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为什么SpringBoot的jar可以直接运行

程序员文章站 2022-06-15 14:39:32
springboot提供了一个插件spring-boot-maven-plugin用于把程序打包成一个可执行的jar包。在pom文件里加入这个插件即可:

springboot提供了一个插件spring-boot-maven-plugin用于把程序打包成一个可执行的jar包。在pom文件里加入这个插件即可:

<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内部的结构如下:

├── 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

然后可以直接执行jar包就能启动程序了:

java -jar executable-jar-1.0-snapshot.jar

打包出来fat jar内部有4种文件类型:

  • meta-inf文件夹:程序入口,其中manifest.mf用于描述jar包的信息
  • lib目录:放置第三方依赖的jar包,比如springboot的一些jar包
  • spring boot loader相关的代码
  • 模块自身的代码

manifest.mf文件的内容:

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

我们看到,它的main-class是org.springframework.boot.loader.jarlauncher,当我们使用java -jar执行jar包的时候会调用jarlauncher的main方法,而不是我们编写的springapplication。

那么jarlauncher这个类是的作用是什么的?

它是springboot内部提供的工具spring boot loader提供的一个用于执行application类的工具类(fat jar内部有spring loader相关的代码就是因为这里用到了)。相当于spring boot loader提供了一套标准用于执行springboot打包出来的jar

spring boot loader抽象的一些类

抽象类launcher:各种launcher的基础抽象类,用于启动应用程序;跟archive配合使用;目前有3种实现,分别是jarlauncher、warlauncher以及propertieslauncher

archive:归档文件的基础抽象类。jarfilearchive就是jar包文件的抽象。它提供了一些方法比如geturl会返回这个archive对应的url;getmanifest方法会获得manifest数据等。explodedarchive是文件目录的抽象

jarfile:对jar包的封装,每个jarfilearchive都会对应一个jarfile。jarfile被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,这些文件或文件夹会被封装到entry中,也存储在jarfilearchive中。如果entry是个jar,会解析成jarfilearchive。

比如一个jarfilearchive对应的url为:

jar:file:/users/format/develop/gitrepository/springboot-analysis/springboot-executable-jar/target/executable-jar-1.0-snapshot.jar!/

它对应的jarfile为:

/users/format/develop/gitrepository/springboot-analysis/springboot-executable-jar/target/executable-jar-1.0-snapshot.jar

这个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内部的一些依赖jar对应的url(springboot使用org.springframework.boot.loader.jar.handler处理器来处理这些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

我们看到如果有jar包中包含jar,或者jar包中包含jar包里面的class文件,那么会使 用 !/ 分隔开,这种方式只有org.springframework.boot.loader.jar.handler能处 理,它是springboot内部扩展出来的一种url协议。

jarlauncher的执行过程

jarlauncher的main方法:

public static void main(string[] args) {
  // 构造jarlauncher,然后调用它的launch方法。参数是控制台传递的
  new jarlauncher().launch(args);
} 

jarlauncher被构造的时候会调用父类executablearchivelauncher的构造方法。

executablearchivelauncher的构造方法内部会去构造archive,这里构造了jarfilearchive。构造jarfilearchive的过程中还会构造很多东西,比如jarfile,entry …

jarlauncher的launch方法:

protected void launch(string[] args) {
 try {
  // 在系统属性中设置注册了自定义的url处理器:org.springframework.boot.loader.jar.handler。如果url中没有指定处理器,会去系统属性中查询
  jarfile.registerurlprotocolhandler();
  // getclasspatharchives方法在会去找lib目录下对应的第三方依赖jarfilearchive,同时也会项目自身的jarfilearchive
  // 根据getclasspatharchives得到的jarfilearchive集合去创建类加载器classloader。这里会构造一个launchedurlclassloader类加载器,这个类加载器继承urlclassloader,并使用这些jarfilearchive集合的url构造成urlclasspath
  // launchedurlclassloader类加载器的父类加载器是当前执行类jarlauncher的类加载器
  classloader classloader = createclassloader(getclasspatharchives());
  // getmainclass方法会去项目自身的archive中的manifest中找出key为start-class的类
  // 调用重载方法launch
  launch(args, getmainclass(), classloader);
 }
 catch (exception ex) {
  ex.printstacktrace();
  system.exit(1);
 }
}
 
// archive的getmainclass方法
// 这里会找出spring.study.executablejar.executablejarapplication这个类
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重载方法
protected void launch(string[] args, string mainclass, classloader classloader)
  throws exception {
   // 创建一个mainmethodrunner,并把args和start-class传递给它
 runnable runner = createmainmethodrunner(mainclass, args, classloader);
   // 构造新线程
 thread runnerthread = new thread(runner);
   // 线程设置类加载器以及名字,然后启动
 runnerthread.setcontextclassloader(classloader);
 runnerthread.setname(thread.currentthread().getname());
 runnerthread.start();
}

mainmethodrunner的run方法:

@override
public void run() {
 try {
  // 根据start-class进行实例化
  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,抛出异常
  if (mainmethod == null) {
   throw new illegalstateexception(
     this.mainclassname + " does not have a main method");
  }
  // 调用
  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方法调用之后,内部会构造spring容器,启动内置servlet容器等过程。这些过程我们都已经分析过了。

关于自定义的类加载器launchedurlclassloader

launchedurlclassloader重写了loadclass方法,也就是说它修改了默认的类加载方式(先看该类是否已加载这部分不变,后面真正去加载类的规则改变了,不再是直接从父类加载器中去加载)。launchedurlclassloader定义了自己的类加载规则:

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);
}

加载规则:

  • 如果根类加载器存在,调用它的加载方法。这里是根类加载是extclassloader
  • 调用launchedurlclassloader自身的findclass方法,也就是urlclassloader的findclass方法
  • 调用父类的loadclass方法,也就是执行默认的类加载顺序(从bootstrapclassloader开始从下往下寻找)

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 {
          // 把类名解析成路径并加上.class后缀
          string path = name.replace('.', '/').concat(".class");
          // 基于之前得到的第三方jar包依赖以及自己的jar包得到url数组,进行遍历找出对应类名的资源
          // 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
          // 那么找出的资源对应的url为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) { // 找到了资源
            try {
              return defineclass(name, res);
            } catch (ioexception e) {
              throw new classnotfoundexception(name, e);
            }
          } else { // 找不到资源的话直接抛出classnotfoundexception异常
            throw new classnotfoundexception(name);
          }
        }
      }, acc);
  } catch (java.security.privilegedactionexception pae) {
    throw (classnotfoundexception) pae.getexception();
  }
}

下面是launchedurlclassloader的一个测试:

// 注册org.springframework.boot.loader.jar.handler url协议处理器
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:/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");

spring boot loader的作用

springboot在可执行jar包中定义了自己的一套规则,比如第三方依赖jar包在/lib目录下,jar包的url路径使用自定义的规则并且这个规则需要使用org.springframework.boot.loader.jar.handler处理器处理。它的main-class使用jarlauncher,如果是war包,使用warlauncher执行。这些launcher内部都会另起一个线程启动自定义的springapplication类。

这些特性通过spring-boot-maven-plugin插件打包完成。

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