为什么SpringBoot的 jar 可以直接运行?

沙海
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2021年4月27日01:02:40
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为什么SpringBoot的 jar 可以直接运行? 架构师专栏

为什么SpringBoot的 jar 可以直接运行?

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大家好,我是磊哥。

SpringBoot提供了一个插件spring-boot-maven-plugin用于把程序打包成一个可执行的jar包。在pom文件里加入这个插件即可:

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

打包完生成的executable-jar-1.0-SNAPSHOT.jar内部的结构如下:

注 意

文末放有:7701页最新面试题

├── META-INF│ ├── MANIFEST.MF│ └── maven│ └── spring.study│ └── executable-jar│ ├── pom.properties│ └── pom.xml├── lib│ ├── aopalliance-1.0.jar│ ├── classmate-1.1.0.jar│ ├── spring-boot-1.3.5.RELEASE.jar│ ├── spring-boot-autoconfigure-1.3.5.RELEASE.jar│ ├── ...├── org│ └── springframework│ └── boot│ └── loader│ ├── ExecutableArchiveLauncher$1.class│ ├── ...└── spring └── study └── executablejar └── ExecutableJarApplication.class

然后可以直接执行jar包就能启动程序了:

java -jar executable-jar-1.0-SNAPSHOT.jar

打包出来fat jar内部有4种文件类型:

  • META-INF文件夹:程序入口,其中MANIFEST.MF用于描述jar包的信息

  • lib目录:放置第三方依赖的jar包,比如springboot的一些jar包

  • spring boot loader相关的代码

  • 模块自身的代码

MANIFEST.MF文件的内容:

Manifest-Version: 1.0Implementation-Title: executable-jarImplementation-Version: 1.0-SNAPSHOTArchiver-Version: Plexus ArchiverBuilt-By: FormatStart-Class: spring.study.executablejar.ExecutableJarApplicationImplementation-Vendor-Id: spring.studySpring-Boot-Version: 1.3.5.RELEASECreated-By: Apache Maven 3.2.3Build-Jdk: 1.8.0_20Implementation-Vendor: Pivotal Software, Inc.Main-Class: org.springframework.boot.loader.JarLauncher

我们看到,它的Main-Class是org.springframework.boot.loader.JarLauncher,当我们使用java -jar执行jar包的时候会调用JarLauncher的main方法,而不是我们编写的SpringApplication。

那么JarLauncher这个类是的作用是什么的?

它是SpringBoot内部提供的工具Spring Boot Loader提供的一个用于执行Application类的工具类(fat jar内部有spring loader相关的代码就是因为这里用到了)。相当于Spring Boot Loader提供了一套标准用于执行SpringBoot打包出来的jar

Spring Boot Loader抽象的一些类

抽象类Launcher:各种Launcher的基础抽象类,用于启动应用程序;跟Archive配合使用;目前有3种实现,分别是JarLauncher、WarLauncher以及PropertiesLauncher

Archive:归档文件的基础抽象类。JarFileArchive就是jar包文件的抽象。它提供了一些方法比如getUrl会返回这个Archive对应的URL;getManifest方法会获得Manifest数据等。ExplodedArchive是文件目录的抽象

JarFile:对jar包的封装,每个JarFileArchive都会对应一个JarFile。JarFile被构造的时候会解析内部结构,去获取jar包里的各个文件或文件夹,这些文件或文件夹会被封装到Entry中,也存储在JarFileArchive中。如果Entry是个jar,会解析成JarFileArchive。

比如一个JarFileArchive对应的URL为:

jar:file:/Users/format/Develop/gitrepository/springboot-analysis/springboot-executable-jar/target/executable-jar-1.0-SNAPSHOT.jar!/

它对应的JarFile为:

/Users/format/Develop/gitrepository/springboot-analysis/springboot-executable-jar/target/executable-jar-1.0-SNAPSHOT.jar

这个JarFile有很多Entry,比如:

META-INF/META-INF/MANIFEST.MFspring/spring/study/....spring/study/executablejar/ExecutableJarApplication.classlib/spring-boot-starter-1.3.5.RELEASE.jarlib/spring-boot-1.3.5.RELEASE.jar...

JarFileArchive内部的一些依赖jar对应的URL(SpringBoot使用org.springframework.boot.loader.jar.Handler处理器来处理这些URL):

jar:file:/Users/Format/Develop/gitrepository/springboot-analysis/springboot-executable-jar/target/executable-jar-1.0-SNAPSHOT.jar!/lib/spring-boot-starter-web-1.3.5.RELEASE.jar!/jar:file:/Users/Format/Develop/gitrepository/springboot-analysis/springboot-executable-jar/target/executable-jar-1.0-SNAPSHOT.jar!/lib/spring-boot-loader-1.3.5.RELEASE.jar!/org/springframework/boot/loader/JarLauncher.class

我们看到如果有jar包中包含jar,或者jar包中包含jar包里面的class文件,那么会使 用 !/ 分隔开,这种方式只有org.springframework.boot.loader.jar.Handler能处 理,它是SpringBoot内部扩展出来的一种URL协议。

JarLauncher的执行过程

JarLauncher的main方法:

public static void main(String[] args) {    // 构造JarLauncher,然后调用它的launch方法。参数是控制台传递的    new JarLauncher().launch(args);}  

JarLauncher被构造的时候会调用父类ExecutableArchiveLauncher的构造方法。

ExecutableArchiveLauncher的构造方法内部会去构造Archive,这里构造了JarFileArchive。构造JarFileArchive的过程中还会构造很多东西,比如JarFile,Entry …

JarLauncher的launch方法:protected void launch(String[] args) {  try {    // 在系统属性中设置注册了自定义的URL处理器:org.springframework.boot.loader.jar.Handler。如果URL中没有指定处理器,会去系统属性中查询    JarFile.registerUrlProtocolHandler();    // getClassPathArchives方法在会去找lib目录下对应的第三方依赖JarFileArchive,同时也会项目自身的JarFileArchive    // 根据getClassPathArchives得到的JarFileArchive集合去创建类加载器ClassLoader。这里会构造一个LaunchedURLClassLoader类加载器,这个类加载器继承URLClassLoader,并使用这些JarFileArchive集合的URL构造成URLClassPath    // LaunchedURLClassLoader类加载器的父类加载器是当前执行类JarLauncher的类加载器    ClassLoader classLoader = createClassLoader(getClassPathArchives());    // getMainClass方法会去项目自身的Archive中的Manifest中找出key为Start-Class的类    // 调用重载方法launch    launch(args, getMainClass(), classLoader);  }  catch (Exception ex) {    ex.printStackTrace();    System.exit(1);  }}// Archive的getMainClass方法// 这里会找出spring.study.executablejar.ExecutableJarApplication这个类public String getMainClass() throws Exception {  Manifest manifest = getManifest();  String mainClass = null;  if (manifest != null) {    mainClass = manifest.getMainAttributes().getValue("Start-Class");  }  if (mainClass == null) {    throw new IllegalStateException(        "No 'Start-Class' manifest entry specified in " + this);  }  return mainClass;}// launch重载方法protected void launch(String[] args, String mainClass, ClassLoader classLoader)    throws Exception {      // 创建一个MainMethodRunner,并把args和Start-Class传递给它  Runnable runner = createMainMethodRunner(mainClass, args, classLoader);      // 构造新线程  Thread runnerThread = new Thread(runner);      // 线程设置类加载器以及名字,然后启动  runnerThread.setContextClassLoader(classLoader);  runnerThread.setName(Thread.currentThread().getName());  runnerThread.start();}

MainMethodRunner的run方法:

@Overridepublic void run() {  try {    // 根据Start-Class进行实例化    Class<?> mainClass = Thread.currentThread().getContextClassLoader()        .loadClass(this.mainClassName);    // 找出main方法    Method mainMethod = mainClass.getDeclaredMethod("main", String[].class);    // 如果main方法不存在,抛出异常    if (mainMethod == null) {      throw new IllegalStateException(          this.mainClassName + " does not have a main method");    }    // 调用    mainMethod.invoke(null, new Object[] { this.args });  }  catch (Exception ex) {    UncaughtExceptionHandler handler = Thread.currentThread()        .getUncaughtExceptionHandler();    if (handler != null) {      handler.uncaughtException(Thread.currentThread(), ex);    }    throw new RuntimeException(ex);  }}

Start-Class的main方法调用之后,内部会构造Spring容器,启动内置Servlet容器等过程。这些过程我们都已经分析过了。

关于自定义的类加载器LaunchedURLClassLoader

LaunchedURLClassLoader重写了loadClass方法,也就是说它修改了默认的类加载方式(先看该类是否已加载这部分不变,后面真正去加载类的规则改变了,不再是直接从父类加载器中去加载)。LaunchedURLClassLoader定义了自己的类加载规则:

private Class<?> doLoadClass(String name) throws ClassNotFoundException {  // 1) Try the root class loader  try {    if (this.rootClassLoader != null) {      return this.rootClassLoader.loadClass(name);    }  }  catch (Exception ex) {    // Ignore and continue  }  // 2) Try to find locally  try {    findPackage(name);    Class<?> cls = findClass(name);    return cls;  }  catch (Exception ex) {    // Ignore and continue  }  // 3) Use standard loading  return super.loadClass(name, false);}

加载规则:

  • 如果根类加载器存在,调用它的加载方法。这里是根类加载是ExtClassLoader

  • 调用LaunchedURLClassLoader自身的findClass方法,也就是URLClassLoader的findClass方法

  • 调用父类的loadClass方法,也就是执行默认的类加载顺序(从BootstrapClassLoader开始从下往下寻找)

LaunchedURLClassLoader自身的findClass方法:

protected Class<?> findClass(final String name)     throws ClassNotFoundException{    try {        return AccessController.doPrivileged(            new PrivilegedExceptionAction<Class<?>>() {                public Class<?> run() throws ClassNotFoundException {                    // 把类名解析成路径并加上.class后缀                    String path = name.replace('.', '/').concat(".class");                    // 基于之前得到的第三方jar包依赖以及自己的jar包得到URL数组,进行遍历找出对应类名的资源                    // 比如path是org/springframework/boot/loader/JarLauncher.class,它在jar:file:/Users/Format/Develop/gitrepository/springboot-analysis/springboot-executable-jar/target/executable-jar-1.0-SNAPSHOT.jar!/lib/spring-boot-loader-1.3.5.RELEASE.jar!/中被找出                    // 那么找出的资源对应的URL为jar:file:/Users/Format/Develop/gitrepository/springboot-analysis/springboot-executable-jar/target/executable-jar-1.0-SNAPSHOT.jar!/lib/spring-boot-loader-1.3.5.RELEASE.jar!/org/springframework/boot/loader/JarLauncher.class                    Resource res = ucp.getResource(path, false);                    if (res != null) { // 找到了资源                        try {                            return defineClass(name, res);                        } catch (IOException e) {                            throw new ClassNotFoundException(name, e);                        }                    } else { // 找不到资源的话直接抛出ClassNotFoundException异常                        throw new ClassNotFoundException(name);                    }                }            }, acc);    } catch (java.security.PrivilegedActionException pae) {        throw (ClassNotFoundException) pae.getException();    }}

下面是LaunchedURLClassLoader的一个测试:

// 注册org.springframework.boot.loader.jar.Handler URL协议处理器JarFile.registerUrlProtocolHandler();// 构造LaunchedURLClassLoader类加载器,这里使用了2个URL,分别对应jar包中依赖包spring-boot-loader和spring-boot,使用 "!/" 分开,需要org.springframework.boot.loader.jar.Handler处理器处理LaunchedURLClassLoader classLoader = new LaunchedURLClassLoader(        new URL[] {                new URL("jar:file:/Users/Format/Develop/gitrepository/springboot-analysis/springboot-executable-jar/target/executable-jar-1.0-SNAPSHOT.jar!/lib/spring-boot-loader-1.3.5.RELEASE.jar!/")                , new URL("jar:file:/Users/Format/Develop/gitrepository/springboot-analysis/springboot-executable-jar/target/executable-jar-1.0-SNAPSHOT.jar!/lib/spring-boot-1.3.5.RELEASE.jar!/")        },        LaunchedURLClassLoaderTest.class.getClassLoader());// 加载类// 这2个类都会在第二步本地查找中被找出(URLClassLoader的findClass方法)classLoader.loadClass("org.springframework.boot.loader.JarLauncher");classLoader.loadClass("org.springframework.boot.SpringApplication");// 在第三步使用默认的加载顺序在ApplicationClassLoader中被找出classLoader.loadClass("org.springframework.boot.autoconfigure.web.DispatcherServletAutoConfiguration");

Spring Boot Loader的作用

SpringBoot在可执行jar包中定义了自己的一套规则,比如第三方依赖jar包在/lib目录下,jar包的URL路径使用自定义的规则并且这个规则需要使用org.springframework.boot.loader.jar.Handler处理器处理。它的Main-Class使用JarLauncher,如果是war包,使用WarLauncher执行。这些Launcher内部都会另起一个线程启动自定义的SpringApplication类。

这些特性通过spring-boot-maven-plugin插件打包完成。

来源 | https://urlify.cn/uQvIna

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