轉(zhuǎn)載自??jar包天天見(jiàn)，可是你知道它的運(yùn)行機(jī)制嗎

今天介紹兩個(gè)大家每天都在用但是卻很少去了解它的知識(shí)點(diǎn)：spi 和 jar 運(yùn)行機(jī)制，廢話(huà)不多說(shuō)，開(kāi)始正題。

spi

spi 是 Java 提供的一套用來(lái)被第三方實(shí)現(xiàn)或者擴(kuò)展的 API ，它可以用來(lái)啟用框架擴(kuò)展和替換組件。spi 機(jī)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(duì)應(yīng)的類(lèi)，你可以在自己的代碼中使用這個(gè)被加載的類(lèi)。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(shí)現(xiàn)后，在 jar 包的 META-INF/services 目錄下創(chuàng)建一個(gè)以 “接口全限定名” 命名的文件，內(nèi)容為實(shí)現(xiàn)類(lèi)的全限定名；

• 接口實(shí)現(xiàn)類(lèi)所在的 jar 包放在主程序的 classpath 中；

• 主程序通過(guò) java.util.ServiceLoder 動(dòng)態(tài)裝載實(shí)現(xiàn)模塊，它通過(guò)掃描 META-INF/services 目錄下的配置文件找到實(shí)現(xiàn)類(lèi)的全限定名，把類(lèi)加載到 JVM ；

• SPI 的實(shí)現(xiàn)類(lèi)必須攜帶一個(gè)不帶參數(shù)的構(gòu)造方法；

現(xiàn)在我們來(lái)簡(jiǎn)單的使用一下吧。

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spi 使用示例

建一個(gè) maven 項(xiàng)目，定義一個(gè)接口 ( com.test.SpiTest )，并實(shí)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(gè)以接口命名的文件 ( com.test.SpiTest)，內(nèi)容是要應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)類(lèi)（ 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(lái)加載配置文件中指定的實(shí)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(jiǎn)約而不簡(jiǎn)單。

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spi 技術(shù)的應(yīng)用

那這一項(xiàng)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(kù)驅(qū)動(dòng)的全限定名，這便是 spi 技術(shù)。還有不少框架比如 dubbo ，都會(huì)預(yù)留 spi 擴(kuò)展點(diǎn)比如：dubbo spi

為什么要這么做呢？在 Spring 框架中我們注入一個(gè) bean 很容易，通過(guò)注解或者 xml 配置即可，然后在其他的地方就能使用這個(gè) 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(xiě)過(guò) 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(shí)也是一種spi技術(shù)的變形。

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jar 機(jī)制

通常項(xiàng)目中我們打 jar 包都是通過(guò) maven 來(lái)進(jìn)行的，導(dǎo)致很多人忽略了這個(gè)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(lái)打一個(gè) jar 包并對(duì) 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(gè)普通的 java 項(xiàng)目，新建幾個(gè) class 類(lèi)，然后在根目錄下新建 META-INF/MAINFEST.MF這個(gè)文件包含了 jar 的元信息，當(dāng)我們執(zhí)行 java -jar 的時(shí)候首先會(huì)讀取該文件的信息做相關(guān)的處理。我們來(lái)看看這個(gè)文件中可以配置哪些信息 ：

• Manifest-Version：用來(lái)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(lèi)，該類(lèi)必須是一個(gè)可執(zhí)行的類(lèi)，一旦定義了該屬性即可通過(guò) java -jar x.jar 來(lái)運(yùn)行該 jar 文件。

• Class-Path：指定該 jar 包所依賴(lài)的外部 jar 包，以當(dāng)前 jar 包所在的位置為相對(duì)路徑，無(wú)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(dòng)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(huì)追加整個(gè)目錄結(jié)構(gòu)

jar -uvf test.jar other\ss.class

• 追加清單文件

會(huì)追加整個(gè)目錄結(jié)構(gòu)( test.jar 會(huì)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(guò) -m 選項(xiàng)配置自定義 MAINFEST.MF 文件時(shí)，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(yùn)行的過(guò)程

jar 運(yùn)行過(guò)程和類(lèi)加載機(jī)制有關(guān)，而類(lèi)加載機(jī)制又和我們自定義的類(lèi)加載器有關(guān)，現(xiàn)在我們先來(lái)了解一下雙親委派模式。

java 中類(lèi)加載器分為三個(gè)：

• 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(hù)自定義 -classpath 或者 Jar 包的 Class-Path 定義的第三方包

類(lèi)的生命周期為：加載（Loading）、驗(yàn)證（Verification）、準(zhǔn)備(Preparation)、解析(Resolution)、初始化(Initialization)、使用(Using) 和 卸載(Unloading)七個(gè)階段。

當(dāng)我們執(zhí)行 java -jar 的時(shí)候 jar 文件以二進(jìn)制流的形式被讀取到內(nèi)存，但不會(huì)加載到 jvm 中，類(lèi)會(huì)在一個(gè)合適的時(shí)機(jī)加載到虛擬機(jī)中。類(lèi)加載的時(shí)機(jī)：

• 遇到 new、getstatic、putstatic 或 invokestatic 這四條字節(jié)碼指令時(shí)，如果類(lèi)沒(méi)有進(jìn)行過(guò)初始化，則需要先對(duì)其進(jìn)行初始化。這四條指令的最常見(jiàn)的 Java 代碼場(chǎng)景是使用 new 關(guān)鍵字實(shí)例化對(duì)象的時(shí)候，讀取或設(shè)置一個(gè)類(lèi)的靜態(tài)字段調(diào)用一個(gè)類(lèi)的靜態(tài)方法的時(shí)候。

• 使用 java.lang.reflect 包的方法對(duì)類(lèi)進(jìn)行反射調(diào)用的時(shí)候，如果類(lèi)沒(méi)有進(jìn)行過(guò)初始化，則需要先觸發(fā)其初始化。

• 當(dāng)初始化一個(gè)類(lèi)的時(shí)候，如果發(fā)現(xiàn)其父類(lèi)還沒(méi)有進(jìn)行過(guò)初始化，則需要先觸發(fā)其父類(lèi)的初始化。

• 當(dāng)虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)，用戶(hù)需要指定一個(gè)要執(zhí)行的主類(lèi)（包含 main() 方法的那個(gè)類(lèi)），虛擬機(jī)會(huì)先初始化這個(gè)主類(lèi)。

當(dāng)觸發(fā)類(lèi)加載的時(shí)候，類(lèi)加載器也不是直接加載這個(gè)類(lèi)。首先交給 AppClassLoader ，它會(huì)查看自己有沒(méi)有加載過(guò)這個(gè)類(lèi)，如果有直接拿出來(lái)，無(wú)須再次加載，如果沒(méi)有就將加載任務(wù)傳遞給 ExtClassLoader ，而 ExtClassLoader 也會(huì)先檢查自己有沒(méi)有加載過(guò)，沒(méi)有又會(huì)將任務(wù)傳遞給 BootstrapClassLoader ，最后 BootstrapClassLoader 會(huì)檢查自己有沒(méi)有加載過(guò)這個(gè)類(lèi)，如果沒(méi)有就會(huì)去自己要尋找的區(qū)域去尋找這個(gè)類(lèi)，如果找不到又將任務(wù)傳遞給 ExtClassLoader ，以此類(lèi)推最后才是 AppClassLoader 加載我們的類(lèi)。這樣做是確保類(lèi)只會(huì)被加載一次。通常我們的類(lèi)加載器只識(shí)別 classpath （這里的 classpath 指項(xiàng)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(huì)去讀取里面的 .class 文件。但實(shí)際上我們可以通過(guò)自定義類(lèi)加載器來(lái)實(shí)現(xiàn)一些特別的操作

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Tomcat 的類(lèi)加載器

Tomcat 的類(lèi)加載機(jī)制是違反了雙親委托原則的，對(duì)于一些未加載的非基礎(chǔ)類(lèi)(Object,String等)，各個(gè) web 應(yīng)用自己的類(lèi)加載器(WebAppClassLoader) 會(huì)優(yōu)先加載，加載不到時(shí)再交給 commonClassLoader 走雙親委托。

tomcat 的類(lèi)加載器：

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

• Catalina 類(lèi)加載器：負(fù)責(zé)加載?/server?目錄的類(lèi)庫(kù)，只能被?tomcat?使用。

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

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

• Jsp?類(lèi)加載器：負(fù)責(zé)加載?Jsp?，每一個(gè)?Jsp?文件都對(duì)應(yīng)一個(gè)?Jsp?加載器。

我們將一堆 jar 包放到 tomcat 的項(xiàng)目文件夾下， tomcat 運(yùn)行的時(shí)候能加載到這些 jar 包的 class 就是因?yàn)檫@些類(lèi)加載器對(duì)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(lèi)

SpringBoot 的 jar 包

當(dāng)我們將一個(gè) SpringBoot 項(xiàng)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(lèi)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(duì)象直接訪(fǎng)問(wèn)的話(huà)會(huì)報(bào) 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(shí)可以訪(fǎng)問(wèn)到的。當(dāng) springboot 運(yùn)行 main 方法時(shí)在 main 中會(huì)運(yùn)行 org.springframework.boot.loader.JarLauncher 和 Launcher.class 這兩個(gè)個(gè)加載器（你是否還及得前文提到過(guò)得 spi 技術(shù)），這個(gè)加載器去加載受 stream 中的 jar 包中的 class。這樣就實(shí)現(xiàn)了加載 jar 包中的 jar 這個(gè)功能否則正常的類(lèi)加載器是無(wú)法加載 jar 包中的 jar 的 class 的，只會(huì)根據(jù) MAINFEST.MF 來(lái)加載 jar 外部的 jar 來(lái)讀取里面的 class。

如何自定義類(lèi)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(gè)name加載一個(gè)類(lèi)，我們可以使用一個(gè)流來(lái)讀取path中的文件然后從文件中解析出class來(lái)}} 調(diào)用 defineClass() 方法加載類(lèi) public static void main(String []args) throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException, NoSuchMethodException, SecurityException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException{//自定義類(lèi)加載器的加載路徑MyClassLoader myClassLoader=new MyClassLoader("D:\\lib");//包名+類(lèi)名Class c=myClassLoader.loadClass("com.test.Test")if(c!=null){// 做點(diǎn)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(gè)知識(shí)點(diǎn)—— spi 和 jar 機(jī)制。希望大家看完這篇文章后能對(duì) 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?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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