[Java知识库]学习第四篇：【SpringBoot-Labs】Jar 启动原理

本周（8.21-8.27）将学习芋道 Spring Boot的以下文章：
8.21： 快速入门
**8.22：**Spring Boot 自动配置原理 、Jar 启动原理
8.23：调试环境、 热部署入门、消除冗余代码 Lombok 入门
8.24：对象转换 MapStruct 入门、SpringMVC 入门
8.25： WebFlux 入门、 分布式 Session 入门
8.26：API 接口文档 Swagger 入门、API 接口文档 Swagger Starter 入门
8.27：参数校验 Validation 入门、WebSocket 入门

芋道 Spring Boot Jar 启动原理

• Spring Boot 提供了 Maven 插件 spring-boot-maven-plugin，可以方便的将 Spring Boot 项目打成 jar 包或者 war 包。

• Jar包的结构组成

  • ① META-INF 目录：通过 MANIFEST.MF 文件提供 jar 包的元数据，声明了 jar 的启动类。

  • ② org 目录：为 Spring Boot 提供的 spring-boot-loader 项目，它是 java -jar 启动 Spring Boot 项目的秘密所在，也是稍后我们将深入了解的部分。

    Spring Boot Loader provides the secret sauce that allows you to build a single jar file that can be launched using java -jar. Generally you will not need to use spring-boot-loader directly, but instead work with the Gradle or Maven plugin.

  • ③ BOOT-INF/lib 目录：我们 Spring Boot 项目中引入的依赖的 jar 包们。spring-boot-loader 项目很大的一个作用，就是解决 jar 包里嵌套 jar 的情况，如何加载到其中的类。

    • spring-boot-loader 项目需要解决两个问题：
      • 第一，如何引导执行我们创建的 Spring Boot 应用的启动类，例如上述图中的 Application 类。
      • 第二，如何加载 BOOT-INF/class 目录下的类，以及 BOOT-INF/lib 目录下内嵌的 jar 包中的类。

  • ④ BOOT-INF/classes 目录：我们在 Spring Boot 项目中 Java 类所编译的 .class、配置文件等等。

• META-INF/MANIFEST.MF 文件，里面的内容如下：

  Manifest-Version: 1.0
  Implementation-Title: lab-39-demo
  Implementation-Version: 2.2.2.RELEASE
  Start-Class: cn.iocoder.springboot.lab39.skywalkingdemo.Application
  Spring-Boot-Classes: BOOT-INF/classes/
  Spring-Boot-Lib: BOOT-INF/lib/
  Build-Jdk-Spec: 1.8
  Spring-Boot-Version: 2.2.2.RELEASE
  Created-By: Maven Archiver 3.4.0
  Main-Class: org.springframework.boot.loader.JarLauncher
  

• 实际是一个 Properties 配置文件，每一行都是一个配置项目。重点来看看两个配置项：

  • Main-Class 配置项：Java 规定的 jar 包的启动类，这里设置为 spring-boot-loader 项目的 JarLauncher 类，进行 Spring Boot 应用的启动。
  • Start-Class 配置项：Spring Boot 规定的主启动类，这里设置为我们定义的 Application 类。

  小知识补充：为什么会有 Main-Class/Start-Class 配置项呢？因为我们是通过 Spring Boot 提供的 Maven 插件 spring-boot-maven-plugin 进行打包，该插件将该配置项写入到 MANIFEST.MF 中，从而能让 spring-boot-loader 能够引导启动 Spring Boot 应用。

  • 直接运行Start-Class 配置项的主启动类（main函数）是无法启动的（提示找不到或无法加载主类），主要是因为打包成的jar的不符合java默认加载jar包的规则（/WEB-INF/classes下的class文件，而Start-Class的Aplication类被打包在 BOOT-INF/classes下，其次Java 规定可执行器的 jar 包禁止嵌套其它 jar 包，而maven项目需要加载BOOT-INF/lib 目录下Spring Boot 应用依赖的所有 jar 包），所以需要通过spring-boot-loader 项目自定义实现了 ClassLoader 实现类 LaunchedURLClassLoader，支持加载 BOOT-INF/classes 目录下的 .class 文件，以及 BOOT-INF/lib 目录下的 jar 包。

• JarLauncher 类是针对 Spring Boot jar 包的启动类，整体类图如下所示：

  

  代码如下：

  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);
  	}
  
  }
  

  通过 #main(String[] args) 方法，创建 JarLauncher 对象，并调用其 #launch(String[] args) 方法进行启动。整体的启动逻辑，其实是由父类 Launcher 所提供。

• 简单来说，就是做一个可以读取 jar 包中类的加载器，保证 BOOT-INF/lib 目录下的类和 BOOT-classes 内嵌的 jar 中的类能够被正常加载到，之后执行 Spring Boot 应用的启动。

• LaunchedURLClassLoader 是 spring-boot-loader 项目自定义的类加载器，实现对 jar 包中 META-INF/classes 目录下的类和 META-INF/lib 内嵌的 jar 包中的类的加载。

• 总体来说，Spring Boot jar 启动的原理是非常清晰的，整体如下图所示：

  

红色部分，解决 jar 包中的类加载问题：

• 通过 Archive，实现 jar 包的遍历，将 META-INF/classes 目录和 META-INF/lib 的每一个内嵌的 jar 解析成一个 Archive 对象。
• 通过 Handler，处理 jar: 协议的 URL 的资源读取，也就是读取了每个 Archive 里的内容。
• 通过 LaunchedURLClassLoader，实现 META-INF/classes 目录下的类和 META-INF/classes 目录下内嵌的 jar 包中的类的加载。具体的 URL 来源，是通过 Archive 提供；具体 URL 的读取，是通过 Handler 提供。

橘色部分，解决 Spring Boot 应用的启动问题：

• 通过 MainMethodRunner ，实现 Spring Boot 应用的启动类的执行。

当然，上述的一切都是通过 Launcher 来完成引导和启动，通过 MANIFEST.MF 进行具体配置。