Spring Boot中jar可执行的原理是什么

发布时间：2021-06-14 08:26:12 作者：Leah
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这期内容当中小编将会给大家带来有关Spring Boot中jar可执行的原理是什么，文章内容丰富且以专业的角度为大家分析和叙述，阅读完这篇文章希望大家可以有所收获。

spring-boot-maven-plugin

SpringBoot 的可执行jar包又称fat jar ，是包含所有第三方依赖的 jar 包，jar 包中嵌入了除 java 虚拟机以外的所有依赖，是一个 all-in-one jar 包。普通插件maven-jar-plugin生成的包和spring-boot-maven-plugin生成的包之间的直接区别，是fat jar中主要增加了两部分，第一部分是lib目录，存放的是Maven依赖的jar包文件,第二部分是spring boot loader相关的类。

fat jar 目录结构
├─BOOT-INF
│ ├─classes
│ └─lib
├─META-INF
│ ├─maven
│ ├─app.properties
│ ├─MANIFEST.MF
└─org
    └─springframework
        └─boot
            └─loader
                ├─archive
                ├─data
                ├─jar
                └─util

也就是说想要知道fat jar是如何生成的，就必须知道spring-boot-maven-plugin工作机制，而spring-boot-maven-plugin属于自定义插件，因此我们又必须知道，Maven的自定义插件是如何工作的

Maven的自定义插件

Maven 拥有三套相互独立的生命周期: clean、default 和 site, 而每个生命周期包含一些phase阶段, 阶段是有顺序的, 并且后面的阶段依赖于前面的阶段。生命周期的阶段phase与插件的目标goal相互绑定，用以完成实际的构建任务。

<plugin>
  <groupId>org.springframework.boot</groupId>
  <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
  <executions>
    <execution>
      <goals>
        <goal>repackage</goal>
      </goals>
    </execution>
  </executions>
</plugin>

repackage目标对应的将执行到org.springframework.boot.maven.RepackageMojo#execute，该方法的主要逻辑是调用了org.springframework.boot.maven.RepackageMojo#repackage

private void repackage() throws MojoExecutionException {
   //获取使用maven-jar-plugin生成的jar，最终的命名将加上.orignal后缀
  Artifact source = getSourceArtifact();
  //最终文件，即Fat jar
  File target = getTargetFile();
  //获取重新打包器，将重新打包成可执行jar文件
  Repackager repackager = getRepackager(source.getFile());
  //查找并过滤项目运行时依赖的jar
  Set<Artifact> artifacts = filterDependencies(this.project.getArtifacts(),
     getFilters(getAdditionalFilters()));
  //将artifacts转换成libraries
  Libraries libraries = new ArtifactsLibraries(artifacts, this.requiresUnpack,
     getLog());
  try {
    //提供Spring Boot启动脚本
   LaunchScript launchScript = getLaunchScript();
    //执行重新打包逻辑，生成最后fat jar
   repackager.repackage(target, libraries, launchScript);
  }
  catch (IOException ex) {
   throw new MojoExecutionException(ex.getMessage(), ex);
  }
  //将source更新成 xxx.jar.orignal文件
  updateArtifact(source, target, repackager.getBackupFile());
}

我们关心一下org.springframework.boot.maven.RepackageMojo#getRepackager这个方法，知道Repackager是如何生成的，也就大致能够推测出内在的打包逻辑。

private Repackager getRepackager(File source) {
  Repackager repackager = new Repackager(source, this.layoutFactory);
  repackager.addMainClassTimeoutWarningListener(
     new LoggingMainClassTimeoutWarningListener());
  //设置main class的名称，如果不指定的话则会查找第一个包含main方法的类，repacke最后将会设置org.springframework.boot.loader.JarLauncher
  repackager.setMainClass(this.mainClass);
  if (this.layout != null) {
   getLog().info("Layout: " + this.layout);
    //重点关心下layout 最终返回了 org.springframework.boot.loader.tools.Layouts.Jar
   repackager.setLayout(this.layout.layout());
  }
  return repackager;
}

/**
 * Executable JAR layout.
 */
public static class Jar implements RepackagingLayout {
  @Override
  public String getLauncherClassName() {
   return "org.springframework.boot.loader.JarLauncher";
  }
  @Override
  public String getLibraryDestination(String libraryName, LibraryScope scope) {
   return "BOOT-INF/lib/";
  }
  @Override
  public String getClassesLocation() {
   return "";
  }
  @Override
  public String getRepackagedClassesLocation() {
   return "BOOT-INF/classes/";
  }
  @Override
  public boolean isExecutable() {
   return true;
  }
}

layout我们可以将之翻译为文件布局，或者目录布局，代码一看清晰明了，同时我们需要关注，也是下一个重点关注对象org.springframework.boot.loader.JarLauncher，从名字推断，这很可能是返回可执行jar文件的启动类。

MANIFEST.MF文件内容

Manifest-Version: 1.0
Implementation-Title: oneday-auth-server
Implementation-Version: 1.0.0-SNAPSHOT
Archiver-Version: Plexus Archiver
Built-By: oneday
Implementation-Vendor-Id: com.oneday
Spring-Boot-Version: 2.1.3.RELEASE
Main-Class: org.springframework.boot.loader.JarLauncher
Start-Class: com.oneday.auth.Application
Spring-Boot-Classes: BOOT-INF/classes/
Spring-Boot-Lib: BOOT-INF/lib/
Created-By: Apache Maven 3.3.9
Build-Jdk: 1.8.0_171

repackager生成的MANIFEST.MF文件为以上信息，可以看到两个关键信息Main-Class和Start-Class。我们可以进一步，程序的启动入口并不是我们SpringBoot中定义的main，而是JarLauncher#main，而再在其中利用反射调用定义好的Start-Class的main方法

JarLauncher

重点类介绍

java.util.jar.JarFile JDK工具类提供的读取jar文件
org.springframework.boot.loader.jar.JarFileSpringboot-loader 继承JDK提供JarFile类
java.util.jar.JarEntryDK工具类提供的``jar```文件条目
org.springframework.boot.loader.jar.JarEntry Springboot-loader 继承JDK提供JarEntry类
org.springframework.boot.loader.archive.Archive Springboot抽象出来的统一访问资源的层

JarFileArchivejar包文件的抽象
ExplodedArchive文件目录

这里重点描述一下JarFile的作用，每个JarFileArchive都会对应一个JarFile。在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类。我们可以看一下该类的注释。

/* Extended variant of {@link java.util.jar.JarFile} that behaves in the same way but
* offers the following additional functionality.
* <ul>
* <li>A nested {@link JarFile} can be {@link #getNestedJarFile(ZipEntry) obtained} based
* on any directory entry.</li>
* <li>A nested {@link JarFile} can be {@link #getNestedJarFile(ZipEntry) obtained} for
* embedded JAR files (as long as their entry is not compressed).</li>
**/ </ul>

jar里的资源分隔符是!/，在JDK提供的JarFile URL只支持一个'!/‘，而Spring boot扩展了这个协议，让它支持多个'!/‘，就可以表示jar in jar、jar in directory、fat jar的资源了。

自定义类加载机制

最基础：Bootstrap ClassLoader（加载JDK的/lib目录下的类）
次基础：Extension ClassLoader（加载JDK的/lib/ext目录下的类）
普通：Application ClassLoader（程序自己classpath下的类）

首先需要关注双亲委派机制很重要的一点是，如果一个类可以被委派最基础的ClassLoader加载，就不能让高层的ClassLoader加载，这样是为了范围错误的引入了非JDK下但是类名一样的类。其二，如果在这个机制下，由于fat jar中依赖的各个第三方jar文件，并不在程序自己classpath下，也就是说，如果我们采用双亲委派机制的话，根本获取不到我们所依赖的jar包，因此我们需要修改双亲委派机制的查找class的方法，自定义类加载机制。

先简单的介绍Springboot2中LaunchedURLClassLoader，该类继承了java.net.URLClassLoader,重写了java.lang.ClassLoader#loadClass(java.lang.String, boolean)，然后我们再探讨他是如何修改双亲委派机制。

在上面我们讲到Spring boot支持多个'!/‘以表示多个jar，而我们的问题在于，如何解决查找到这多个jar包。我们看一下LaunchedURLClassLoader的构造方法。

public LaunchedURLClassLoader(URL[] urls, ClassLoader parent) {
  super(urls, parent);
}

urls注释解释道the URLs from which to load classes and resources，即fat jar包依赖的所有类和资源，将该urls参数传递给父类java.net.URLClassLoader，由父类的java.net.URLClassLoader#findClass执行查找类方法，该类的查找来源即构造方法传递进来的urls参数

//LaunchedURLClassLoader的实现
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
   throws ClassNotFoundException {
  Handler.setUseFastConnectionExceptions(true);
  try {
   try {
     //尝试根据类名去定义类所在的包，即java.lang.Package，确保jar in jar里匹配的manifest能够和关联	      //的package关联起来
     definePackageIfNecessary(name);
   }
   catch (IllegalArgumentException ex) {
     // Tolerate race condition due to being parallel capable
     if (getPackage(name) == null) {
      // This should never happen as the IllegalArgumentException indicates
      // that the package has already been defined and, therefore,
      // getPackage(name) should not return null.
       
      //这里异常表明，definePackageIfNecessary方法的作用实际上是预先过滤掉查找不到的包
      throw new AssertionError("Package " + name + " has already been "
         + "defined but it could not be found");
     }
   }
   return super.loadClass(name, resolve);
  }
  finally {
   Handler.setUseFastConnectionExceptions(false);
  }
}

方法super.loadClass(name, resolve)实际上会回到了java.lang.ClassLoader#loadClass(java.lang.String, boolean)，遵循双亲委派机制进行查找类，而Bootstrap ClassLoader和Extension ClassLoader将会查找不到fat jar依赖的类，最终会来到Application ClassLoader，调用java.net.URLClassLoader#findClass

如何真正的启动

Springboot2和Springboot1的最大区别在于，Springboo1会新起一个线程，来执行相应的反射调用逻辑，而SpringBoot2则去掉了构建新的线程这一步。方法是org.springframework.boot.loader.Launcher#launch(java.lang.String[], java.lang.String, java.lang.ClassLoader)反射调用逻辑比较简单，这里就不再分析，比较关键的一点是，在调用main方法之前，将当前线程的上下文类加载器设置成LaunchedURLClassLoader

protected void launch(String[] args, String mainClass, ClassLoader classLoader)
   throws Exception {
  Thread.currentThread().setContextClassLoader(classLoader);
  createMainMethodRunner(mainClass, args, classLoader).run();
}

Demo

public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, MalformedURLException {
    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:/E:/IdeaProjects/oneday-auth/oneday-auth-server/target/oneday-auth-server-1.0.0-SNAPSHOT.jar!/BOOT-INF/lib/spring-boot-loader-1.2.3.RELEASE.jar!/")
            , new URL("jar:file:/E:/IdeaProjects/oneday-auth/oneday-auth-server/target/oneday-auth-server-1.0.0-SNAPSHOT.jar!/BOOT-INF/lib/spring-boot-2.1.3.RELEASE.jar!/")
        },
        Application.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");

//    SpringApplication.run(Application.class, args);
  }

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.springframework.boot/spring-boot-loader -->
    <dependency>
      <groupId>org.springframework.boot</groupId>
      <artifactId>spring-boot-loader</artifactId>
      <version>2.1.3.RELEASE</version>
    </dependency>
    <dependency>
      <groupId>org.springframework.boot</groupId>
      <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
      <version>2.1.3.RELEASE</version>

    </dependency>

上述就是小编为大家分享的Spring Boot中jar可执行的原理是什么了，如果刚好有类似的疑惑，不妨参照上述分析进行理解。如果想知道更多相关知识，欢迎关注亿速云行业资讯频道。

Spring Boot中jar可执行的原理是什么

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