SpringBoot项目jar、war包启动解析

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一、jar包和war包的区别

1.1 war包

  1. war包是Java Web应用程序的一种打包方式符合Servlet标准，它是Web Archive的缩写，主要用于存储Web应用程序相关的文件，包括Java类文件、JSP、HTML、CSS、JavaScript、图片等资源文件。
  2. war包需要部署到web服务器中（Tomcat、Apache、IIS）

1.2 jar包

  1. jar包是类的归档文件，主要用于存储Java类文件和相关资源文件。它通常被用于封装Java应用程序或Java类库，方便程序的部署和发布
  2. jar包可以被JVM直接加载和运行。

1.3 主要区别：

  1. jar包主要用于存储Java类文件和相关资源文件，而war包主要用于存储Web应用程序相关的文件。
  2. jar包可以被JVM直接加载和运行，而war包需要被Web服务器加载和运行。
  3. jar包通常用于封装Java应用程序或Java类库，而war包用于封装Java Web应用程序。

二、SpringBoot使用war包启动

war包启动：需要先启动外部的Web服务器，实现Servlet3.0规范中引导应用启动类，然后将war包放入Web服务器下，Web服务器通过回调引导应用启动类方法启动应用。

2.1 Servlet3.0规范中引导应用启动的说明

  • 在Servlet容器（Tomcat、Jetty等）启动应用时，会扫描应用jar包中 ServletContainerInitializer 的实现类。
  • 框架必须在jar包的 META-INF/services 的文件夹中提供一个名为 javax.servlet.ServletContainerInitializer 的文件，文件内容要写明 ServletContainerInitializer 的实现类的全限定名。
  • 这个 ServletContainerInitializer 是一个接口，实现它的类必须实现一个方法：onStartUp
  • 可以在这个 ServletContainerInitializer 的实现类上标注 @HandlesTypes 注解，在应用启动的时候自行加载一些附加的类，这些类会以字节码的集合形式传入 onStartup 方法的第一个参数中。
public interface ServletContainerInitializer {
    void onStartup(Set> c, ServletContext ctx) throws ServletException;
}
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2.2 SpringBootServletInitializer的作用和原理

Spirng中SpringServletContainerInitializer实现了Servlet的规范

@HandlesTypes(WebApplicationInitializer.class)
public class SpringServletContainerInitializer implements ServletContainerInitializer {
    @Override
    public void onStartup(Set> webAppInitializerClasses, ServletContext servletContext)
            throws ServletException {
        // SpringServletContainerInitializer会加载所有的WebApplicationInitializer类型的普通实现类

        List initializers = new LinkedList();

        if (webAppInitializerClasses != null) {
            for (Class> waiClass : webAppInitializerClasses) {
                // 如果不是接口，不是抽象类
                if (!waiClass.isInterface() && !Modifier.isAbstract(waiClass.getModifiers()) &&
                        WebApplicationInitializer.class.isAssignableFrom(waiClass)) {
                    try {
                        // 创建该类的实例
                        initializers.add((WebApplicationInitializer) waiClass.newInstance());
                    }
                    catch (Throwable ex) {
                        throw new ServletException("Failed to instantiate WebApplicationInitializer class", ex);
                    }
                }
            }
        }

        if (initializers.isEmpty()) {
            servletContext.log("No Spring WebApplicationInitializer types detected on classpath");
            return;
        }

        servletContext.log(initializers.size() + " Spring WebApplicationInitializers detected on classpath");
        AnnotationAwareOrderComparator.sort(initializers);
        // 启动Web应用onStartup方法
        for (WebApplicationInitializer initializer : initializers) {
            initializer.onStartup(servletContext);
        }
    }
}
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@HandlesTypes使用BCEL的ClassParser在字节码层面读取了/WEB-INF/classes和jar中class文件的超类名和实现的接口名，判断是否与记录的注解类名相同，若相同再通过org.apache.catalina.util.Introspection类加载为Class对象保存起来,最后传入onStartup方法参数中

SpringServletContainerInitializer类上标注了@HandlesTypes(WebApplicationInitializer.class)，所以会导入WebApplicationInitializer实现类

SpringBoot中SpringBootServletInitializer是WebApplicationInitializer的抽象类,实现了onStartup方法

@Override
public void onStartup(ServletContext servletContext) throws ServletException {
    // Logger initialization is deferred in case an ordered
    // LogServletContextInitializer is being used
    this.logger = LogFactory.getLog(getClass());
    // 创建 父IOC容器
    WebApplicationContext rootAppContext = createRootApplicationContext(servletContext);
    if (rootAppContext != null) {
        servletContext.addListener(new ContextLoaderListener(rootAppContext) {
            @Override
            public void contextInitialized(ServletContextEvent event) {
                // no-op because the application context is already initialized
            }
        });
    }
    else {
        this.logger.debug("No ContextLoaderListener registered, as " + "createRootApplicationContext() did not "
                + "return an application context");
    }
}
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创建父容器

protected WebApplicationContext createRootApplicationContext(ServletContext servletContext) {
    // 使用Builder机制，前面也介绍过
    SpringApplicationBuilder builder = createSpringApplicationBuilder();
    builder.main(getClass());
    ApplicationContext parent = getExistingRootWebApplicationContext(servletContext);
    if (parent != null) {
        this.logger.info("Root context already created (using as parent).");
        servletContext.setAttribute(WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE, null);
        builder.initializers(new ParentContextApplicationContextInitializer(parent));
    }
    // 设置Initializer
    builder.initializers(new ServletContextApplicationContextInitializer(servletContext));
    // 在这里设置了容器启动类：AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext
    builder.contextClass(AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext.class);
    // 【引导】多态进入子类（自己定义）的方法中
    builder = configure(builder);
    builder.listeners(new WebEnvironmentPropertySourceInitializer(servletContext));
    // builder.build()，创建SpringApplication
    SpringApplication application = builder.build();
    if (application.getAllSources().isEmpty()
            && AnnotationUtils.findAnnotation(getClass(), Configuration.class) != null) {
        application.addPrimarySources(Collections.singleton(getClass()));
    }
    Assert.state(!application.getAllSources().isEmpty(),
            "No SpringApplication sources have been defined. Either override the "
                    + "configure method or add an @Configuration annotation");
    // Ensure error pages are registered
    if (this.registerErrorPageFilter) {
        application.addPrimarySources(Collections.singleton(ErrorPageFilterConfiguration.class));
    }
    // 启动SpringBoot应用
    return run(application);
}
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所以我们只需要自定义类继承SpringBootServletInitializer并实现configure方法告诉启动类所在的位置就可以实现SpringBoot自启动了

例如：

public class MyInitializer extends SpringBootServletInitializer {
 
   @Override
   protected SpringApplicationBuilder configure(SpringApplicationBuilder application) {
      //MySpringBootApplication为SpingBoot启动类
      return application.sources(MySpringBootApplication.class);
   }
}
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三、SpringBoot使用jar包启动

按照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中的Main-class属性中，该值代表应用程序执行入口类也就是包含main方法的类。

从MANIFEST.MF文件内容可以看到，Main-Class这个属性定义了org.springframework.boot.loader.JarLauncher，JarLauncher就是对应Jar文件的启动器。而我们项目的启动类SpringBootDemoApplication定义在Start-Class属性中，

JarLauncher会将BOOT-INF/classes下的类文件和BOOT-INF/lib下依赖的jar加入到classpath下，然后调用META-INF/MANIFEST.MF文件Start-Class属性完成应用程序的启动。

关于 jar 官方标准说明请移步

  • JAR File Specification
  • JAR (file format)

SpringBoot的jar包，会有3个文件夹：

  • BOOT-INF：存放自己编写并编译好的 .class 文件和静态资源文件、配置文件等
  • META-INF：有一个 MANIFEST.MF 的文件
  • org：spring-boot-loader 的一些 .class 文件

META-INF 下面的 MANIFEST.MF 文件，里面的内容如下：

Manifest-Version: 1.0
Spring-Boot-Classpath-Index: BOOT-INF/classpath.idx
Implementation-Title: my-small-test
Implementation-Version: 1.0-SNAPSHOT
Spring-Boot-Layers-Index: BOOT-INF/layers.idx
Start-Class: com.small.test.SpringBootDemoApplication
Spring-Boot-Classes: BOOT-INF/classes/
Spring-Boot-Lib: BOOT-INF/lib/
Build-Jdk-Spec: 1.8
Spring-Boot-Version: 2.4.0
Created-By: Maven Jar Plugin 3.2.0
Main-Class: org.springframework.boot.loader.JarLauncher
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  • 在 Start-Class 中注明了 SpringBoot 的主启动类
  • 在 Main-Class 中注明了一个类： JarLauncher 
package org.springframework.boot.loader;

import java.io.IOException;
import java.util.jar.Attributes;
import java.util.jar.Manifest;
import org.springframework.boot.loader.archive.Archive;

public class JarLauncher extends ExecutableArchiveLauncher {
  private static final String DEFAULT_CLASSPATH_INDEX_LOCATION = "BOOT-INF/classpath.idx";
  
  static final Archive.EntryFilter NESTED_ARCHIVE_ENTRY_FILTER;
  
  static {
    NESTED_ARCHIVE_ENTRY_FILTER = (entry -> entry.isDirectory() ? entry.getName().equals("BOOT-INF/classes/") : entry.getName().startsWith("BOOT-INF/lib/"));
  }
  
  public JarLauncher() {}
  
  protected JarLauncher(Archive archive) {
    super(archive);
  }
  
  protected ClassPathIndexFile getClassPathIndex(Archive archive) throws IOException {
    if (archive instanceof org.springframework.boot.loader.archive.ExplodedArchive) {
      String location = getClassPathIndexFileLocation(archive);
      return ClassPathIndexFile.loadIfPossible(archive.getUrl(), location);
    } 
    return super.getClassPathIndex(archive);
  }
  
  private String getClassPathIndexFileLocation(Archive archive) throws IOException {
    Manifest manifest = archive.getManifest();
    Attributes attributes = (manifest != null) ? manifest.getMainAttributes() : null;
    String location = (attributes != null) ? attributes.getValue("Spring-Boot-Classpath-Index") : null;
    return (location != null) ? location : "BOOT-INF/classpath.idx";
  }
  
  protected boolean isPostProcessingClassPathArchives() {
    return false;
  }
  
  protected boolean isSearchCandidate(Archive.Entry entry) {
    return entry.getName().startsWith("BOOT-INF/");
  }
  
  protected boolean isNestedArchive(Archive.Entry entry) {
    return NESTED_ARCHIVE_ENTRY_FILTER.matches(entry);
  }
 
  public static void main(String[] args) throws Exception {
    (new JarLauncher()).launch(args);
  }
}
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父类Launcher#launch

  protected void launch(String[] args) throws Exception {
    if (!isExploded())
    //3.1 注册URL协议并清除应用缓存
    JarFile.registerUrlProtocolHandler(); 
    //3.2 设置类加载路径
    ClassLoader classLoader = createClassLoader(getClassPathArchivesIterator());
    String jarMode = System.getProperty("jarmode");
    String launchClass = (jarMode != null && !jarMode.isEmpty()) ? "org.springframework.boot.loader.jarmode.JarModeLauncher" : getMainClass();
    //3.3 执行main方法
    launch(args, launchClass, classLoader);
  }
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3.1 registerUrlProtocolHandler：注册URL协议并清除应用缓存

先设置当前系统的一个变量 java.protocol.handler.pkgs，而这个变量的作用，是设置 URLStreamHandler 实现类的包路径。

之后要重置缓存，目的是清除之前启动的残留。

private static final String MANIFEST_NAME = "META-INF/MANIFEST.MF";

    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));
        resetCachedUrlHandlers();
    }

    // 重置任何缓存的处理程序，以防万一已经使用了jar协议。
// 我们通过尝试设置null URLStreamHandlerFactory来重置处理程序，除了清除处理程序缓存之外，它应该没有任何效果。
    private static void resetCachedUrlHandlers() {
        try {
            URL.setURLStreamHandlerFactory(null);
        }
        catch (Error ex) {
            // Ignore
        }
    }
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3.2createClassLoader：设置类加载路径

 protected ClassLoader createClassLoader(Iterator archives) throws Exception {
    List urls = new ArrayList(50);
    while (archives.hasNext())
      urls.add(((Archive)archives.next()).getUrl()); 
    return createClassLoader(urls.toArray(new URL[0]));
  }
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  protected ClassLoader createClassLoader(URL[] urls) throws Exception {
    return new LaunchedURLClassLoader(isExploded(), getArchive(), urls, getClass().getClassLoader());
  }
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3.3 执行main方法

  protected void launch(String[] args, String launchClass, ClassLoader classLoader) throws Exception {
    Thread.currentThread().setContextClassLoader(classLoader);
    createMainMethodRunner(launchClass, args, classLoader).run();
  }
  
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  protected MainMethodRunner createMainMethodRunner(String mainClass, String[] args, ClassLoader classLoader) {
    return new MainMethodRunner(mainClass, args);
  }
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package org.springframework.boot.loader;

import java.lang.reflect.Method;

public class MainMethodRunner {
  private final String mainClassName;
  
  private final String[] args;
  
  public MainMethodRunner(String mainClass, String[] args) {
    this.mainClassName = mainClass;
    this.args = (args != null) ? (String[])args.clone() : null;
  }
  
  public void run() throws Exception {
    Class> mainClass = Class.forName(this.mainClassName, false, Thread.currentThread().getContextClassLoader());
    //获取主启动类的main方法
    Method mainMethod = mainClass.getDeclaredMethod("main", new Class[] { String[].class });
    mainMethod.setAccessible(true);
    //执行main方法
    mainMethod.invoke((Object)null, new Object[] { this.args });
  }
}
复制代码

所以 SpringBoot 应用在开发期间只需要写 main 方法，引导启动即可。

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