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能獨立運行的jar文件
在開發springboot應用時，通過java -jar命令啟動應用是常用的方式，今天就來一起了解這個簡單操作背後的技術；
開發demo
開發一個springboot應用作為本次研究的對象，對應的版本信息如下：
- JDK：1.8.0_211
- springboot：2.3.1.RELEASE
- maven：3.6.0
接下來開發springboot應用，這個應用異常簡單：
- springboot應用名為springbootstarterdemo，pom.xml文件內容：
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
<modelVersion>4.0.0</modelVersion>
<parent>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
<version>2.3.1.RELEASE</version>
<relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
</parent>
<groupId>com.bolingcavalry</groupId>
<artifactId>springbootstarterdemo</artifactId>
<version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
<name>springbootstarterdemo</name>
<description>Demo project for Spring Boot</description>
<properties>
<java.version>1.8</java.version>
</properties>
<dependencies>
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>
</dependencies>
<build>
<plugins>
<plugin>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
</plugin>
</plugins>
</build>
</project>
- 只有一個java類，裏面有個http接口：
package com.bolingcavalry.springbootstarterdemo;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import java.util.Date;
@SpringBootApplication
@RestController
public class SpringbootstarterdemoApplication {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(SpringbootstarterdemoApplication.class, args);
}
@RequestMapping(value = "/hello")
public String hello(){
return "hello " + new Date();
}
}
- 編碼完成，在pom.xml所在目錄執行命令
mvn clean package -U -DskipTests
- 構建成功后，在target目錄下得到文件springbootstarterdemo-0.0.1-SNAPSHOT.jar
- 就是這個springbootstarterdemo-0.0.1-SNAPSHOT.jar，此時執行java -jar springbootstarterdemo-0.0.1-SNAPSHOT.jar就能啟動應用，如下圖：
接下來就用這個springbootstarterdemo-0.0.1-SNAPSHOT.jar來分析jar文件能夠獨立啟動的原因；
java -jar做了什麼
- 使用-jar參數時，後面的參數是的jar文件名(本例中是springbootstarterdemo-0.0.1-SNAPSHOT.jar)；
- 該jar文件中包含的是class和資源文件；
- 在manifest文件中有Main-Class的定義；
- Main-Class的源碼中指定了整個應用的啟動類；(in its source code)
- 小結一下：
java -jar會去找jar中的manifest文件，在那裡面找到真正的啟動類；
探查springbootstarterdemo-0.0.1-SNAPSHOT.jar
-
springbootstarterdemo-0.0.1-SNAPSHOT.jar是前面的springboot工程的構建結果，是個壓縮包，用常見的壓縮工具就能解壓，我這裏的環境是MacBook Pro，用unzip即可解壓；
-
解壓後有很多內容，我們先關注manifest相關的，下圖紅框中就是manifest文件：
-
打開上圖紅框中的文件，內容如下：
Spring-Boot-Classpath-Index: BOOT-INF/classpath.idx
Implementation-Title: springbootstarterdemo
Implementation-Version: 0.0.1-SNAPSHOT
Start-Class: com.bolingcavalry.springbootstarterdemo.Springbootstarter
demoApplication
Spring-Boot-Classes: BOOT-INF/classes/
Spring-Boot-Lib: BOOT-INF/lib/
Build-Jdk-Spec: 1.8
Spring-Boot-Version: 2.3.1.RELEASE
Created-By: Maven Jar Plugin 3.2.0
Implementation-Vendor: Pivotal Software, Inc.
Main-Class: org.springframework.boot.loader.JarLauncher
- 在上述內容可見Main-Class的值org.springframework.boot.loader.JarLauncher，這個和前面的java官方文檔對應上了，正是這個JarLauncher類的代碼中指定了真正的啟動類；
疑惑出現
- 在MANIFEST.MF文件中有這麼一行內容：
Start-Class: com.bolingcavalry.springbootstarterdemo.Springbootstarter
demoApplication
- 前面的java官方文檔中，只提到過Main-Class ，並沒有提到Start-Class；
- Start-Class的值是SpringbootstarterdemoApplication，這是我們的java代碼中的唯一類，也只真正的應用啟動類；
- 所以問題就來了：理論上看，執行java -jar命令時JarLauncher類會被執行，但實際上是SpringbootstarterdemoApplication被執行了，這其中發生了什麼呢？
猜測
動手之前先猜一下，個人覺得原因應該如下：
- java -jar命令會啟動JarLauncher；
- Start-Class是給JarLauncher用的；
- JarLauncher根據Start-Class找到了SpringbootstarterdemoApplication，然後執行它；
分析JarLauncher
-
先下載SpringBoot源碼，我下載的是2.3.1版本，地址：https://github.com/spring-projects/spring-boot/releases/tag/v2.3.1.RELEASE
-
JarLauncher所在的工程是spring-boot-loader，先弄明白JarLauncher的繼承關係，如下圖，可見JarLauncher繼承自ExecutableArchiveLauncher，而ExecutableArchiveLauncher的父類Launcher位於最頂層，是個抽象類：
-
java -jar執行的是JarLauncher的main方法，如下，會實例化一個JarLauncher對象，然後執行其launch方法，並且將所有入參都帶入：
public static void main(String[] args) throws Exception {
new JarLauncher().launch(args);
}
- 上面的launch方法在父類Launcher中：
protected void launch(String[] args) throws Exception {
// 將jar解壓后運行的方式叫做exploded mode
// 如果是exploded mode，就不能支持通過URL加載jar
// 如果不是exploded mode,就可以通過URL加載jar
if (!isExploded()) {
// 如果允許通過URL加載jar，就在此註冊對應的處理類
JarFile.registerUrlProtocolHandler();
}
// 創建classLoader
ClassLoader classLoader = createClassLoader(getClassPathArchivesIterator());
// jarmode是創建docker鏡像時用到的參數，使用該參數是為了生成帶有多個layer信息的鏡像
// 這裏暫時不關注jarmode
String jarMode = System.getProperty("jarmode");
//如果沒有jarmode參數，launchClass的值就來自getMainClass()返回
String launchClass = (jarMode != null && !jarMode.isEmpty()) ? JAR_MODE_LAUNCHER : getMainClass();
launch(args, launchClass, classLoader);
}
- 可見要重點關注的是getMainClass()方法，在看這個方法之前，我們先去關注一個重要的成員變量archive，是JarLauncher的父類ExecutableArchiveLauncher的archive，如下可見，該變量又來自方法createArchive：
public ExecutableArchiveLauncher() {
try {
this.archive = createArchive();
this.classPathIndex = getClassPathIndex(this.archive);
}
catch (Exception ex) {
throw new IllegalStateException(ex);
}
}
- 方法來自Launcher.createArchive，如下所示，可見成員變量archive實際上是個JarFileArchive對象：
protected final Archive createArchive() throws Exception {
ProtectionDomain protectionDomain = getClass().getProtectionDomain();
CodeSource codeSource = protectionDomain.getCodeSource();
URI location = (codeSource != null) ? codeSource.getLocation().toURI() : null;
String path = (location != null) ? location.getSchemeSpecificPart() : null;
if (path == null) {
throw new IllegalStateException("Unable to determine code source archive");
}
File root = new File(path);
if (!root.exists()) {
throw new IllegalStateException("Unable to determine code source archive from " + root);
}
return (root.isDirectory() ? new ExplodedArchive(root) : new JarFileArchive(root));
}
- 現在回到getMainClass()方法，可見his.archive.getManifest方法返回的是META-INF/MANIFEST.MF文件的內容，然後getValue(START_CLASS_ATTRIBUTE)方法實際上就是從META-INF/MANIFEST.MF中取得了Start-Class的屬性：
@Override
protected String getMainClass() throws Exception {
// 對應的是JarFileArchive.getManifest方法，
// 進去后發現對應的就是JarFile.getManifest方法，
// JarFile.getManifest對應的就是META-INF/MANIFEST.MF文件的內容
Manifest manifest = this.archive.getManifest();
String mainClass = null;
if (manifest != null) {
// 對應的是META-INF/MANIFEST.MF文件中的Start-Class的屬性
mainClass = manifest.getMainAttributes().getValue(START_CLASS_ATTRIBUTE);
}
if (mainClass == null) {
throw new IllegalStateException("No 'Start-Class' manifest entry specified in " + this);
}
return mainClass;
}
- 從上述分析可知：getMainClass()方法返回的是META-INF/MANIFEST.MF中取得了Start-Class的屬性com.bolingcavalry.springbootstarterdemo.SpringbootstarterdemoApplication，再次回到launch方法中，可見最終運行的代碼是launch(args, launchClass, classLoader)，它的launchClass參數就是com.bolingcavalry.springbootstarterdemo.SpringbootstarterdemoApplication：
protected void launch(String[] args) throws Exception {
if (!isExploded()) {
JarFile.registerUrlProtocolHandler();
}
ClassLoader classLoader = createClassLoader(getClassPathArchivesIterator());
String jarMode = System.getProperty("jarmode");
// 這裏的launchClass等於"com.bolingcavalry.springbootstarterdemo.SpringbootstarterdemoApplication"
String launchClass = (jarMode != null && !jarMode.isEmpty()) ? JAR_MODE_LAUNCHER : getMainClass();
// 這裏就是啟動SpringbootstarterdemoApplication的地方
launch(args, launchClass, classLoader);
}
- 展開launch(args, launchClass, classLoader)，最終查到了MainMethodRunner類：
public class MainMethodRunner {
private final String mainClassName;
private final String[] args;
/**
* Create a new {@link MainMethodRunner} instance.
* @param mainClass the main class
* @param args incoming arguments
*/
public MainMethodRunner(String mainClass, String[] args) {
// mainClassName被賦值為"com.bolingcavalry.springbootstarterdemo.SpringbootstarterdemoApplication"
this.mainClassName = mainClass;
this.args = (args != null) ? args.clone() : null;
}
public void run() throws Exception {
// 得到SpringbootstarterdemoApplication的Class對象
Class<?> mainClass = Class.forName(this.mainClassName, false, Thread.currentThread().getContextClassLoader());
// 得到SpringbootstarterdemoApplication的main方法對象
Method mainMethod = mainClass.getDeclaredMethod("main", String[].class);
mainMethod.setAccessible(true);
// 通過反射執行main方法
mainMethod.invoke(null, new Object[] { this.args });
}
}
終於，真相大白了；
小結
最後盡可能簡短做個小結，先看jar是如何產生的，如下圖，maven插件生成的jar文件中，有常見的class、jar，也有符合java規範的MANIFEST.MF文件，並且，還在MANIFEST.MF文件中額外生成了名為Start-Class的配置，這裏面是我們編寫的應用啟動類SpringbootstarterdemoApplication：
啟動類是JarLauncher，它是如何與MANIFEST.MF文件關聯的呢？從下圖可以看出，最終是通過JarFile類的成員變量manifestSupplier關聯上的：
再來看看關鍵代碼的執行情況，如下圖：
至此，SpringBoot的jar獨立運行的基本原理已經清楚，探究的過程中，除了熟悉關鍵代碼流程，還對jar中的文件有了更多了解，如果您正在學習SpringBoot，希望本文能給您一些參考；
官方文檔
-
最後附上SpringBoot官方文檔，可以看到Start-Class描述信息：
-
上述文檔明確提到：Start-Class定義的是實際的啟動類，此時的您應該對一切都瞭然於胸，產生本該如此的感慨；
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