面試官：為什么 SpringBoot 的 jar 可以直接運行？

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本文來源：http://fangjian0423.github.io/2017/05/31/springboot-executable-jar/

SpringBoot提供了一個插件spring-boot-maven-plugin用于把程序打包成一個可執(zhí)行的jar包。在pom文件里加入這個插件即可：

    
        
            org.springframework.boot
            spring-boot-maven-plugin
        
    

打包完生成的executable-jar-1.0-SNAPSHOT.jar內(nèi)部的結(jié)構(gòu)如下：

├── 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

然后可以直接執(zhí)行jar包就能啟動程序了：

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

打包出來fat jar內(nèi)部有4種文件類型：

• META-INF文件夾：程序入口，其中MANIFEST.MF用于描述jar包的信息
• lib目錄：放置第三方依賴的jar包，比如springboot的一些jar包
• spring boot loader相關(guān)的代碼
• 模塊自身的代碼

MANIFEST.MF文件的內(nèi)容：

Manifest-Version: 1.0
Implementation-Title: executable-jar
Implementation-Version: 1.0-SNAPSHOT
Archiver-Version: Plexus Archiver
Built-By: Format
Start-Class: spring.study.executablejar.ExecutableJarApplication
Implementation-Vendor-Id: spring.study
Spring-Boot-Version: 1.3.5.RELEASE
Created-By: Apache Maven 3.2.3
Build-Jdk: 1.8.0_20
Implementation-Vendor: Pivotal Software, Inc.
Main-Class: org.springframework.boot.loader.JarLauncher

我們看到，它的Main-Class是org.springframework.boot.loader.JarLauncher，當(dāng)我們使用java -jar執(zhí)行jar包的時候會調(diào)用JarLauncher的main方法，而不是我們編寫的SpringApplication。

那么JarLauncher這個類是的作用是什么的？

它是SpringBoot內(nèi)部提供的工具Spring Boot Loader提供的一個用于執(zhí)行Application類的工具類(fat jar內(nèi)部有spring loader相關(guān)的代碼就是因為這里用到了)。相當(dāng)于Spring Boot Loader提供了一套標(biāo)準(zhǔn)用于執(zhí)行SpringBoot打包出來的jar

Spring Boot Loader抽象的一些類

抽象類Launcher：各種Launcher的基礎(chǔ)抽象類，用于啟動應(yīng)用程序；跟Archive配合使用；目前有3種實現(xiàn)，分別是JarLauncher、WarLauncher以及PropertiesLauncher

Archive：歸檔文件的基礎(chǔ)抽象類。JarFileArchive就是jar包文件的抽象。它提供了一些方法比如getUrl會返回這個Archive對應(yīng)的URL；getManifest方法會獲得Manifest數(shù)據(jù)等。ExplodedArchive是文件目錄的抽象

JarFile：對jar包的封裝，每個JarFileArchive都會對應(yīng)一個JarFile。JarFile被構(gòu)造的時候會解析內(nèi)部結(jié)構(gòu)，去獲取jar包里的各個文件或文件夾，這些文件或文件夾會被封裝到Entry中，也存儲在JarFileArchive中。如果Entry是個jar，會解析成JarFileArchive。

比如一個JarFileArchive對應(yīng)的URL為：

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

它對應(yīng)的JarFile為：

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

這個JarFile有很多Entry，比如：

META-INF/
META-INF/MANIFEST.MF
spring/
spring/study/
....
spring/study/executablejar/ExecutableJarApplication.class
lib/spring-boot-starter-1.3.5.RELEASE.jar
lib/spring-boot-1.3.5.RELEASE.jar
...

JarFileArchive內(nèi)部的一些依賴jar對應(yīng)的URL(SpringBoot使用org.springframework.boot.loader.jar.Handler處理器來處理這些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

我們看到如果有jar包中包含jar，或者jar包中包含jar包里面的class文件，那么會使 用 !/ 分隔開，這種方式只有org.springframework.boot.loader.jar.Handler能處 理，它是SpringBoot內(nèi)部擴展出來的一種URL協(xié)議。

JarLauncher的執(zhí)行過程

JarLauncher的main方法：

public?static?void?main(String[]?args)?{
????//?構(gòu)造JarLauncher，然后調(diào)用它的launch方法。參數(shù)是控制臺傳遞的
????new?JarLauncher().launch(args);
}??

JarLauncher被構(gòu)造的時候會調(diào)用父類ExecutableArchiveLauncher的構(gòu)造方法。

ExecutableArchiveLauncher的構(gòu)造方法內(nèi)部會去構(gòu)造Archive，這里構(gòu)造了JarFileArchive。構(gòu)造JarFileArchive的過程中還會構(gòu)造很多東西，比如JarFile，Entry …

JarLauncher的launch方法：
protected?void?launch(String[]?args)?{
??try?{
????//?在系統(tǒng)屬性中設(shè)置注冊了自定義的URL處理器：org.springframework.boot.loader.jar.Handler。如果URL中沒有指定處理器，會去系統(tǒng)屬性中查詢
????JarFile.registerUrlProtocolHandler();
????//?getClassPathArchives方法在會去找lib目錄下對應(yīng)的第三方依賴JarFileArchive，同時也會項目自身的JarFileArchive
????//?根據(jù)getClassPathArchives得到的JarFileArchive集合去創(chuàng)建類加載器ClassLoader。這里會構(gòu)造一個LaunchedURLClassLoader類加載器，這個類加載器繼承URLClassLoader，并使用這些JarFileArchive集合的URL構(gòu)造成URLClassPath
????//?LaunchedURLClassLoader類加載器的父類加載器是當(dāng)前執(zhí)行類JarLauncher的類加載器
????ClassLoader?classLoader?=?createClassLoader(getClassPathArchives());
????//?getMainClass方法會去項目自身的Archive中的Manifest中找出key為Start-Class的類
????//?調(diào)用重載方法launch
????launch(args,?getMainClass(),?classLoader);
??}
??catch?(Exception?ex)?{
????ex.printStackTrace();
????System.exit(1);
??}
}

//?Archive的getMainClass方法
//?這里會找出spring.study.executablejar.ExecutableJarApplication這個類
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重載方法
protected?void?launch(String[]?args,?String?mainClass,?ClassLoader?classLoader)
????throws?Exception?{
??????//?創(chuàng)建一個MainMethodRunner，并把args和Start-Class傳遞給它
??Runnable?runner?=?createMainMethodRunner(mainClass,?args,?classLoader);
??????//?構(gòu)造新線程
??Thread?runnerThread?=?new?Thread(runner);
??????//?線程設(shè)置類加載器以及名字，然后啟動
??runnerThread.setContextClassLoader(classLoader);
??runnerThread.setName(Thread.currentThread().getName());
??runnerThread.start();
}

MainMethodRunner的run方法：

@Override
public?void?run()?{
??try?{
????//?根據(jù)Start-Class進(jìn)行實例化
????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，拋出異常
????if?(mainMethod?==?null)?{
??????throw?new?IllegalStateException(
??????????this.mainClassName?+?"?does?not?have?a?main?method");
????}
????//?調(diào)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方法調(diào)用之后，內(nèi)部會構(gòu)造Spring容器，啟動內(nèi)置Servlet容器等過程。這些過程我們都已經(jīng)分析過了。

關(guān)于自定義的類加載器LaunchedURLClassLoader

LaunchedURLClassLoader重寫了loadClass方法，也就是說它修改了默認(rèn)的類加載方式(先看該類是否已加載這部分不變，后面真正去加載類的規(guī)則改變了，不再是直接從父類加載器中去加載)。LaunchedURLClassLoader定義了自己的類加載規(guī)則：

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);
}

加載規(guī)則：

• 如果根類加載器存在，調(diào)用它的加載方法。這里是根類加載是ExtClassLoader
• 調(diào)用LaunchedURLClassLoader自身的findClass方法，也就是URLClassLoader的findClass方法
• 調(diào)用父類的loadClass方法，也就是執(zhí)行默認(rèn)的類加載順序(從BootstrapClassLoader開始從下往下尋找)

LaunchedURLClassLoader自身的findClass方法：

protected?Class?findClass(final?String?name)
?????throws?ClassNotFoundException
{
????try?{
????????return?AccessController.doPrivileged(
????????????new?PrivilegedExceptionAction>()?{
????????????????public?Class?run()?throws?ClassNotFoundException?{
????????????????????//?把類名解析成路徑并加上.class后綴
????????????????????String?path?=?name.replace('.',?'/').concat(".class");
????????????????????//?基于之前得到的第三方j(luò)ar包依賴以及自己的jar包得到URL數(shù)組，進(jìn)行遍歷找出對應(yīng)類名的資源
????????????????????//?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
????????????????????//?那么找出的資源對應(yīng)的URL為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)?{?//?找到了資源
????????????????????????try?{
????????????????????????????return?defineClass(name,?res);
????????????????????????}?catch?(IOException?e)?{
????????????????????????????throw?new?ClassNotFoundException(name,?e);
????????????????????????}
????????????????????}?else?{?//?找不到資源的話直接拋出ClassNotFoundException異常
????????????????????????throw?new?ClassNotFoundException(name);
????????????????????}
????????????????}
????????????},?acc);
????}?catch?(java.security.PrivilegedActionException?pae)?{
????????throw?(ClassNotFoundException)?pae.getException();
????}
}

下面是LaunchedURLClassLoader的一個測試：

//?注冊org.springframework.boot.loader.jar.Handler?URL協(xié)議處理器
JarFile.registerUrlProtocolHandler();
//?構(gòu)造LaunchedURLClassLoader類加載器，這里使用了2個URL，分別對應(yīng)jar包中依賴包spring-boot-loader和spring-boot，使用?"!/"?分開，需要org.springframework.boot.loader.jar.Handler處理器處理
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());

//?加載類
//?這2個類都會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");
//?在第三步使用默認(rèn)的加載順序在ApplicationClassLoader中被找出
classLoader.loadClass("org.springframework.boot.autoconfigure.web.DispatcherServletAutoConfiguration");

Spring Boot Loader的作用

SpringBoot在可執(zhí)行jar包中定義了自己的一套規(guī)則，比如第三方依賴jar包在/lib目錄下，jar包的URL路徑使用自定義的規(guī)則并且這個規(guī)則需要使用org.springframework.boot.loader.jar.Handler處理器處理。它的Main-Class使用JarLauncher，如果是war包，使用WarLauncher執(zhí)行。這些Launcher內(nèi)部都會另起一個線程啟動自定義的SpringApplication類。

這些特性通過spring-boot-maven-plugin插件打包完成。

（完）
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