SpringBoot应用jar包启动原理详解

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：

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< build >      < plugins >          < plugin >              < groupId >org.springframework.boot</ groupId >              < artifactId >spring-boot-maven-plugin</ artifactId >          </ plugin >      </ plugins > </ build >

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

test-0.0.1-SNAPSHOT.jar test-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？

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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；

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public interface Archive extends Iterable<Archive.Entry>, 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；

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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

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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

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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.HdhCmsTestprotocol 包下，并且类名必须为Handler，其类全名模式为 sun.net.HdhCmsTestprotocol.${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.HdhCmsTestprotocol 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.HdhCmsTestprotocol.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；

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ClassLoader classLoader = createClassLoader(getClassPathArchivesIterator());   /**   * 获取所有的Archive（包含jar in jar的情况）   */ protected Iterator<Archive> getClassPathArchivesIterator() throws Exception {      return getClassPathArchives().iterator(); }   /**   * 针对每个Archive分别创建ClassLoader   */ protected ClassLoader createClassLoader(List<Archive> archives) throws Exception {      List<URL> 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）

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// 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 <scope>provided</scope> 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。

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原文链接：https://blog.csdn.net/Saintmm/article/details/123790998

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