springboot的jar为何能独立运行
2020-06-26 18:46
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### 能独立运行的jar文件
在开发springboot应用时,通过java -jar命令启动应用是常用的方式,今天就来一起了解这个简单操作背后的技术;
### 开发demo
开发一个springboot应用作为本次研究的对象,对应的版本信息如下:
- JDK:1.8.0_211
- springboot:2.3.1.RELEASE
- maven:3.6.0
接下来开发springboot应用,这个应用异常简单:
1. springboot应用名为springbootstarterdemo,pom.xml文件内容:
```xml
```
2. 只有一个java类,里面有个http接口:
```java
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();
}
}
```
3. 编码完成,在pom.xml所在目录执行命令
```shell
mvn clean package -U -DskipTests
```
4. 构建成功后,在target目录下得到文件springbootstarterdemo-0.0.1-SNAPSHOT.jar
5. 就是这个springbootstarterdemo-0.0.1-SNAPSHOT.jar,此时执行java -jar springbootstarterdemo-0.0.1-SNAPSHOT.jar就能启动应用,如下图:
![](https://img2020.cnblogs.com/blog/485422/202006/485422-20200626181407003-1618467172.png)
接下来就用这个springbootstarterdemo-0.0.1-SNAPSHOT.jar来分析jar文件能够独立启动的原因;
### java -jar做了什么
- 先要弄清楚java -jar命令做了什么,在[oracle官网](https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/java.html)找到了该命令的描述:
If the -jar option is specified, its argument is the name of the JAR file containing class and resource files for the application. The startup class must be indicated by the Main-Class manifest header in its source code.
- 再次秀出我蹩脚的英文翻译:
1. 使用-jar参数时,后面的参数是的jar文件名(本例中是springbootstarterdemo-0.0.1-SNAPSHOT.jar);
2. 该jar文件中包含的是class和资源文件;
3. 在manifest文件中有Main-Class的定义;
4. Main-Class的源码中指定了整个应用的启动类;(in its source code)
- 小结一下:
java -jar会去找jar中的manifest文件,在那里面找到真正的启动类;
### 探查springbootstarterdemo-0.0.1-SNAPSHOT.jar
1. springbootstarterdemo-0.0.1-SNAPSHOT.jar是前面的springboot工程的构建结果,是个压缩包,用常见的压缩工具就能解压,我这里的环境是MacBook Pro,用unzip即可解压;
2. 解压后有很多内容,我们先关注manifest相关的,下图红框中就是manifest文件:
![](https://img2020.cnblogs.com/blog/485422/202006/485422-20200626181454501-1862912537.png)
3. 打开上图红框中的文件,内容如下:
```properties
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
```
4. 在上述内容可见Main-Class的值org.springframework.boot.loader.JarLauncher,这个和前面的java官方文档对应上了,正是这个JarLauncher类的代码中指定了真正的启动类;
### 疑惑出现
1. 在MANIFEST.MF文件中有这么一行内容:
```properties
Start-Class: com.bolingcavalry.springbootstarterdemo.Springbootstarter
demoApplication
```
2. 前面的java官方文档中,只提到过Main-Class ,并没有提到Start-Class;
3. Start-Class的值是SpringbootstarterdemoApplication,这是我们的java代码中的唯一类,也只真正的应用启动类;
4. 所以问题就来了:理论上看,执行java -jar命令时JarLauncher类会被执行,但实际上是SpringbootstarterdemoApplication被执行了,这其中发生了什么呢?
### 猜测
动手之前先猜一下,个人觉得原因应该如下:
1. java -jar命令会启动JarLauncher;
2. Start-Class是给JarLauncher用的;
3. JarLauncher根据Start-Class找到了SpringbootstarterdemoApplication,然后执行它;
### 分析JarLauncher
1. 先下载SpringBoot源码,我下载的是2.3.1版本,地址:https://github.com/spring-projects/spring-boot/releases/tag/v2.3.1.RELEASE
2. JarLauncher所在的工程是spring-boot-loader,先弄明白JarLauncher的继承关系,如下图,可见JarLauncher继承自ExecutableArchiveLauncher,而ExecutableArchiveLauncher的父类Launcher位于最顶层,是个抽象类:
![](https://img2020.cnblogs.com/blog/485422/202006/485422-20200626183744644-758262047.png)
3. java -jar执行的是JarLauncher的main方法,如下,会实例化一个JarLauncher对象,然后执行其launch方法,并且将所有入参都带入:
```java
public static void main(String[] args) throws Exception {
new JarLauncher().launch(args);
}
```
4. 上面的launch方法在父类Launcher中:
```java
protected void launch(String[] args) throws Exception {
// 将jar解压后运行的方式叫做exploded mode
// 如果是exploded mode,就不能支持通过URL加载jar
// 如果不是exploded mode,就可以通过URL加载jar
if (!isExploded()) {
// 如果允许通过URL加载jar,就在此注册对应的处理类
JarFile.registerUrlProtocolHandler();
}
// 创建classLoader
ClassLoader classLoader = createClassLoader(getClassPathArchivesIterator());
// jarmode是创建docker镜像时用到的参数,使用该参数是为了生成带有多个layer信息的镜像
// 这里暂时不关注jarmode
String jarMode = System.getProperty("jarmode");
//如果没有jarmode参数,launchClass的值就来自getMainClass()返回
String launchClass = (jarMode != null && !jarMode.isEmpty()) ? JAR_MODE_LAUNCHER : getMainClass();
launch(args, launchClass, classLoader);
}
```
5. 可见要重点关注的是getMainClass()方法,在看这个方法之前,我们先去关注一个重要的成员变量archive,是JarLauncher的父类ExecutableArchiveLauncher的archive,如下可见,该变量又来自方法createArchive:
```java
public ExecutableArchiveLauncher() {
try {
this.archive = createArchive();
this.classPathIndex = getClassPathIndex(this.archive);
}
catch (Exception ex) {
throw new IllegalStateException(ex);
}
}
```
6. 方法来自Launcher.createArchive,如下所示,可见成员变量archive实际上是个JarFileArchive对象:
```java
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));
}
```
7. 现在回到getMainClass()方法,可见his.archive.getManifest方法返回的是META-INF/MANIFEST.MF文件的内容,然后getValue(START_CLASS_ATTRIBUTE)方法实际上就是从META-INF/MANIFEST.MF中取得了Start-Class的属性:
```java
@Override
protected String getMainClass() throws Exception {
// 对应的是JarFileArchive.getManifest方法,
// 进去后发现对应的就是JarFile.getManifest方法,
// JarFile.getManifest对应的就是META-INF/MANIFEST.MF文件的内容
Manifest manifest = this.archive.getManifest();
String mainClass = null;
if (manifest != null) {
// 对应的是META-INF/MANIFEST.MF文件中的Start-Class的属性
mainClass = manifest.getMainAttributes().getValue(START_CLASS_ATTRIBUTE);
}
if (mainClass == null) {
throw new IllegalStateException("No 'Start-Class' manifest entry specified in " + this);
}
return mainClass;
}
```
8. 从上述分析可知:getMainClass()方法返回的是META-INF/MANIFEST.MF中取得了Start-Class的属性com.bolingcavalry.springbootstarterdemo.SpringbootstarterdemoApplication,再次回到launch方法中,可见最终运行的代码是launch(args, launchClass, classLoader),它的launchClass参数就是com.bolingcavalry.springbootstarterdemo.SpringbootstarterdemoApplication:
```java
protected void launch(String[] args) throws Exception {
if (!isExploded()) {
JarFile.registerUrlProtocolHandler();
}
ClassLoader classLoader = createClassLoader(getClassPathArchivesIterator());
String jarMode = System.getProperty("jarmode");
// 这里的launchClass等于"com.bolingcavalry.springbootstarterdemo.SpringbootstarterdemoApplication"
String launchClass = (jarMode != null && !jarMode.isEmpty()) ? JAR_MODE_LAUNCHER : getMainClass();
// 这里就是启动SpringbootstarterdemoApplication的地方
launch(args, launchClass, classLoader);
}
```
9. 展开launch(args, launchClass, classLoader),最终查到了MainMethodRunner类:
```java
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被赋值为"com.bolingcavalry.springbootstarterdemo.SpringbootstarterdemoApplication"
this.mainClassName = mainClass;
this.args = (args != null) ? args.clone() : null;
}
public void run() throws Exception {
// 得到SpringbootstarterdemoApplication的Class对象
Class mainClass = Class.forName(this.mainClassName, false, Thread.currentThread().getContextClassLoader());
// 得到SpringbootstarterdemoApplication的main方法对象
Method mainMethod = mainClass.getDeclaredMethod("main", String[].class);
mainMethod.setAccessible(true);
// 通过反射执行main方法
mainMethod.invoke(null, new Object[] { this.args });
}
}
```
终于,真相大白了;
### 小结
最后尽可能简短做个小结,先看jar是如何产生的,如下图,maven插件生成的jar文件中,有常见的class、jar,也有符合java规范的MANIFEST.MF文件,并且,还在MANIFEST.MF文件中额外生成了名为Start-Class的配置,这里面是我们编写的应用启动类SpringbootstarterdemoApplication:
![](https://img2020.cnblogs.com/blog/485422/202006/485422-20200626183941441-2116160204.png)
启动类是JarLauncher,它是如何与MANIFEST.MF文件关联的呢?从下图可以看出,最终是通过JarFile类的成员变量manifestSupplier关联上的:
![](https://img2020.cnblogs.com/blog/485422/202006/485422-20200626183954750-1938406218.png)
再来看看关键代码的执行情况,如下图:
![](https://img2020.cnblogs.com/blog/485422/202006/485422-20200626184006454-219723318.png)
至此,SpringBoot的jar独立运行的基本原理已经清楚,探究的过程中,除了熟悉关键代码流程,还对jar中的文件有了更多了解,如果您正在学习SpringBoot,希望本文能给您一些参考;
### 官方文档
1. 最后附上[SpringBoot官方文档](https://docs.spring.io/spring-boot/docs/2.3.1.RELEASE/reference/htmlsingle/#executable-jar-launching),可以看到Start-Class描述信息:
![](https://img2020.cnblogs.com/blog/485422/202006/485422-20200626184022942-1694753003.png)
2. 上述文档明确提到:Start-Class定义的是实际的启动类,此时的您应该对一切都了然于胸,产生本该如此的感慨;
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