MyApplication.class被加载，其元数据（类名、方法、注解）存入方法区； - 调用
main()时，JVM 在栈上创建一个栈帧，存放args参数； - 执行
SpringApplication.run(...)时，创建SpringApplication对象，存入堆； - 后续创建的 Bean（如
UserService,DataSource）也都放在堆中。
✅ 为什么要这么做？
- 分类管理：类信息几乎不变，适合放方法区；对象动态创建，适合放堆；方法调用需要隔离，适合用栈。
- 效率与安全：避免不同数据互相干扰（比如方法局部变量不会覆盖类结构）。
❌ 如果不这么做会怎样？
- 如果类信息放堆里：可能被 GC 错误回收，导致
NoClassDefFoundError； - 如果没有栈：递归调用或嵌套方法无法管理局部变量，程序逻辑混乱；
- 如果所有对象放一起：无法对“长期存活的 Spring 容器”和“临时对象”做不同 GC 策略，性能极差。
💡 Spring Boot 启动时会加载上千个类，方法区必须高效存储这些元数据，否则启动慢或 OOM。
3️⃣ 执行引擎（Execution Engine）
✅ 它是什么？
JVM 中真正执行字节码的模块。它逐条解释或编译执行 main() 及其调用的方法。
✅ 它做了什么？怎么做的？
- 从
main()的第一条字节码开始执行； - 调用
SpringApplication.run()→ 执行 Spring Boot 的启动逻辑：- 解析
@SpringBootApplication； - 扫描 Bean；
- 创建 ApplicationContext；
- 初始化内嵌 Tomcat（如果 Web 应用）；
- 解析
- 所有这些动作，最终都转化为字节码指令的执行（如
invokestatic,new,putfield）。
🔍 执行引擎可能先解释执行（慢但快启动），后续对热点代码（如 Controller）JIT 编译为机器码（快）。
✅ 为什么要这么做？
- 字节码是平台无关的，但计算机只能执行本地指令；
- 执行引擎充当“翻译+执行者”，屏蔽底层差异，实现“一次编译，到处运行”。
❌ 如果不这么做会怎样？
- 字节码无法被执行，程序卡死；
- 如果没有 JIT，Spring Boot 处理 HTTP 请求会非常慢（每次都要解释字节码）。
💡 Spring Boot 的启动速度、运行性能，直接依赖执行引擎的效率。
4️⃣ 本地方法接口（JNI, Java Native Interface）
✅ 它是什么？
JVM 提供的调用操作系统本地功能（C/C++ 代码）的桥梁。
✅ 它做了什么？怎么做的？
在 Spring Boot 启动过程中，JNI 被隐式调用多次：
- 创建线程：主线程、Tomcat 工作线程 → 调用 OS 的
pthread_create（Linux）； - 文件读取：加载
application.properties、读取 JAR 内资源 → 调用 OS 文件 API； - 网络绑定：Tomcat 启动时绑定 8080 端口 → 调用
socket(),bind()等系统调用； - 时间获取：日志打时间戳 → 调用
gettimeofday()。
这些操作在 Java 层通过
native方法实现，如FileInputStream.read0()。
✅ 为什么要这么做？
- Java 不能直接操作硬件或操作系统；
- 但 Spring Boot 需要文件、网络、线程、时间等基础能力；
- JNI 让 JVM 能安全地“借用”操作系统能力。
❌ 如果不这么做会怎样？
- 无法读配置文件 → Spring Boot 启动失败；
- 无法绑定端口 → Web 服务无法启动；
- 无法创建线程 → Tomcat 无法处理并发请求。
💡 没有 JNI，Java 就是一个“沙盒玩具”，Spring Boot 根本无法作为真实应用运行。
5️⃣ 垃圾回收器（Garbage Collector, GC）
✅ 它是什么？
JVM 中自动回收无用对象的模块，防止内存泄漏。
✅ 它做了什么？怎么做的？
Spring Boot 启动时：
- 创建大量临时对象：类元数据、Bean 定义、配置解析中间对象；
- GC（如 G1 或 ZGC）在后台运行：
- 识别哪些对象不再被引用（如解析完的 YAML 节点）；
- 回收它们占用的堆内存；
- 启动完成后，GC 继续监控运行时对象（如 HTTP 请求产生的临时对象）。
✅ 为什么要这么做？
- Spring Boot 启动过程会瞬时创建大量对象（可达数十万）；
- 如果不自动回收，堆内存迅速耗尽 →
OutOfMemoryError； - 手动管理内存（如 C++ 的
delete）在复杂框架中几乎不可能。
❌ 如果不这么做会怎样？
- 程序启动到一半就 OOM 崩溃；
- 即使启动成功，处理几个请求后内存耗尽；
- 开发者必须手动跟踪每个对象生命周期——在 Spring 这种高度动态的框架中完全不可行。
💡 GC 是 Spring Boot 能“开箱即用”的关键：开发者无需关心内存，专注业务逻辑。
🧭 总结：Spring Boot 启动时 JVM 五大组件协作全景
| 组件 | 在 Spring Boot 启动中的角色 | 关键性 |
|---|---|---|
| 类加载器 | 加载 MyApplication 和所有 Spring 类 | ⭐⭐⭐⭐⭐（没它，连 main 都找不到） |
| 运行时数据区 | 存类信息、方法栈、Bean 对象 | ⭐⭐⭐⭐（数据无处安放） |
| 执行引擎 | 执行 main() 和 Spring 初始化逻辑 | ⭐⭐⭐⭐⭐（没它，代码只是文本） |
| JNI | 提供文件、网络、线程等 OS 能力 | ⭐⭐⭐⭐（没它，Spring Boot 是“残废”） |
| GC | 自动清理启动过程中的临时对象 | ⭐⭐⭐（没它，内存迅速耗尽） |