1、maven打包

Spring Boot項目的pom.xml文件中默認使用spring-boot-maven-plugin插件進行打包：

<build>
    <plugins>
        <plugin>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
        </plugin>
    </plugins>
</build>

在執(zhí)行完maven clean package之后，會生成來個jar相關(guān)文件：

• test-0.0.1-SNAPSHOT.jar
• test-0.0.1-SNAPSHOT.jar.original

2、Jar包目錄結(jié)構(gòu)

以筆者的test-0.0.1-SNAPSHOT.jar為例，來看一下jar的目錄結(jié)構(gòu)，其中都包含哪些目錄和文件？

可以概述為：

spring-boot-learn-0.0.1-SNAPSHOT
├── META-INF
│ └── MANIFEST.MF
├── BOOT-INF
│ ├── classes
│ │ └── 應(yīng)用程序
│ └── lib
│ └── 第三方依賴jar
└── org
└── springframework
└── boot
└── loader
└── springboot啟動程序

其中主要包括三大目錄：META-INF、BOOT-INF、org。

1）META-INF內(nèi)容

META-INF記錄了相關(guān)jar包的基礎(chǔ)信息，包括：入口程序。具體內(nèi)容如下：

Manifest-Version: 1.0
Spring-Boot-Classpath-Index: BOOT-INF/classpath.idx
Implementation-Title: tms-start
Implementation-Version: 0.0.1-SNAPSHOT
Spring-Boot-Layers-Index: BOOT-INF/layers.idx
Start-Class: com.saint.StartApplication
Spring-Boot-Classes: BOOT-INF/classes/
Spring-Boot-Lib: BOOT-INF/lib/
Build-Jdk-Spec: 1.8
Spring-Boot-Version: 2.4.5
Created-By: Maven Jar Plugin 3.2.0
Main-Class: org.springframework.boot.loader.JarLauncher

• Main-Class是org.springframework.boot.loader.JarLauncher，即jar啟動的Main函數(shù)；
• Start-Class是com.saint.StartApplication，即我們自己SpringBoot項目的啟動類；也是下文提到的項目的引導(dǎo)類。

2）BOOT-INF內(nèi)容

• BOOT-INF/classes目錄：存放應(yīng)用編譯后的class文件源碼；
• BOOT-INF/lib目錄：存放應(yīng)用依賴的所有三方j(luò)ar包文件；

3）org內(nèi)容

org目錄下存放著所有SpringBoot相關(guān)的class文件，比如：JarLauncher、LaunchedURLClassLoader。

3、可執(zhí)行Jar（JarLauncher）

從jar包內(nèi)META-INF/MANIFEST.MF文件中的Main-Class屬性值為org.springframework.boot.loader.JarLauncher，可以看出main函數(shù)是JarLauncher，即：SpringBoot應(yīng)用中的Main-class屬性指向的class為org.springframework.boot.loader.JarLauncher。

其實吧，主要是 Java官方文檔規(guī)定：java -jar命令引導(dǎo)的具體啟動類必須配置在MANIFEST.MF資源的Main-class屬性中；又根據(jù)“JAR文件規(guī)范”，MANIFEST.MF資源必須存放在/META-INF/目錄下。所以main函數(shù)才是JarLauncher。

JarLauncher類繼承圖如下：

從JarLauncher的類注釋我們看出JarLauncher的作用：

• 加載內(nèi)部/BOOT-INF/lib下的所有三方依賴jar；
• 加載內(nèi)部/BOOT-INF/classes下的所有應(yīng)用class；

1）JarLauncher的運行步驟？

• 在解壓jar包后的根目錄下運行 java org.springframework.boot.loader.JarLauncher。項目引導(dǎo)類（META-INF/MANIFEST.MF文件中的Start-Class屬性）被JarLauncher加載并執(zhí)行。
• 如果直接運行Start-Class（示例的StartApplication）類，會報錯ClassNotFoundException。
• Spring Boot依賴的JAR文件均存放在BOOT-INF/lib目錄下。JarLauncher會將這些JAR文件作為Start-Class的類庫依賴。

這也是為什么JarLauncher能夠引導(dǎo)，而直接運行Start-Class卻不行。

2）JarLauncher實現(xiàn)原理？

public class JarLauncher extends ExecutableArchiveLauncher {

	static final String BOOT_INF_CLASSES = "BOOT-INF/classes/";

	static final String BOOT_INF_LIB = "BOOT-INF/lib/";

	public JarLauncher() {
	}

	protected JarLauncher(Archive archive) {
		super(archive);
	}

	@Override
	protected boolean isNestedArchive(Archive.Entry entry) {
		if (entry.isDirectory()) {
			return entry.getName().equals(BOOT_INF_CLASSES);
		}
		return entry.getName().startsWith(BOOT_INF_LIB);
	}

	public static void main(String[] args) throws Exception {
		new JarLauncher().launch(args);
	}

}

JarLauncher#main()中新建了JarLauncher并調(diào)用父類Launcher中的launch()方法啟動程序；

• BOOT_INF_CLASSES、BOOT_INF_LIB變量對應(yīng)BOOT-INF/classes和lib路徑；
• isNestedArchive(Archinve.Entry entry)方法用于判斷FAT JAR資源的相對路徑是否為nestedArchive嵌套文檔。進而決定這些FAT JAR是否會被launch。 當(dāng)方法返回false時，說明FAT JAR被解壓至文件目錄。

1> Archive的概念

archive即歸檔文件，這個概念在linux下比較常見；通常就是一個tar/zip格式的壓縮包；而jar正是zip格式的。

SpringBoot抽象了Archive的概念，一個Archive可以是jar（JarFileArchive），也可以是文件目錄（ExplodedArchive）；這樣也就統(tǒng)一了訪問資源的邏輯層；

public interface Archive extends Iterable<Archive.Entry>, AutoCloseable {
    ....
}

Archive繼承自Archive.Entry，Archive.Entry有兩種實現(xiàn)：

JarFileArchive.JarFileEntry --> 基于java.util.jar.JarEntry實現(xiàn)，表示FAT JAR嵌入資源。

ExplodedArchive.FileEntry --> 基于文件系統(tǒng)實現(xiàn)；

兩者的主要差別是ExplodedArchive相比于JarFileArchive多了一個獲取文件的getFile()方法；

public File getFile() {
    return this.file;
}

也就是說一個在jar包環(huán)境下尋找資源，一個在文件夾目錄下尋找資源；

所以從實現(xiàn)層面證明了JarLauncher支持JAR和文件系統(tǒng)兩種啟動方式。

當(dāng)執(zhí)行java -jar命令時，將調(diào)用/META-INF /MANIFEST.MF文件的Main-Class屬性的main()方法，實際上調(diào)用的是JarLauncher#launch(args)方法；

3） Launcher#launch(args)方法

protected void launch(String[] args) throws Exception {
    if (!isExploded()) {
        // phase1：注冊jar URL處理器
        JarFile.registerUrlProtocolHandler();
    }
    // phase2：創(chuàng)建ClassLoader
    ClassLoader classLoader = createClassLoader(getClassPathArchivesIterator());
    String jarMode = System.getProperty("jarmode");
    String launchClass = (jarMode != null && !jarMode.isEmpty()) ? JAR_MODE_LAUNCHER : getMainClass();
    // phase3：調(diào)用實際的引導(dǎo)類launch
    launch(args, launchClass, classLoader);
}

launch()方法分三步：

• 注冊jar URL處理器；
• 為所有的Archive創(chuàng)建可以加載jar in jar目錄的ClassLoader；
• 調(diào)用實際的引導(dǎo)類（Start-Class）；

1> phase1 注冊jar URL處理器

private static final String PROTOCOL_HANDLER = "java.protocol.handler.pkgs";

	private static final String HANDLERS_PACKAGE = "org.springframework.boot.loader";

public static void registerUrlProtocolHandler() {
    String handlers = System.getProperty(PROTOCOL_HANDLER, "");
    System.setProperty(PROTOCOL_HANDLER, ("".equals(handlers) ? HANDLERS_PACKAGE
                                          : handlers + "|" + HANDLERS_PACKAGE));
    // 重置緩存的UrlHandlers;
    resetCachedUrlHandlers();
}

private static void resetCachedUrlHandlers() {
    try {
        // 由URL類實現(xiàn)：通過URL.setURLStreamHandlerFactory()獲得URLStreamHandler。
        URL.setURLStreamHandlerFactory(null);
    }
    catch (Error ex) {
        // Ignore
    }
}

JarFile#resetCachedUrlHandlers()方法利用java.net.URLStreamHandler擴展機制，實現(xiàn)由URL#getURLStreamHandler(String)提供。

URL#getURLStreamHandler(String protocol)方法：

首先，URL的關(guān)聯(lián)協(xié)議（Protocol）對應(yīng)一種URLStreamHandler實現(xiàn)類。

JDK內(nèi)建了一些協(xié)議的實現(xiàn)，這些實現(xiàn)均存放在sun.net.www.protocol包下，并且類名必須為Handler，其類全名模式為sun.net.www.protocol.${protocol}.Handler（包名前綴.協(xié)議名.Handler），其中${protocol}表示協(xié)議名。

如果需要擴展，則必須繼承URLStreamHandler類，通過配置Java系統(tǒng)屬性java.protocol.handler.pkgs，追加URLStreamHandler實現(xiàn)類的package，多個package以“|”分割。

所以對于SpringBoot的JarFile，registerURLProtocolHandler()方法將package org.springframework.boot.loader追加到j(luò)ava系統(tǒng)屬性java.protocol.handler.pkgs中。

也就是說，org.springframework.boot.loader包下存在協(xié)議對應(yīng)的Handler類，即org.springframework.boot.loader.jar.Handler；并且按照類名模式，其實現(xiàn)協(xié)議為JAR。

另外：在URL#getURLStreamHandler()方法中，處理器先讀取Java系統(tǒng)屬性java.protocol.handler.pkgs，無論其是否存在，繼續(xù)讀取sun.net.www.protocol包；所以JDK內(nèi)建URLStreamHandler實現(xiàn)是兜底的。

為什么SpringBoot要選擇覆蓋URLStreamHandler？

• Spring BOOT FAT JAR除包含傳統(tǒng)Java Jar資源之外，還包含依賴的JAR文件；即存在jar in jar的情況；
• 默認情況下，JDK提供的ClassLoader只能識別jar中的class文件以及加載classpath下的其他jar包中的class文件，對于jar in jar的包無法加載；
• 當(dāng)SpringBoot FAT JAR被java -jar命令引導(dǎo)時，其內(nèi)部的JAR文件無法被內(nèi)嵌實現(xiàn)sun.net.www.protocol.jar.Handler當(dāng)做class Path，故需要定義了一套URLStreamHandler實現(xiàn)類和JarURLConnection實現(xiàn)類，用來加載jar in jar包的class類文件；

2> phase2 創(chuàng)建可以加載jar in jar目錄的ClassLoader

獲取所有的Archive，然后針對每個Archive分別創(chuàng)建ClassLoader；

ClassLoader classLoader = createClassLoader(getClassPathArchivesIterator());

/**
 * 獲取所有的Archive（包含jar in jar的情況）
 */
protected Iterator<Archive> getClassPathArchivesIterator() throws Exception {
    return getClassPathArchives().iterator();
}

/**
 * 針對每個Archive分別創(chuàng)建ClassLoader
 */
protected ClassLoader createClassLoader(List<Archive> archives) throws Exception {
    List<URL> urls = new ArrayList<>(archives.size());
    for (Archive archive : archives) {
        urls.add(archive.getUrl());
    }
    return createClassLoader(urls.toArray(new URL[0]));
}

3> phase3 調(diào)用實際的引導(dǎo)類（Start-Class）

// case1： 通過ExecutableArchiveLauncher#getMainClass()獲取MainClass
String launchClass = (jarMode != null && !jarMode.isEmpty()) ? JAR_MODE_LAUNCHER : getMainClass();
// 2、運行實際的引導(dǎo)類
launch(args, launchClass, classLoader);

對于phase3，大致可以分為兩步：

• 首先通過ExecutableArchiveLauncher#getMainClass()獲取mainClass（即：/META-INF/MANIFEST.MF資源中的Start-Class屬性）；
• 利用反射獲取mainClass類中的main(Stirng[])方法并調(diào)用；

<1> 獲取mainClass：

Start-Class屬性來自/META_INF/MANIFEST.MF資源中。Launcher的子類JarLauncher或WarLauncher沒有實現(xiàn)getMainClass()方法。所以無論是Jar還是War，讀取的SpringBoot啟動類均來自此屬性。

<2> 執(zhí)行mainClass的main()方法：

獲取mainClass之后，MainMethodRunner#run()方法利用反射獲取mainClass類中的main(Stirng[])方法并調(diào)用。

運行JarLauncher實際上是在同進程、同線程內(nèi)調(diào)用Start-Class類的main(Stirng[])方法，并且在調(diào)用前準(zhǔn)備好Class Path。

4、WarLauncher

WarLauncher是可執(zhí)行WAR的啟動器。

WarLauncher與JarLauncher的差異很小，主要區(qū)別在于項目文件和JAR Class Path路徑的不同。

• 相比于FAT Jar的目錄，WAR增加了WEB-INF/lib-provided，并且該目錄僅存放<scope>provided</scope>的JAR文件。
• 傳統(tǒng)的Servlet應(yīng)用的Class Path路徑僅關(guān)注WEB-INF/classes/和WEB-INF/lib/目錄，因此WEB-INF/lib-provided/中的JAR將被Servlet忽略。

好處：打包后的WAR文件能夠在Servlet容器中兼容運行。

所以JarLauncher和WarLauncher并無本質(zhì)區(qū)別。

5、總結(jié)

Spring Boot應(yīng)用Jar/War的啟動流程：

Spring Boot應(yīng)用打包之后，生成一個Fat jar，包含了應(yīng)用依賴的所有三方j(luò)ar包和SpringBoot Loader相關(guān)的類。

Fat jar的啟動Main函數(shù)是JarLauncher，它負責(zé)創(chuàng)建一個LaunchedURLClassLoader來加載BOOT-INF/classes目錄以及/BOOT-INF/lib下面的jar，并利用反射獲取mainClass類中的main(Stirng[])方法并調(diào)用。即：運行JarLauncher實際上是在同進程、同線程內(nèi)調(diào)用Start-Class類的main(Stirng[])方法，并且在調(diào)用前準(zhǔn)備好Class Path。

其他點：

SpringBoot通過擴展JarFile、JarURLConnection及URLStreamHandler，實現(xiàn)了jar in jar中資源的加載。

SpringBoot通過擴展URLClassLoader --> LauncherURLClassLoader，實現(xiàn)了jar in jar中class文件的加載。

WarLauncher相比JarLauncher只是多加載WEB-INF/lib-provided目錄下的jar文件。

到此這篇關(guān)于SpringBoot應(yīng)用jar包啟動原理詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)SpringBoot jar包啟動內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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