SpringBoot源码解读（一 .可执行JAR源码分析）
一.可执行JAR结构分析
在Spring Boot应用中，使用spring-boot-maven-plugin插件执行mvn package命令生成的jar文件，可以通过java -jar命令直接运行，这种jar文件称为可执行jar文件（Executable JAR）。
1.可执行jar文件的获取
可以从任意SpringBoot工程中运行mvn package命令生成的jar文件，如没有现成的SpringBoot工程，可以参考下列步骤生成一个。
在https://start.spring.io/中创建创建SpringBoot项目，填写项目的Group、Aritact及Package信息如：
项目元数据信息
填写完信息后，点击GENERAT按钮生成SpringBoot项目压缩文件并下载到本地，通过
unzip命令解压后，进入项目目录并执行
mvn package命令，在项目的target目录下便生成了可执行jar文件（executable-jar-0.0.1-SNAPSHOT.jar）和原始Maven打包的jar文件（executable-jar-0.0.1-SNAPSHOT.jar.original）等文件。接下来我们打开jar文件一窥究竟吧。
2.可执行jar文件内部结构
执行unzip executable-jar-0.0.1-SNAPSHOT.jar -d temp将jar包解压到temp目录下，在通过tree命令查看目录结构：
william@liushipingdeMacBook-Pro target % tree temp
temp
├── BOOT-INF
│ ├── classes
│ │ ├── application.properties
│ │ └── cn
│ │ └── lsp
│ │ └── springboot
│ │ └── executablejar
│ │ └── ExecutableJarApplication.class
│ ├── classpath.idx
│ ├── layers.idx
│ └── lib
│ ├── ... ...
│ ├── spring-boot-2.6.2.jar
│ ├── ... ...
├── META-INF
│ ├── MANIFEST.MF
│ └── maven
│ └── cn.lsp.springboot
│ └── executable-jar
│ ├── pom.properties
│ └── pom.xml
└── org
└── springframework
└── boot
└── loader
├── ClassPathIndexFile.class
├── ExecutableArchiveLauncher.class
├── JarLauncher.class
├── LaunchedURLClassLoader.class
├── Launcher.class
├── ... ...
1.BOOT-INF/classes目录存放应用编译后的class文件；
2.BOOT-INF/classpath.id 可执行jar文件依赖的类路径索引文件；
3.BOOT-INF/lib目录存放应用依赖的jar包；
4.META-INF目录存放应用相关的元信息，如MANIFEST.MF文件；
5.org目录存放启动SpringBoot相关的class文件；
通过解压目录看出，和传统的jar文件相比，多了BOOT-INF目录和启动SpringBoot相关的class文件，并且将传统的class文件放置到了BOOT-INF是classes目录下，所依赖的jar均放到了BOOT-INF/lib目录。
我们知道。通过java -jar运行的是标准的可执行jar文件，按照Java官方文档的规定，该命令引导的具体启动类必须配置在META-INF/MANIFEST.MF文件的Main-Class属性中。那我们来查看一下该文件的内容：
william@liushipingdeMacBook-Pro temp % cat META-INF/MANIFEST.MF
Manifest-Version: 1.0
Created-By: Maven Jar Plugin 3.2.0
Build-Jdk-Spec: 16
Implementation-Title: executable-jar
Implementation-Version: 0.0.1-SNAPSHOT
Main-Class: org.springframework.boot.loader.JarLauncher
Start-Class: cn.lsp.springboot.executablejar.ExecutableJarApplication
Spring-Boot-Version: 2.6.2
Spring-Boot-Classes: BOOT-INF/classes/
Spring-Boot-Lib: BOOT-INF/lib/
Spring-Boot-Classpath-Index: BOOT-INF/classpath.idx
Spring-Boot-Layers-Index: BOOT-INF/layers.idx
可以发现Main-Class属性的值为org.springframework.boot.loader.JarLauncher，而我们自己的项目中的Main Class全路径名（cn.lsp.springboot.executablejar.ExecutableJarApplication）则存放到了Start-Class属性中。从文件内容可以看出SpringBoot的运行都是通过org.springframework.boot.loader.JarLauncher来引导的，该类就是可执行jar的启动器。
二.可执行JAR源码分析
由于可执行jar文件的启动类为org.springframework.boot.loader.JarLauncher，为了方便分析源码了解其实现原理，我们将该类所在jar包引入项目的依赖：
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-loader</artifactId>
<scope>provided</scope>
</dependency>
启动流程源码解读
public class JarLauncher extends ExecutableArchiveLauncher {
private static final String DEFAULT_CLASSPATH_INDEX_LOCATION = "BOOT-INF/classpath.idx";
static final EntryFilter NESTED_ARCHIVE_ENTRY_FILTER = (entry) -> {
if (entry.isDirectory()) {
return entry.getName().equals("BOOT-INF/classes/");
}
return entry.getName().startsWith("BOOT-INF/lib/");
};
public JarLauncher() {
}
protected JarLauncher(Archive archive) {
super(archive);
}
@Override
protected ClassPathIndexFile getClassPathIndex(Archive archive) throws IOException {
// Only needed for exploded archives, regular ones already have a defined order
if (archive instanceof 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(BOOT_CLASSPATH_INDEX_ATTRIBUTE) : null;
return (location != null) ? location : DEFAULT_CLASSPATH_INDEX_LOCATION;
}
@Override
protected boolean isPostProcessingClassPathArchives() {
return false;
}
@Override
protected boolean isSearchCandidate(Archive.Entry entry) {
return entry.getName().startsWith("BOOT-INF/");
}
@Override
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);
}
}
该类是一个标准的Java应用程序入口类，继承自ExecutableArchiveLauncher，常量DEFAULT_CLASSPATH_INDEX_LOCATION所指向的文件内容为应用依赖的jar文件类路径。isNestedArchive方法用于判断Archive.Entry是否是Jar文件中的资源，Archive.Entry有两种实现，JarFileArchive.JarFileEntry和ExplodedArchive.FileEntry，前者基于jar文件，后者基于文件系统，所以JarLauncher支持Jar文件和文件系统两种启动方式。
当执行java -jar命令时，META-INF/MANIFEST.MF文件的Main-Class属性将调用main(String[])方法，实际上是调用JarLauncher#launch(args)方法，该方法继承于基类org.springframework.boot.loader.Launcher，他们之间的继承层次图如下：
org.springframework.boot.loader.Launcher
org.springframework.boot.loader.ExecutableArchiveLauncher
org.springframework.boot.loader.JarLauncher //用于引导jar文件
org.springframework.boot.loader.WarLauncher // 用于引导war文件
下面分析Launcher#launch(args)方法实现：
public abstract class Launcher {
... ...
protected void launch(String[] args) throws Exception {
if (!isExploded()) {
JarFile.registerUrlProtocolHandler();
}
ClassLoader classLoader = createClassLoader(getClassPathArchivesIterator());
String jarMode = System.getProperty("jarmode");
String launchClass = (jarMode != null && !jarMode.isEmpty()) ? JAR_MODE_LAUNCHER : getMainClass();
launch(args, launchClass, classLoader);
}
... ...
}
JarFile.registerUrlProtocolHandler()方法将package org.springframework.boot.loader追加到Java系统属性java.protocol.handler.pkgs中，即org.springframework.boot.loader.jar.Handler，其实现协议为JAR，用于覆盖JDK内建的sun.net.www.protocol.jar.Handler。由于SpringBoot的可执行Jar文件除了包含传统的Java Jar中的资源外，还包含依赖的Jar文件，当SpringBoot的可执行jar被java -jar命令引导时，其内部的jar文件无法被JDK内建的sun.net.www.protocol.jar.Handler当做Class Path，所以需要替换才能确保正常运行。
createClassLoader(Iterator)方法用于创建LaunchedURLClassLoader，实现类的加载。
最后调用实际的引导类launch(args, launchClass, classLoader)
protected void launch(String[] args, String launchClass, ClassLoader classLoader) throws Exception {
Thread.currentThread().setContextClassLoader(classLoader);
createMainMethodRunner(launchClass, args, classLoader).run();
}
protected MainMethodRunner createMainMethodRunner(String mainClass, String[] args, ClassLoader classLoader) {
return new MainMethodRunner(mainClass, args);
}
该方法的实际执行者为MainMethodRunner#run()方法。
public class MainMethodRunner {
private final String mainClassName;
private final String[] args;
public MainMethodRunner(String mainClass, String[] args) {
this.mainClassName = mainClass;
this.args = (args != null) ? args.clone() : null;
}
public void run() throws Exception {
Class<?> mainClass = Class.forName(this.mainClassName, false, Thread.currentThread().getContextClassLoader());
Method mainMethod = mainClass.getDeclaredMethod("main", String[].class);
mainMethod.setAccessible(true);
mainMethod.invoke(null, new Object[] { this.args });
}
}
MainMethodRunner对象需要关联mainClass及main方法参数args，通过反射来调用项目中真正的入口类的main方法，即META-INF/MANIFEST.MF文件中指定的Start-Class: cn.lsp.springboot.executablejar.ExecutableJarApplication。至此，应用程序的class path等环境在启动前已准备完毕，真正进入应用的启动阶段。
三.总结
1.SpringBoot的Launcher有JarLauncher和WarLauncher，前者引导jar文件启动，后者引导war文件启动；
2.SpringBoot的Launcher有两种引导模式，基于Jar和文件系统；
3.由于SpringBoot生成的可执行jar文件与传统jar文件不同，因此需要实现自己的org.springframework.boot.loader.jar.Handler来覆盖JDK内建的sun.net.www.protocol.jar.Handler，从而按照SpringBoot自己的方式来初始化classpath等环境并引导jar运行；
