Spring Boot打的包为什么能直接运行？-spring boot starter

Spring Boot 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

运行 Spring Boot 应用的几种方式看这篇：运行 Spring Boot 应用的3种方式。

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。

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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 Spring Boot 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。Spring Boo主类及目录结构介绍，这篇看下。

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

Spring Boot 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。