引言

在傳統(tǒng)的Java應(yīng)用程序開發(fā)和部署場景中，開發(fā)者往往需要經(jīng)歷一系列復(fù)雜的步驟才能將應(yīng)用成功部署到生產(chǎn)環(huán)境。例如，對于基于Servlet規(guī)范的Java Web應(yīng)用，開發(fā)完成后通常會被打包成WAR格式，然后部署到像Apache Tomcat、Jetty這樣的Web容器中。這一過程中，不僅要管理應(yīng)用本身的編譯產(chǎn)物，還需要處理各種第三方依賴庫的版本和加載順序，同時在服務(wù)器端進(jìn)行相應(yīng)的配置以確保應(yīng)用正常運(yùn)行。

隨著Spring Boot產(chǎn)生，它以其開箱即用、約定優(yōu)于配置的理念徹底改變了Java應(yīng)用的開發(fā)體驗。其中一個標(biāo)志性特征便是Spring Boot應(yīng)用可以被打包成一個可直接運(yùn)行的jar文件，無需外部容器的支持。

當(dāng)提及“Spring Boot的jar可以直接運(yùn)行”，我們不禁好奇：這背后究竟是怎樣的機(jī)制讓一個簡單的命令行操作就能啟動一個完整的Web服務(wù)或任何類型的Java應(yīng)用呢？本文將深入剖析Spring Boot的打包過程和運(yùn)行原理，揭示其jar包是如何巧妙地集成了依賴、嵌入了Web容器、實現(xiàn)了自動配置等功能，從而使得開發(fā)人員能夠迅速地將應(yīng)用部署到任何支持Java的環(huán)境中。

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SpringBoot JAR包基礎(chǔ)概念

Fat JAR（也稱作Uber JAR，也被戲稱為胖Jar）是一種特殊的Java歸檔（JAR）文件，它將應(yīng)用程序所需的全部依賴庫與應(yīng)用程序自身的類文件合并到了同一個JAR文件中。在Spring Boot上下文中，F(xiàn)at JAR被用于構(gòu)建一種完全自包含且可獨(dú)立運(yùn)行的應(yīng)用程序包。這樣的jar文件不僅僅包含項目的主代碼，還包括了所有必要的第三方庫、資源文件等一切運(yùn)行時所需要的組件。

Fat JAR的核心特點是“自包含”，意味著只需分發(fā)這一個文件即可部署應(yīng)用，無需再額外處理眾多的依賴庫。這種形式極大地方便了應(yīng)用的快速部署與遷移，尤其適合于云端部署或者無網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的安裝。

而對于普通jar包來說，它通常僅包含一個模塊或應(yīng)用程序的一部分，主要用來封裝和組織Java類及相關(guān)資源。在Java生態(tài)系統(tǒng)中，一個普通的jar包可能僅是一個庫，或者一組相關(guān)功能的集合，但它不會包含其他依賴的jar包，因此在運(yùn)行時需要與之相關(guān)的其他庫一起存在于類路徑中。

相比之下，F(xiàn)at JAR則解決了依賴管理的問題，通過將所有的依賴都納入其中，避免了由于類路徑設(shè)置不正確導(dǎo)致的“缺失類”或“找不到類”的問題。在Spring Boot項目中，通過Maven或Gradle插件可以輕易地構(gòu)建出這樣的Fat JAR，使得最終生成的jar文件成為一個真正的“一站式”解決方案，只需使用java -jar命令就可以啟動整個應(yīng)用程序，無需預(yù)先配置復(fù)雜的類路徑環(huán)境。

Spring Boot應(yīng)用打包機(jī)制

Spring Boot應(yīng)用打包機(jī)制充分利用了Maven或Gradle構(gòu)建工具的強(qiáng)大功能，旨在簡化傳統(tǒng)Java應(yīng)用的構(gòu)建與部署流程。其核心在于創(chuàng)建一個可執(zhí)行的Fat JAR，使得開發(fā)者能夠輕松地將整個Spring Boot應(yīng)用及其依賴項打包成單個文件，從而實現(xiàn)一鍵啟動和便捷部署。

我們以Maven打包為例：

對于使用Maven構(gòu)建的Spring Boot應(yīng)用，spring-boot-maven-plugin是關(guān)鍵插件，負(fù)責(zé)處理Fat JAR的構(gòu)建。在pom.xml文件中，通常會看到如下配置：

<build>
    <plugins>
        <plugin>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
            <version>${spring-boot.version}</version>
            <configuration>
                <!-- 可選配置項，如mainClass屬性指定入口類 -->
                <mainClass>${start-class}</mainClass>
            </configuration>
            <executions>
                <execution>
                    <goals>
                        <goal>repackage</goal>
                    </goals>
                </execution>
            </executions>
        </plugin>
    </plugins>
</build>

通過mvn package命令，Maven首先會按照標(biāo)準(zhǔn)流程構(gòu)建項目，隨后spring-boot-maven-plugin會執(zhí)行repackage目標(biāo)，該目標(biāo)會重新包裝已生成的標(biāo)準(zhǔn)JAR文件，將其轉(zhuǎn)換為包含所有依賴項和適當(dāng)?shù)膯悠餍畔⒌腇at JAR。這樣生成的JAR可以直接通過java -jar命令啟動。

Spring Boot應(yīng)用打包機(jī)制均確保了生成的包不僅包含了項目本身的類，還包含了運(yùn)行時所必需的所有依賴庫，以及一些特定的元數(shù)據(jù)（如MANIFEST.MF中的啟動類信息）。這一特性大大簡化了部署過程，并有助于提升應(yīng)用的可移植性和維護(hù)性。Fat jar中的內(nèi)容：

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• META-INF/: 包含MANIFEST.MF文件和其他元數(shù)據(jù)信息，其中Main-Class屬性指向Spring Boot的啟動類加載器。
• BOOT-INF/classes/: 存放項目自身的類文件和資源文件。
• BOOT-INF/lib/: 放置所有依賴的jar包，包括Spring Boot starter依賴以及其他第三方庫。（如果項目中有靜態(tài)資源文件，也會在BOOT-INF下有對應(yīng)的static、templates等目錄）

Spring Boot啟動器與Loader機(jī)制

Spring Boot應(yīng)用的jar包可以直接運(yùn)行主要依賴于它的啟動器以及Loader機(jī)制，而對于Loader機(jī)制主要利用MANIFEST.MF文件以及其內(nèi)部類加載邏輯。

MANIFEST.MF文件是什么？

MANIFEST.MF是JAR文件內(nèi)的一個標(biāo)準(zhǔn)元數(shù)據(jù)文件，它包含了關(guān)于JAR包的基本信息和運(yùn)行指令。在Spring Boot應(yīng)用的jar包中，MANIFEST.MF尤為重要，因為它設(shè)置了Main-Class屬性，指示了用于啟動整個應(yīng)用程序的類，這個類通常是org.springframework.boot.loader.JarLauncher或其他由Spring Boot提供的啟動器類。

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Main-Class屬性指向的JarLauncher類是Spring Boot自定義的類加載器體系的一部分。JarLauncher繼承自org.springframework.boot.loader.Launcher，專門用于啟動以Fat JAR形式發(fā)布的Spring Boot應(yīng)用。JarLauncher負(fù)責(zé)創(chuàng)建一個類加載器LaunchedURLClassLoader。

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當(dāng)通過java -jar命令執(zhí)行Spring Boot jar包時，JVM會依據(jù)MANIFEST.MF中的Main-Class啟動指定的啟動器。

JarLauncher獲取MainClass源碼

Spring Boot的啟動器類加載器LaunchedURLClassLoader首先會讀取MANIFEST.MF中的附加屬性，如Start-Class（標(biāo)識應(yīng)用的實際主類）和Spring-Boot-Lib（指向內(nèi)部依賴庫的位置）。

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啟動類加載器工作流程如下：

1. 當(dāng)啟動器類加載器啟動時，它會根據(jù)MANIFEST.MF中的信息來組織類路徑，保證所有內(nèi)部的依賴庫都能正確地被加載。
2. 加載器會區(qū)分出 BOOT-INF/classes中的應(yīng)用程序類和 BOOT-INF/lib 下的依賴庫，分別處理并加入到類加載器的搜索路徑中。
3. 加載器加載并執(zhí)行實際的Start-Class，即應(yīng)用的主類，觸發(fā)Spring Boot框架的初始化和應(yīng)用的啟動流程。比如示例中的應(yīng)用主類：com.springboot.base.SpringBootBaseApplication

Spring Boot的啟動器和加載器機(jī)制有效地實現(xiàn)了對自包含jar包的管理和執(zhí)行，我們無需關(guān)心復(fù)雜的類路徑配置和依賴加載，只需通過一個簡單的命令即可啟動一個完整、獨(dú)立運(yùn)行的應(yīng)用程序。

內(nèi)嵌Web容器

Spring Boot的一大特色就是能夠無縫整合并內(nèi)嵌多種輕量級Web容器，比如：Apache Tomcat、Jetty、Undertow以及Reactor Netty（對于響應(yīng)式編程模型）。內(nèi)嵌Web容器的引入極大地簡化了Web應(yīng)用的部署流程，我們不再需要在本地或服務(wù)器上獨(dú)立安裝和配置Web服務(wù)器（比如以前還要在本地安裝tomcat）。

當(dāng)Spring Boot應(yīng)用引入了spring-boot-starter-web依賴時，默認(rèn)情況下會自動配置并啟動一個內(nèi)嵌的Web容器。在Spring Boot啟動的過程中，內(nèi)嵌容器作為應(yīng)用的一部分被初始化并綁定到特定端口上，以便對外提供HTTP服務(wù)。

Spring Boot內(nèi)嵌web容器的優(yōu)點在于簡化部署，通過將Web容器內(nèi)置于應(yīng)用中，只需分發(fā)單一的JAR文件，就能在干凈的環(huán)境中運(yùn)行應(yīng)用，避免了與現(xiàn)有Web服務(wù)器版本沖突或配置不當(dāng)?shù)葐栴}；同時加快了啟動速度，尤其在開發(fā)和測試階段，實現(xiàn)近乎即時的熱重啟；提高了應(yīng)用的穩(wěn)定性，因為開發(fā)環(huán)境和生產(chǎn)環(huán)境使用相同的Web容器，降低了因環(huán)境差異導(dǎo)致的問題；此外，雖然容器是內(nèi)嵌的，但仍然可以進(jìn)行全面的配置調(diào)整，如端口、連接數(shù)、SSL設(shè)置等，以滿足不同場景的需求。通過內(nèi)嵌Web容器，Spring Boot真正實現(xiàn)了“開箱即用”的理念。

自動配置與類路徑掃描

Spring Boot的核心特性之一就是其強(qiáng)大的自動配置能力，它允許應(yīng)用在幾乎零配置的情況下快速啟動并運(yùn)行。

當(dāng)應(yīng)用啟動時，Spring Boot會讀取resource/META-INF/spring.factories文件，該文件列出了所有可用的自動配置類。當(dāng)它檢測到應(yīng)用環(huán)境中對應(yīng)的自動配置類就會生效，通過@Configuration注解的類創(chuàng)建并注冊Bean到Spring容器中，從而實現(xiàn)Bean的自動裝配。

這里說明下，在springboot3.x以后，就不在從resource/META-INF/spring.factories讀取自動配置類了，而是從org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports中讀取，這一點請參考文章：華為二面：SpringBoot如何自定義Starter？

并且Spring Boot還采用條件注解（如@ConditionalOnClass、@ConditionalOnMissingBean等）來智能判斷何時應(yīng)用特定的配置。這些注解可以根據(jù)類路徑中是否存在特定類、系統(tǒng)屬性或環(huán)境變量的值等因素，決定是否應(yīng)該激活某個自動配置類。這意味著只有當(dāng)滿足特定條件時，相應(yīng)的Bean才會被創(chuàng)建和注入。

而對于應(yīng)用主類則是用@SpringBootApplication注解標(biāo)識。@SpringBootApplication是一個復(fù)合注解，包含了@SpringBootConfiguration、@EnableAutoConfiguration和@ComponentScan三個注解的功能。其中

• @SpringBootConfiguration是一個Spring配置類，可以替代@Configuration注解，聲明當(dāng)前類是Spring配置類，里面包含了一系列@Bean方法或@ConfigurationProperties等配置。
• @EnableAutoConfiguration啟用自動配置特性，告訴Spring Boot根據(jù)應(yīng)用類路徑中的依賴來自動配置Bean。Spring Boot會根據(jù)類路徑掃描的結(jié)果，智能地決定哪些自動配置類應(yīng)當(dāng)生效。
• @ComponentScan會自動掃描和管理Spring組件，包括@Service、@Repository、@Controller和@Component等注解標(biāo)注的類。通過該注解，Spring Boot能自動發(fā)現(xiàn)和管理應(yīng)用中的各個組件，并將其注冊為Spring容器中的Bean。

通過上述機(jī)制，Spring Boot能夠智能識別項目依賴、自動配置Bean，并結(jié)合類路徑掃描確保所有相關(guān)的組件和服務(wù)都被正確地初始化和管理，我們就可以專注于業(yè)務(wù)邏輯的開發(fā)，而不必過多考慮基礎(chǔ)設(shè)施層面的配置問題。

總結(jié)

Spring Boot 應(yīng)用程序被打包成的jar包之所以可以直接通過 java -jar 命令運(yùn)行，是因為Spring Boot在構(gòu)建過程中做了一些特殊的設(shè)計和配置。具體原因：

1. Fat/Uber JAR: Spring Boot使用maven插件spring-boot-maven-plugin（或Gradle對應(yīng)的插件）將項目及其所有依賴項打包成一個單一的、自包含的jar文件，通常稱為“Fat JAR”或“Uber JAR”。這意味著不僅包含了自己的類文件，還包含了運(yùn)行應(yīng)用所需的所有第三方庫。
2. Manifest.MF: 在打包過程中，此插件會修改MANIFEST.MF文件，這是jar包中的一個元數(shù)據(jù)文件。在MANIFEST.MF中，特別指定了Main-Class屬性，該屬性指向Spring Boot的一個內(nèi)置的啟動類（如org.springframework.boot.loader.JarLauncher），這個啟動器類知道如何正確啟動Spring Boot應(yīng)用程序。
3. 嵌入式Servlet容器：Spring Boot默認(rèn)集成了諸如Tomcat、Jetty或Undertow等嵌入式Web容器，使得無需外部服務(wù)器環(huán)境也能運(yùn)行Web應(yīng)用。
4. 啟動器類加載器：當(dāng)通過java -jar運(yùn)行Spring Boot應(yīng)用時，JVM會根據(jù)MANIFEST.MF中的Main-Class找到并運(yùn)行指定的啟動器類。這個啟動器類加載器能夠解壓并加載內(nèi)部的依賴庫，并定位到實際的應(yīng)用主類（在spring-boot-starter-parent或@SpringBootApplication注解標(biāo)記的類），進(jìn)而執(zhí)行其main方法。
5. 類路徑掃描和自動配置：Spring Boot應(yīng)用通過特定的類路徑掃描機(jī)制和自動配置功能，能夠在啟動時識別出應(yīng)用所依賴的服務(wù)和組件，并自動配置它們，大大簡化了傳統(tǒng)Java應(yīng)用的配置和部署過程。

Spring Boot通過精心設(shè)計的打包流程和啟動器類，使得生成的jar包可以直接作為一個獨(dú)立的應(yīng)用程序運(yùn)行，極大地簡化了部署和運(yùn)維復(fù)雜度。