為什麼SpringBoot的jar可以直接執行
SpringBoot提供了一個外掛spring-boot-maven-plugin用於把程式打包成一個可執行的jar包。在pom檔案里加入這個外掛即可：
<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內部的結構如下：
├── 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
然後可以直接執行jar包就能啟動程式了：
java -jar executable-jar-1.0-SNAPSHOT.jar
打包出來fat jar內部有4種檔案型別：
- META-INF資料夾：程式入口，其中MANIFEST.MF用於描述jar包的資訊
- lib目錄：放置第三方依賴的jar包，比如springboot的一些jar包
- spring boot loader相關的程式碼
- 模組自身的程式碼
MANIFEST.MF檔案的內容：
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，當我們使用java -jar執行jar包的時候會呼叫JarLauncher的main方法，而不是我們編寫的SpringApplication。
那麼JarLauncher這個類是的作用是什麼的？
它是SpringBoot內部提供的工具Spring Boot Loader提供的一個用於執行Application類的工具類(fat jar內部有spring loader相關的程式碼就是因為這裡用到了)。相當於Spring Boot Loader提供了一套標準用於執行SpringBoot打包出來的jar
Spring Boot Loader抽象的一些類
抽象類Launcher：各種Launcher的基礎抽象類，用於啟動應用程式；跟Archive配合使用；目前有3種實現，分別是JarLauncher、WarLauncher以及PropertiesLauncher
Archive：歸檔檔案的基礎抽象類。JarFileArchive就是jar包檔案的抽象。它提供了一些方法比如getUrl會返回這個Archive對應的URL；getManifest方法會獲得Manifest資料等。ExplodedArchive是檔案目錄的抽象
JarFile：對jar包的封裝，每個JarFileArchive都會對應一個JarFile。JarFile被構造的時候會解析內部結構，去獲取jar包裡的各個檔案或資料夾，這些檔案或資料夾會被封裝到Entry中，也儲存在JarFileArchive中。如果Entry是個jar，會解析成JarFileArchive。
比如一個JarFileArchive對應的URL為：
jar:file:/Users/format/Develop/gitrepository/springboot-analysis/springboot-executable-jar/target/executable-jar-1.0-SNAPSHOT.jar!/
它對應的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內部的一些依賴jar對應的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包裡面的class檔案，那麼會使 用 !/ 分隔開，這種方式只有org.springframework.boot.loader.jar.Handler能處 理，它是SpringBoot內部擴展出來的一種URL協議。
JarLauncher的執行過程
JarLauncher的main方法：
public static void main(String[] args) {
// 構造JarLauncher，然後呼叫它的launch方法。引數是控制檯傳遞的
new JarLauncher().launch(args);
}
JarLauncher被構造的時候會呼叫父類ExecutableArchiveLauncher的構造方法。
ExecutableArchiveLauncher的構造方法內部會去構造Archive，這裡構造了JarFileArchive。構造JarFileArchive的過程中還會構造很多東西，比如JarFile，Entry …
JarLauncher的launch方法：
protected void launch(String[] args) {
try {
// 在系統屬性中設定註冊了自定義的URL處理器：org.springframework.boot.loader.jar.Handler。如果URL中沒有指定處理器，會去系統屬性中查詢
JarFile.registerUrlProtocolHandler();
// getClassPathArchives方法在會去找lib目錄下對應的第三方依賴JarFileArchive，同時也會專案自身的JarFileArchive
// 根據getClassPathArchives得到的JarFileArchive集合去建立類載入器ClassLoader。這裡會構造一個LaunchedURLClassLoader類載入器，這個類載入器繼承URLClassLoader，並使用這些JarFileArchive集合的URL構造成URLClassPath
// LaunchedURLClassLoader類載入器的父類載入器是當前執行類JarLauncher的類載入器
ClassLoader classLoader = createClassLoader(getClassPathArchives());
// getMainClass方法會去專案自身的Archive中的Manifest中找出key為Start-Class的類
// 呼叫過載方法launch
launch(args,getMainClass(),classLoader);
}
catch (Exception ex) {
ex.printStackTrace();
System.exit(1);
}
}
// Archive的getMainClass方法
// 這裡會找出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過載方法
protected void launch(String[] args,String mainClass,ClassLoader classLoader)
throws Exception {
// 建立一個MainMethodRunner，並把args和Start-Class傳遞給它
Runnable runner = createMainMethodRunner(mainClass,args,classLoader);
// 構造新執行緒
Thread runnerThread = new Thread(runner);
// 執行緒設定類載入器以及名字，然後啟動
runnerThread.setContextClassLoader(classLoader);
runnerThread.setName(Thread.currentThread().getName());
runnerThread.start();
}
MainMethodRunner的run方法：
@Override
public void run() {
try {
// 根據Start-Class進行例項化
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，丟擲異常
if (mainMethod == null) {
throw new IllegalStateException(
this.mainClassName + " does not have a main method");
}
// 呼叫
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方法呼叫之後，內部會構造Spring容器，啟動內建Servlet容器等過程。這些過程我們都已經分析過了。
關於自定義的類載入器LaunchedURLClassLoader
LaunchedURLClassLoader重寫了loadClass方法，也就是說它修改了預設的類載入方式(先看該類是否已載入這部分不變，後面真正去載入類的規則改變了，不再是直接從父類載入器中去載入)。LaunchedURLClassLoader定義了自己的類載入規則：
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);
}
載入規則：
- 如果根類載入器存在，呼叫它的載入方法。這裡是根類載入是ExtClassLoader
- 呼叫LaunchedURLClassLoader自身的findClass方法，也就是URLClassLoader的findClass方法
- 呼叫父類的loadClass方法，也就是執行預設的類載入順序(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<Class<?>>() {
public Class<?> run() throws ClassNotFoundException {
// 把類名解析成路徑並加上.class字尾
String path = name.replace('.','/').concat(".class");
// 基於之前得到的第三方jar包依賴以及自己的jar包得到URL陣列，進行遍歷找出對應類名的資源
// 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
// 那麼找出的資源對應的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丟擲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：
// 註冊org.springframework.boot.loader.jar.Handler URL協議處理器
JarFile.registerUrlProtocolHandler();
// 構造LaunchedURLClassLoader類載入器，這裡使用了2個URL，分別對應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());
// 載入類
// 這2個類都會在第二步本地查詢中被找出(URLClassLoader的findClass方法)
classLoader.loadClass("org.springframework.boot.loader.JarLauncher");
classLoader.loadClass("org.springframework.boot.SpringApplication");
// 在第三步使用預設的載入順序在ApplicationClassLoader中被找出
classLoader.loadClass("org.springframework.boot.autoconfigure.web.DispatcherServletAutoConfiguration");
Spring Boot Loader的作用
SpringBoot在可執行jar包中定義了自己的一套規則，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則並且這個規則需要使用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執行。這些Launcher內部都會另起一個執行緒啟動自定義的SpringApplication類。
這些特性通過spring-boot-maven-plugin外掛打包完成。
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