引言

在傳統(tǒng)的Java應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)和部署場(chǎng)景中，開(kāi)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(duì)于基于Servlet規(guī)范的Java Web應(yīng)用，開(kāi)發(fā)完成后通常會(huì)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(guò)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(lài)庫(kù)的版本和加載順序，同時(shí)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(kāi)箱即用、約定優(yōu)于配置的理念徹底改變了Java應(yīng)用的開(kāi)發(fā)體驗(yàn)。其中一個(gè)標(biāo)志性特征便是Spring Boot應(yīng)用可以被打包成一個(gè)可直接運(yùn)行的jar文件，無(wú)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(gè)簡(jiǎn)單的命令行操作就能啟動(dòng)一個(gè)完整的Web服務(wù)或任何類(lèi)型的Java應(yīng)用呢？本文將深入剖析Spring Boot的打包過(guò)程和運(yùn)行原理，揭示其jar包是如何巧妙地集成了依賴(lài)、嵌入了Web容器、實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)配置等功能，從而使得開(kāi)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。

SpringBoot JAR包基礎(chǔ)概念

Fat JAR（也稱(chēng)作Uber JAR，也被戲稱(chēng)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(lài)庫(kù)與應(yīng)用程序自身的類(lèi)文件合并到了同一個(gè)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(xiàng)目的主代碼，還包括了所有必要的第三方庫(kù)、資源文件等一切運(yùn)行時(shí)所需要的組件。

Fat JAR的核心特點(diǎn)是“自包含”，意味著只需分發(fā)這一個(gè)文件即可部署應(yīng)用，無(wú)需再額外處理眾多的依賴(lài)庫(kù)。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(wú)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的安裝。

而對(duì)于普通jar包來(lái)說(shuō)，它通常僅包含一個(gè)模塊或應(yīng)用程序的一部分，主要用來(lái)封裝和組織Java類(lèi)及相關(guān)資源。在Java生態(tài)系統(tǒng)中，一個(gè)普通的jar包可能僅是一個(gè)庫(kù)，或者一組相關(guān)功能的集合，但它不會(huì)包含其他依賴(lài)的jar包，因此在運(yùn)行時(shí)需要與之相關(guān)的其他庫(kù)一起存在于類(lèi)路徑中。

相比之下，F(xiàn)at JAR則解決了依賴(lài)管理的問(wèn)題，通過(guò)將所有的依賴(lài)都納入其中，避免了由于類(lèi)路徑設(shè)置不正確導(dǎo)致的“缺失類(lèi)”或“找不到類(lèi)”的問(wèn)題。在Spring Boot項(xiàng)目中，通過(guò)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(gè)真正的“一站式”解決方案，只需使用java -jar命令就可以啟動(dòng)整個(gè)應(yīng)用程序，無(wú)需預(yù)先配置復(fù)雜的類(lèi)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(jiǎn)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(gè)可執(zhí)行的Fat JAR，使得開(kāi)發(fā)者能夠輕松地將整個(gè)Spring Boot應(yīng)用及其依賴(lài)項(xiàng)打包成單個(gè)文件，從而實(shí)現(xiàn)一鍵啟動(dòng)和便捷部署。

我們以Maven打包為例：

對(duì)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(huì)看到如下配置：

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

通過(guò)mvn package命令，Maven首先會(huì)按照標(biāo)準(zhǔn)流程構(gòu)建項(xiàng)目，隨后spring-boot-maven-plugin會(huì)執(zhí)行repackage目標(biāo)，該目標(biāo)會(huì)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(lài)項(xiàng)和適當(dāng)?shù)膯?dòng)器信息的Fat JAR。這樣生成的JAR可以直接通過(guò)java -jar命令啟動(dòng)。

Spring Boot應(yīng)用打包機(jī)制均確保了生成的包不僅包含了項(xiàng)目本身的類(lèi)，還包含了運(yùn)行時(shí)所必需的所有依賴(lài)庫(kù)，以及一些特定的元數(shù)據(jù)（如MANIFEST.MF中的啟動(dòng)類(lèi)信息）。這一特性大大簡(jiǎn)化了部署過(guò)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：

• 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(dòng)類(lèi)加載器。

• BOOT-INF/classes/: 存放項(xiàng)目自身的類(lèi)文件和資源文件。

• BOOT-INF/lib/: 放置所有依賴(lài)的jar包，包括Spring Boot starter依賴(lài)以及其他第三方庫(kù)。（如果項(xiàng)目中有靜態(tài)資源文件，也會(huì)在BOOT-INF下有對(duì)應(yīng)的static、templates等目錄）

Spring Boot啟動(dòng)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(lài)于它的啟動(dòng)器以及Loader機(jī)制，而對(duì)于Loader機(jī)制主要利用MANIFEST.MF文件以及其內(nèi)部類(lèi)加載邏輯。

MANIFEST.MF文件是什么？

MANIFEST.MF是JAR文件內(nèi)的一個(gè)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?yàn)樗O(shè)置了Main-Class屬性，指示了用于啟動(dòng)整個(gè)應(yīng)用程序的類(lèi)，這個(gè)類(lèi)通常是org.springframework.boot.loader.JarLauncher或其他由Spring Boot提供的啟動(dòng)器類(lèi)。

Main-Class屬性指向的JarLauncher類(lèi)是Spring Boot自定義的類(lèi)加載器體系的一部分。JarLauncher繼承自org.springframework.boot.loader.Launcher，專(zhuān)門(mén)用于啟動(dòng)以Fat JAR形式發(fā)布的Spring Boot應(yīng)用。JarLauncher負(fù)責(zé)創(chuàng)建一個(gè)類(lèi)加載器LaunchedURLClassLoader。

當(dāng)通過(guò)java -jar命令執(zhí)行Spring Boot jar包時(shí)，JVM會(huì)依據(jù)MANIFEST.MF中的Main-Class啟動(dòng)指定的啟動(dòng)器。

Spring Boot的啟動(dòng)器類(lèi)加載器LaunchedURLClassLoader首先會(huì)讀取MANIFEST.MF中的附加屬性，如Start-Class（標(biāo)識(shí)應(yīng)用的實(shí)際主類(lèi)）和Spring-Boot-Lib（指向內(nèi)部依賴(lài)庫(kù)的位置）。

啟動(dòng)類(lèi)加載器工作流程如下：

1. 當(dāng)啟動(dòng)器類(lèi)加載器啟動(dòng)時(shí)，它會(huì)根據(jù)MANIFEST.MF中的信息來(lái)組織類(lèi)路徑，保證所有內(nèi)部的依賴(lài)庫(kù)都能正確地被加載。

2. 加載器會(huì)區(qū)分出 BOOT-INF/classes中的應(yīng)用程序類(lèi)和 BOOT-INF/lib 下的依賴(lài)庫(kù)，分別處理并加入到類(lèi)加載器的搜索路徑中。

3. 加載器加載并執(zhí)行實(shí)際的Start-Class，即應(yīng)用的主類(lèi)，觸發(fā)Spring Boot框架的初始化和應(yīng)用的啟動(dòng)流程。比如示例中的應(yīng)用主類(lèi)：com.springboot.base.SpringBootBaseApplication

Spring Boot的啟動(dòng)器和加載器機(jī)制有效地實(shí)現(xiàn)了對(duì)自包含jar包的管理和執(zhí)行，我們無(wú)需關(guān)心復(fù)雜的類(lèi)路徑配置和依賴(lài)加載，只需通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的命令即可啟動(dòng)一個(gè)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(wú)縫整合并內(nèi)嵌多種輕量級(jí)Web容器，比如：Apache Tomcat、Jetty、Undertow以及Reactor Netty（對(duì)于響應(yīng)式編程模型）。內(nèi)嵌Web容器的引入極大地簡(jiǎn)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(lài)時(shí)，默認(rèn)情況下會(huì)自動(dòng)配置并啟動(dòng)一個(gè)內(nèi)嵌的Web容器。在Spring Boot啟動(dòng)的過(guò)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(duì)外提供HTTP服務(wù)。

Spring Boot內(nèi)嵌web容器的優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)化部署，通過(guò)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?wèn)題；同時(shí)加快了啟動(dòng)速度，尤其在開(kāi)發(fā)和測(cè)試階段，實(shí)現(xiàn)近乎即時(shí)的熱重啟；提高了應(yīng)用的穩(wěn)定性，因?yàn)殚_(kāi)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(wèn)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(chǎng)景的需求。通過(guò)內(nèi)嵌Web容器，Spring Boot真正實(shí)現(xiàn)了“開(kāi)箱即用”的理念。

自動(dòng)配置與類(lèi)路徑掃描

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

當(dāng)應(yīng)用啟動(dòng)時(shí)，Spring Boot會(huì)讀取resource/META-INF/spring.factories文件，該文件列出了所有可用的自動(dòng)配置類(lèi)。當(dāng)它檢測(cè)到應(yīng)用環(huán)境中對(duì)應(yīng)的自動(dòng)配置類(lèi)就會(huì)生效，通過(guò)@Configuration注解的類(lèi)創(chuàng)建并注冊(cè)Bean到Spring容器中，從而實(shí)現(xiàn)Bean的自動(dòng)裝配。

這里說(shuō)明下，在springboot3.x以后，就不在從resource/META-INF/spring.factories讀取自動(dòng)配置類(lèi)了，而是從org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports中讀取，這一點(diǎn)請(qǐng)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(lái)智能判斷何時(shí)應(yīng)用特定的配置。這些注解可以根據(jù)類(lèi)路徑中是否存在特定類(lèi)、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(gè)自動(dòng)配置類(lèi)。這意味著只有當(dāng)滿足特定條件時(shí)，相應(yīng)的Bean才會(huì)被創(chuàng)建和注入。

而對(duì)于應(yīng)用主類(lèi)則是用@SpringBootApplication注解標(biāo)識(shí)。@SpringBootApplication是一個(gè)復(fù)合注解，包含了@SpringBootConfiguration、@EnableAutoConfiguration和@ComponentScan三個(gè)注解的功能。其中

• @SpringBootConfiguration是一個(gè)Spring配置類(lèi)，可以替代@Configuration注解，聲明當(dāng)前類(lèi)是Spring配置類(lèi)，里面包含了一系列@Bean方法或@ConfigurationProperties等配置。

• @EnableAutoConfiguration啟用自動(dòng)配置特性，告訴Spring Boot根據(jù)應(yīng)用類(lèi)路徑中的依賴(lài)來(lái)自動(dòng)配置Bean。Spring Boot會(huì)根據(jù)類(lèi)路徑掃描的結(jié)果，智能地決定哪些自動(dòng)配置類(lèi)應(yīng)當(dāng)生效。

• @ComponentScan會(huì)自動(dòng)掃描和管理Spring組件，包括@Service、@Repository、@Controller和@Component等注解標(biāo)注的類(lèi)。通過(guò)該注解，Spring Boot能自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和管理應(yīng)用中的各個(gè)組件，并將其注冊(cè)為Spring容器中的Bean。

通過(guò)上述機(jī)制，Spring Boot能夠智能識(shí)別項(xiàng)目依賴(lài)、自動(dòng)配置Bean，并結(jié)合類(lèi)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(zhuān)注于業(yè)務(wù)邏輯的開(kāi)發(fā)，而不必過(guò)多考慮基礎(chǔ)設(shè)施層面的配置問(wèn)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(guò) java -jar 命令運(yùn)行，是因?yàn)镾pring Boot在構(gòu)建過(guò)程中做了一些特殊的設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)的插件）將項(xiàng)目及其所有依賴(lài)項(xiàng)打包成一個(gè)單一的、自包含的jar文件，通常稱(chēng)為“Fat JAR”或“Uber JAR”。這意味著不僅包含了自己的類(lèi)文件，還包含了運(yùn)行應(yīng)用所需的所有第三方庫(kù)。

2. Manifest.MF: 在打包過(guò)程中，此插件會(huì)修改MANIFEST.MF文件，這是jar包中的一個(gè)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(gè)內(nèi)置的啟動(dòng)類(lèi)（如org.springframework.boot.loader.JarLauncher），這個(gè)啟動(dòng)器類(lèi)知道如何正確啟動(dòng)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(wú)需外部服務(wù)器環(huán)境也能運(yùn)行Web應(yīng)用。

4. 啟動(dòng)器類(lèi)加載器：當(dāng)通過(guò)java -jar運(yùn)行Spring Boot應(yīng)用時(shí)，JVM會(huì)根據(jù)MANIFEST.MF中的Main-Class找到并運(yùn)行指定的啟動(dòng)器類(lèi)。這個(gè)啟動(dòng)器類(lèi)加載器能夠解壓并加載內(nèi)部的依賴(lài)庫(kù)，并定位到實(shí)際的應(yīng)用主類(lèi)（在spring-boot-starter-parent或@SpringBootApplication注解標(biāo)記的類(lèi)），進(jìn)而執(zhí)行其main方法。

5. 類(lèi)路徑掃描和自動(dòng)配置：Spring Boot應(yīng)用通過(guò)特定的類(lèi)路徑掃描機(jī)制和自動(dòng)配置功能，能夠在啟動(dòng)時(shí)識(shí)別出應(yīng)用所依賴(lài)的服務(wù)和組件，并自動(dòng)配置它們，大大簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)Java應(yīng)用的配置和部署過(guò)程。

Spring Boot通過(guò)精心設(shè)計(jì)的打包流程和啟動(dòng)器類(lèi)，使得生成的jar包可以直接作為一個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用程序運(yùn)行，極大地簡(jiǎn)化了部署和運(yùn)維復(fù)雜度。

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