springboot的jar为何能独立运行

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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 version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
    <parent>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
        <version>2.3.1.RELEASE</version>
        <relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
    </parent>
    <groupId>com.bolingcavalry</groupId>
    <artifactId>springbootstarterdemo</artifactId>
    <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
    <name>springbootstarterdemo</name>
    <description>Demo project for Spring Boot</description>
    <properties>
        <java.version>1.8</java.version>
    </properties>
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
        </dependency>
    </dependencies>
    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>
</project>

1. 只有一个java类，里面有个http接口：

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();
    }
}

1. 编码完成，在pom.xml所在目录执行命令

mvn clean package -U -DskipTests

1. 构建成功后，在target目录下得到文件springbootstarterdemo-0.0.1-SNAPSHOT.jar
2. 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：
   
   

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：
   
   

3. 打开上图红框中的文件，内容如下：

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

1. 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：

Start-Class: com.bolingcavalry.springbootstarterdemo.Springbootstarter
 demoApplication

1. 前面的java官方文档中，只提到过Main-Class ，并没有提到Start-Class；
2. 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；
3. 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：
   
   

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：

public static void main(String[] args) throws Exception {
	new JarLauncher().launch(args);
}

1. 上面的launch方法在父类Launcher中：

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);
}

1. 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：

public ExecutableArchiveLauncher() {
		try {
			this.archive = createArchive();
			this.classPathIndex = getClassPathIndex(this.archive);
		}
		catch (Exception ex) {
			throw new IllegalStateException(ex);
		}
	}

1. 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：

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));
	}

1. 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：

@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;
	}

1. 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：

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);
	}

1. 展开launch(args, launchClass, classLoader)，最终查到了MainMethodRunner类：

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：

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：

再来看看关键代码的执行情况，如下图：

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，可以看到Start-Class描述信息：
   
   

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；