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SpringBoot应用jar包启动原理详解
来源：脚本之家    时间：2022-03-31 16:56:09
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1、maven打包2、Jar包目录结构3、可执行Jar（JarLauncher）4、WarLauncher5、总结

1、maven打包

Spring Boot项目的pom.xml文件中默认使用spring-boot-maven-plugin插件进行打包：


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

在执行完maven clean package之后，会生成来个jar相关文件：

test-0.0.1-SNAPSHOT.jartest-0.0.1-SNAPSHOT.jar.original

2、Jar包目录结构

以笔者的test-0.0.1-SNAPSHOT.jar为例，来看一下jar的目录结构，其中都包含哪些目录和文件？

可以概述为：

spring-boot-learn-0.0.1-SNAPSHOT
├── META-INF
│ └── MANIFEST.MF
├── BOOT-INF
│ ├── classes
│ │ └── 应用程序
│ └── lib
│ └── 第三方依赖jar
└── org
└── springframework
└── boot
└── loader
└── springboot启动程序

其中主要包括三大目录：META-INF、BOOT-INF、org。

1）META-INF内容

META-INF记录了相关jar包的基础信息，包括：入口程序。具体内容如下：

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启动的Main函数；Start-Class是com.saint.StartApplication，即我们自己SpringBoot项目的启动类；也是下文提到的项目的引导类。

2）BOOT-INF内容

BOOT-INF/classes目录：存放应用编译后的class文件源码；BOOT-INF/lib目录：存放应用依赖的所有三方jar包文件；

3）org内容

org目录下存放着所有SpringBoot相关的class文件，比如：JarLauncher、LaunchedURLClassLoader。

3、可执行Jar（JarLauncher）

从jar包内META-INF/MANIFEST.MF文件中的Main-Class属性值为org.springframework.boot.loader.JarLauncher，可以看出main函数是JarLauncher，即：SpringBoot应用中的Main-class属性指向的class为org.springframework.boot.loader.JarLauncher。

其实吧，主要是 Java官方文档规定：java -jar命令引导的具体启动类必须配置在MANIFEST.MF资源的Main-class属性中；又根据“JAR文件规范”，MANIFEST.MF资源必须存放在/META-INF/目录下。所以main函数才是JarLauncher。

JarLauncher类继承图如下：

从JarLauncher的类注释我们看出JarLauncher的作用：

加载内部/BOOT-INF/lib下的所有三方依赖jar；加载内部/BOOT-INF/classes下的所有应用class；

1）JarLauncher的运行步骤？

在解压jar包后的根目录下运行 java org.springframework.boot.loader.JarLauncher。项目引导类（META-INF/MANIFEST.MF文件中的Start-Class属性）被JarLauncher加载并执行。如果直接运行Start-Class（示例的StartApplication）类，会报错ClassNotFoundException。Spring Boot依赖的JAR文件均存放在BOOT-INF/lib目录下。JarLauncher会将这些JAR文件作为Start-Class的类库依赖。

这也是为什么JarLauncher能够引导，而直接运行Start-Class却不行。

2）JarLauncher实现原理？

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并调用父类Launcher中的launch()方法启动程序；

BOOT_INF_CLASSES、BOOT_INF_LIB变量对应BOOT-INF/classes和lib路径；isNestedArchive(Archinve.Entry entry)方法用于判断FAT JAR资源的相对路径是否为nestedArchive嵌套文档。进而决定这些FAT JAR是否会被launch。 当方法返回false时，说明FAT JAR被解压至文件目录。

1> Archive的概念

archive即归档文件，这个概念在linux下比较常见；通常就是一个tar/zip格式的压缩包；而jar正是zip格式的。

SpringBoot抽象了Archive的概念，一个Archive可以是jar（JarFileArchive），也可以是文件目录（ExplodedArchive）；这样也就统一了访问资源的逻辑层；

public interface Archive extends Iterable, AutoCloseable {
    ....
}

Archive继承自Archive.Entry，Archive.Entry有两种实现：

JarFileArchive.JarFileEntry--> 基于java.util.jar.JarEntry实现，表示FAT JAR嵌入资源。

ExplodedArchive.FileEntry--> 基于文件系统实现；

两者的主要差别是ExplodedArchive相比于JarFileArchive多了一个获取文件的getFile()方法；

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

也就是说一个在jar包环境下寻找资源，一个在文件夹目录下寻找资源；

所以从实现层面证明了JarLauncher支持JAR和文件系统两种启动方式。

当执行java -jar命令时，将调用/META-INF /MANIFEST.MF文件的Main-Class属性的main()方法，实际上调用的是JarLauncher#launch(args)方法；

3） Launcher#launch(args)方法

protected void launch(String[] args) throws Exception {
    if (!isExploded()) {
        // phase1：注册jar URL处理器
        JarFile.registerUrlProtocolHandler();
    }
    // phase2：创建ClassLoader
    ClassLoader classLoader = createClassLoader(getClassPathArchivesIterator());
    String jarMode = System.getProperty("jarmode");
    String launchClass = (jarMode != null && !jarMode.isEmpty()) ? JAR_MODE_LAUNCHER : getMainClass();
    // phase3：调用实际的引导类launch
    launch(args, launchClass, classLoader);
}

launch()方法分三步：

注册jar URL处理器；为所有的Archive创建可以加载jar in jar目录的ClassLoader；调用实际的引导类（Start-Class）；

1> phase1 注册jar URL处理器

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));
    // 重置缓存的UrlHandlers;
    resetCachedUrlHandlers();
}

private static void resetCachedUrlHandlers() {
    try {
        // 由URL类实现：通过URL.setURLStreamHandlerFactory()获得URLStreamHandler。
        URL.setURLStreamHandlerFactory(null);
    }
    catch (Error ex) {
        // Ignore
    }
}

JarFile#resetCachedUrlHandlers()方法利用java.net.URLStreamHandler扩展机制，实现由URL#getURLStreamHandler(String)提供。

URL#getURLStreamHandler(String protocol)方法：

首先，URL的关联协议（Protocol）对应一种URLStreamHandler实现类。

JDK内建了一些协议的实现，这些实现均存放在sun.net.www.protocol包下，并且类名必须为Handler，其类全名模式为sun.net.www.protocol.${protocol}.Handler（包名前缀.协议名.Handler），其中${protocol}表示协议名。

如果需要扩展，则必须继承URLStreamHandler类，通过配置Java系统属性java.protocol.handler.pkgs，追加URLStreamHandler实现类的package，多个package以“|”分割。

所以对于SpringBoot的JarFile，registerURLProtocolHandler()方法将package org.springframework.boot.loader追加到java系统属性java.protocol.handler.pkgs中。

也就是说，org.springframework.boot.loader包下存在协议对应的Handler类，即org.springframework.boot.loader.jar.Handler；并且按照类名模式，其实现协议为JAR。

另外：在URL#getURLStreamHandler()方法中，处理器先读取Java系统属性java.protocol.handler.pkgs，无论其是否存在，继续读取sun.net.www.protocol包；所以JDK内建URLStreamHandler实现是兜底的。

为什么SpringBoot要选择覆盖URLStreamHandler？

Spring BOOT FAT JAR除包含传统Java Jar资源之外，还包含依赖的JAR文件；即存在jar in jar的情况；默认情况下，JDK提供的ClassLoader只能识别jar中的class文件以及加载classpath下的其他jar包中的class文件，对于jar in jar的包无法加载；当SpringBoot FAT JAR被java -jar命令引导时，其内部的JAR文件无法被内嵌实现sun.net.www.protocol.jar.Handler当做class Path，故需要定义了一套URLStreamHandler实现类和JarURLConnection实现类，用来加载jar in jar包的class类文件；

2> phase2 创建可以加载jar in jar目录的ClassLoader

获取所有的Archive，然后针对每个Archive分别创建ClassLoader；

ClassLoader classLoader = createClassLoader(getClassPathArchivesIterator());

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

/**
 * 针对每个Archive分别创建ClassLoader
 */
protected ClassLoader createClassLoader(List archives) throws Exception {
    List urls = new ArrayList<>(archives.size());
    for (Archive archive : archives) {
        urls.add(archive.getUrl());
    }
    return createClassLoader(urls.toArray(new URL[0]));
}

3> phase3 调用实际的引导类（Start-Class）

// case1： 通过ExecutableArchiveLauncher#getMainClass()获取MainClass
String launchClass = (jarMode != null && !jarMode.isEmpty()) ? JAR_MODE_LAUNCHER : getMainClass();
// 2、运行实际的引导类
launch(args, launchClass, classLoader);

对于phase3，大致可以分为两步：

首先通过ExecutableArchiveLauncher#getMainClass()获取mainClass（即：/META-INF/MANIFEST.MF资源中的Start-Class属性）；利用反射获取mainClass类中的main(Stirng[])方法并调用；

<1> 获取mainClass：

Start-Class属性来自/META_INF/MANIFEST.MF资源中。Launcher的子类JarLauncher或WarLauncher没有实现getMainClass()方法。所以无论是Jar还是War，读取的SpringBoot启动类均来自此属性。

<2> 执行mainClass的main()方法：

获取mainClass之后，MainMethodRunner#run()方法利用反射获取mainClass类中的main(Stirng[])方法并调用。

运行JarLauncher实际上是在同进程、同线程内调用Start-Class类的main(Stirng[])方法，并且在调用前准备好Class Path。

4、WarLauncher

WarLauncher是可执行WAR的启动器。

WarLauncher与JarLauncher的差异很小，主要区别在于项目文件和JAR Class Path路径的不同。

相比于FAT Jar的目录，WAR增加了WEB-INF/lib-provided，并且该目录仅存放provided的JAR文件。传统的Servlet应用的Class Path路径仅关注WEB-INF/classes/和WEB-INF/lib/目录，因此WEB-INF/lib-provided/中的JAR将被Servlet忽略。

好处：打包后的WAR文件能够在Servlet容器中兼容运行。

所以JarLauncher和WarLauncher并无本质区别。

5、总结

Spring Boot应用Jar/War的启动流程：

Spring Boot应用打包之后，生成一个Fat jar，包含了应用依赖的所有三方jar包和SpringBoot Loader相关的类。

Fat jar的启动Main函数是JarLauncher，它负责创建一个LaunchedURLClassLoader来加载BOOT-INF/classes目录以及/BOOT-INF/lib下面的jar，并利用反射获取mainClass类中的main(Stirng[])方法并调用。即：运行JarLauncher实际上是在同进程、同线程内调用Start-Class类的main(Stirng[])方法，并且在调用前准备好Class Path。

其他点：

SpringBoot通过扩展JarFile、JarURLConnection及URLStreamHandler，实现了jar in jar中资源的加载。

SpringBoot通过扩展URLClassLoader --> LauncherURLClassLoader，实现了jar in jar中class文件的加载。

WarLauncher相比JarLauncher只是多加载WEB-INF/lib-provided目录下的jar文件。

到此这篇关于SpringBoot应用jar包启动原理详解的文章就介绍到这了,更多相关SpringBoot jar包启动内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

关键词： 系统属性 文件目录 启动程序 也就是说 文件系统

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