轉(zhuǎn)載自??jar包天天見，可是你知道它的運行機制嗎

今天介紹兩個大家每天都在用但是卻很少去了解它的知識點：spi 和 jar 運行機制，廢話不多說，開始正題。

spi

spi 是 Java 提供的一套用來被第三方實現(xiàn)或者擴展的 API ，它可以用來啟用框架擴展和替換組件。spi 機制是這樣的：讀取 META-INF/services/ 目錄下的元信息，然后 ServiceLoader 根據(jù)信息加載對應(yīng)的類，你可以在自己的代碼中使用這個被加載的類。要使用 Java SPI，需要遵循如下約定：

• 當(dāng)服務(wù)提供者提供了接口的一種具體實現(xiàn)后，在 jar 包的 META-INF/services 目錄下創(chuàng)建一個以 “接口全限定名” 命名的文件，內(nèi)容為實現(xiàn)類的全限定名；

• 接口實現(xiàn)類所在的 jar 包放在主程序的 classpath 中；

• 主程序通過 java.util.ServiceLoder 動態(tài)裝載實現(xiàn)模塊，它通過掃描 META-INF/services 目錄下的配置文件找到實現(xiàn)類的全限定名，把類加載到 JVM ；

• SPI 的實現(xiàn)類必須攜帶一個不帶參數(shù)的構(gòu)造方法；

現(xiàn)在我們來簡單的使用一下吧。

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spi 使用示例

建一個 maven 項目，定義一個接口 ( com.test.SpiTest )，并實現(xiàn)該接口（ com.test.SpiTestImpl）；然后在 src/main/resources/ 下建立 /META-INF/services 目錄， 新增一個以接口命名的文件 ( com.test.SpiTest)，內(nèi)容是要應(yīng)用的實現(xiàn)類（ com.test.SpiTestImpl）。

public interface SpiTest {void test();}public class SpiTestImpl implements SpiTest {@Overridepublic void test() {System.out.println("test");}}

然后在我們的應(yīng)用程序中使用 ServiceLoader來加載配置文件中指定的實現(xiàn)。

public static void main(String[] args) {ServiceLoader<SpiTest> load = ServiceLoader.load(SpiTest.class);SpiTest next = load.iterator().next();next.test();}

這便是 spi 的使用方式了，簡約而不簡單。

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spi 技術(shù)的應(yīng)用

那這一項技術(shù)有哪些方面的應(yīng)用呢？最直接的 jdbc 中我們需要指定數(shù)據(jù)庫驅(qū)動的全限定名，這便是 spi 技術(shù)。還有不少框架比如 dubbo ，都會預(yù)留 spi 擴展點比如：dubbo spi

為什么要這么做呢？在 Spring 框架中我們注入一個 bean 很容易，通過注解或者 xml 配置即可，然后在其他的地方就能使用這個 bean 。在非 Spring 框架下，我們想要有同樣的效果就可以考慮 spi 技術(shù)了。

寫過 SpringBoot 的 starter 的都知道，需要在 src/main/resources/ 下建立 /META-INF/spring.factories 文件。這其實也是一種spi技術(shù)的變形。

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jar 機制

通常項目中我們打 jar 包都是通過 maven 來進(jìn)行的，導(dǎo)致很多人忽略了這個東西的存在，就像很多人不知道 jdb.exe 是啥玩意一樣。下面我們不借助任何工具來打一個 jar 包并對 jar 文件結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析。

命令行打 jar 包

首先我們建立一個普通的 java 項目，新建幾個 class 類，然后在根目錄下新建 META-INF/MAINFEST.MF這個文件包含了 jar 的元信息，當(dāng)我們執(zhí)行 java -jar 的時候首先會讀取該文件的信息做相關(guān)的處理。我們來看看這個文件中可以配置哪些信息 ：

• Manifest-Version：用來定義 manifest 文件的版本，例如：Manifest-Version: 1.0

• Main-Class：定義 jar 文件的入口類，該類必須是一個可執(zhí)行的類，一旦定義了該屬性即可通過 java -jar x.jar 來運行該 jar 文件。

• Class-Path：指定該 jar 包所依賴的外部 jar 包，以當(dāng)前 jar 包所在的位置為相對路徑，無法指定 jar 包內(nèi)部的 jar 包

• 簽名相關(guān)屬性，包括?Name，?Digest-Algorithms，?SHA-Digest?等

定義好元信息之后我們就可以打 jar 包了，以下是打包的一些常用命令

• 默認(rèn)打包

生成的test.jar中就含test目錄和jar自動生成的META-INF目錄（內(nèi)含MAINFEST.MF清單文件）

jar -cvf test.jar test

• 查看包內(nèi)容

jar -tvf test.jar

• 解壓jar包

jar -xvf test.jar

• 提取jar包部分內(nèi)容

jar -xvf test.jar test\test.class

• 追加內(nèi)容到j(luò)ar包

追加 MAINFEST.MF 清單文件以外的文件，會追加整個目錄結(jié)構(gòu)

jar -uvf test.jar other\ss.class

• 追加清單文件

會追加整個目錄結(jié)構(gòu)( test.jar 會包含 META-INF 目錄)

jar -uMvf test.jar META-INF\MAINFEST.MF

• 創(chuàng)建自定義MAINFEST.MF的jar包

jar -cMvf test.jar test META-INF

通過 -m 選項配置自定義 MAINFEST.MF 文件時，自定義MAINFEST.MF 文件必須在位于工作目錄下才可以

jar -cmvf MAINFEST.MF test.jar test

jar 運行的過程

jar 運行過程和類加載機制有關(guān)，而類加載機制又和我們自定義的類加載器有關(guān)，現(xiàn)在我們先來了解一下雙親委派模式。

java 中類加載器分為三個：

• BootstrapClassLoader 負(fù)責(zé)加載?${JAVA_HOME}/jre/lib?部分 jar 包

• ExtClassLoader 加載?${JAVA_HOME}/jre/lib/ext?下面的 jar 包

• AppClassLoader 加載用戶自定義 -classpath 或者 Jar 包的 Class-Path 定義的第三方包

類的生命周期為：加載（Loading）、驗證（Verification）、準(zhǔn)備(Preparation)、解析(Resolution)、初始化(Initialization)、使用(Using) 和 卸載(Unloading)七個階段。

當(dāng)我們執(zhí)行 java -jar 的時候 jar 文件以二進(jìn)制流的形式被讀取到內(nèi)存，但不會加載到 jvm 中，類會在一個合適的時機加載到虛擬機中。類加載的時機：

• 遇到 new、getstatic、putstatic 或 invokestatic 這四條字節(jié)碼指令時，如果類沒有進(jìn)行過初始化，則需要先對其進(jìn)行初始化。這四條指令的最常見的 Java 代碼場景是使用 new 關(guān)鍵字實例化對象的時候，讀取或設(shè)置一個類的靜態(tài)字段調(diào)用一個類的靜態(tài)方法的時候。

• 使用 java.lang.reflect 包的方法對類進(jìn)行反射調(diào)用的時候，如果類沒有進(jìn)行過初始化，則需要先觸發(fā)其初始化。

• 當(dāng)初始化一個類的時候，如果發(fā)現(xiàn)其父類還沒有進(jìn)行過初始化，則需要先觸發(fā)其父類的初始化。

• 當(dāng)虛擬機啟動時，用戶需要指定一個要執(zhí)行的主類（包含 main() 方法的那個類），虛擬機會先初始化這個主類。

當(dāng)觸發(fā)類加載的時候，類加載器也不是直接加載這個類。首先交給 AppClassLoader ，它會查看自己有沒有加載過這個類，如果有直接拿出來，無須再次加載，如果沒有就將加載任務(wù)傳遞給 ExtClassLoader ，而 ExtClassLoader 也會先檢查自己有沒有加載過，沒有又會將任務(wù)傳遞給 BootstrapClassLoader ，最后 BootstrapClassLoader 會檢查自己有沒有加載過這個類，如果沒有就會去自己要尋找的區(qū)域去尋找這個類，如果找不到又將任務(wù)傳遞給 ExtClassLoader ，以此類推最后才是 AppClassLoader 加載我們的類。這樣做是確保類只會被加載一次。通常我們的類加載器只識別 classpath （這里的 classpath 指項目根路徑，也就是 jar 包內(nèi)的位置）下 .class 文件。jar 中其他的文件包括 jar 包被當(dāng)做了資源文件，而不會去讀取里面的 .class 文件。但實際上我們可以通過自定義類加載器來實現(xiàn)一些特別的操作

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Tomcat 的類加載器

Tomcat 的類加載機制是違反了雙親委托原則的，對于一些未加載的非基礎(chǔ)類(Object,String等)，各個 web 應(yīng)用自己的類加載器(WebAppClassLoader) 會優(yōu)先加載，加載不到時再交給 commonClassLoader 走雙親委托。

tomcat 的類加載器：

• Common 類加載器：負(fù)責(zé)加載?/common?目錄的類庫，這兒存放的類庫可被 tomcat 以及所有的應(yīng)用使用。

• Catalina 類加載器：負(fù)責(zé)加載?/server?目錄的類庫，只能被?tomcat?使用。

• Shared?類加載器：負(fù)載加載?/shared?目錄的類庫，可被所有的?web?應(yīng)用使用，但?tomcat?不可使用。

• WebApp?類加載器：負(fù)載加載單個?Web?應(yīng)用下?classes?目錄以及?lib?目錄的類庫，只能當(dāng)前應(yīng)用使用。

• Jsp?類加載器：負(fù)責(zé)加載?Jsp?，每一個?Jsp?文件都對應(yīng)一個?Jsp?加載器。

我們將一堆 jar 包放到 tomcat 的項目文件夾下， tomcat 運行的時候能加載到這些 jar 包的 class 就是因為這些類加載器對讀取到的二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行處理解析從中拿到了需要的類

SpringBoot 的 jar 包

當(dāng)我們將一個 SpringBoot 項目打好包之后，不妨解壓看看里面的結(jié)構(gòu)是什么樣子的的

run.jar

|——org

| |——springframework

| |——boot

| |——loader

| |——JarLauncher.class

| |——Launcher.class

|——META-INF

| |——MANIFEST.MF

|——BOOT-INF

| |——class

| |——Main.class

| |——Begin.class

| |——lib

| |——commons.jar

| |——plugin.jar

| |——resource

| |——a.jpg

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| |——b.jpg

classpath 可加載的類只有 JarLauncher.class， Launcher.class， Main.class， Begin.class。在 BOOT-INF/lib 和 BOOT-INF/class 里面的文件不屬于 classloader 搜素對象直接訪問的話會報 NoClassDefDoundErr 異常。Jar 包里面的資源以 Stream 的形式存在（他們本就處于 Jar 包之中），java 程序時可以訪問到的。當(dāng) springboot 運行 main 方法時在 main 中會運行 org.springframework.boot.loader.JarLauncher 和 Launcher.class 這兩個個加載器（你是否還及得前文提到過得 spi 技術(shù)），這個加載器去加載受 stream 中的 jar 包中的 class。這樣就實現(xiàn)了加載 jar 包中的 jar 這個功能否則正常的類加載器是無法加載 jar 包中的 jar 的 class 的，只會根據(jù) MAINFEST.MF 來加載 jar 外部的 jar 來讀取里面的 class。

如何自定義類加載器

public class MyClassLoader extends ClassLoader{private String classpath;public MyClassLoader(String classpath) {this.classpath = classpath;}@Overrideprotected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {// 該方法是根據(jù)一個name加載一個類，我們可以使用一個流來讀取path中的文件然后從文件中解析出class來}} 調(diào)用 defineClass() 方法加載類 public static void main(String []args) throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException, NoSuchMethodException, SecurityException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException{//自定義類加載器的加載路徑MyClassLoader myClassLoader=new MyClassLoader("D:\\lib");//包名+類名Class c=myClassLoader.loadClass("com.test.Test")if(c!=null){// 做點啥}}

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總結(jié)

本文從比較基礎(chǔ)的層面解讀了我們頻繁使用卻大部分人不是很了解的兩個知識點—— spi 和 jar 機制。希望大家看完這篇文章后能對 SpringBoot 中的一些“黑魔法”有更深入的了解，而不是停留在表面。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的jar包天天见，可是你知道它的运行机制吗的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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