java -jar xx.jar是如何运行的

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前言

刚学java时，我们还都不会用ide，那会我们都直接使用javac编译，java来运行；但都是针对单个文件；这个是容易理解的；可当一个完整项目的springboot 的jar包通过java -jar 后是如何运行的呢？

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一、jar包是什么？

首先我们要知道java是不支持jar包中内嵌jar包的读取的；所以像springboot打包好的jar包，里面是有lib文件夹，里面全是*.jar。这种情况单靠java是不可能读取里面的class文件的。
对于jar文件，我们首先要明白它实际上是哟有两种情况的：

1. 一种就是咱们经常能看到的，通过springboot打包好的可运行jar，这是一种；
2. 还有一种就是我们缺少思考没有想过，但却能看到的，就是我们开发引用的jar包，也就是springboot打包好的jar包中的lib文件夹下的jar包，这些jar包，或者说依赖，也都是一个个单独的jar包；

二、他们的区别

1.功能目的

虽然都是以.jar结尾，但功能不同：一个是可运行的jar，目的就是为了可以单独运行；一个是作为依赖的jar（它是不能单独运行的，即使它有内置tomcat也不行的），目的就是被别人引用；

2.文件目录

下图是一个可运行jar的内部目录结构和一个依赖jar的内部结构

图1 这是一个简单Springboot项目的目录结构

图2 这是logback-classic-1.2.10.jar的目录结构

这个只是给出了目录结构，具体不同，大家可以自己找两个jar包仔细对比的看下。这里只说结论：

相同点：

1.META-INF目录下都有maven目录，这个目录里面放着pom.xml的配置文件；

2.META-INF目录下都有MANIFEST.MF。

不同点：

1.BOOT-INF是可运行jar包才有的，里面classes目录是咱们写的代码的classs文件，另一个lib就是其他依赖jar包的位置；
2.普通的依赖jar包，则是直接将业务放到与META-INF同级的目录中。
3.可运行jar的META-INF下无services目录，普通jar有

4.都有的org目录，但里面东西却不同。

3.运行原理

我们知道tomcat在没有项目的情况下也是能独立启动的，java一样，即使没有jar包运行，单独也是可运行的，就是我们的jvm。jvm的启动加载运行jvm类加载机制与过程，这里就不再赘述了。

1.springboot的入口

还记得上面的MANIFEST.MF文件吗

这个就是springboot的入口，而这个文件的位置就是根目录org下，这个目录是在咱项目打jar包的时候就生成了的。spring-boot-loader是SpringBoot的引导程序，当你使用Maven-Install打包一个SpringBoot单一JAR包时，SpringBootLoader的代码被拷贝到JAR中。（即这个org目录）

SpringBootLoader读取内嵌JAR资源的关键（内嵌JAR以STORED模式存储）（即：非压缩，另一个模式是：DEFLATED）

2.Springbootloader作用

我们看到，SpringBootLoader：

1. 接管了SpringBoot程序的启动入口（Main-Class）
2. 对JDK中java.util.zip.ZipFile实现了扩展，以便支持内嵌JAR中class的随机访问
   3.提供了SpringBoot-ClassLoader负责BOOT-INF下classes、lib的资源加载（Spring-Boot-Classes、Spring-Boot-Lib内容构成了应用真正的class-path）
   通俗来讲就是，我们开发认为的主方法，并不是程序运行真正的主方法，它的前面还有JarLauncher；
   4.是JarLauncher最终通过JarFile类的成员变量manifestSupplier关联上的：
   5.jvm如何识别MANIFEST.MF文件的Main-Class？

在oracle官网找到了该命令的描述：

If the -jar option is specified, its argument is the name of the JAR
file containing class and resource files for the application. The
startup class must be indicated by the Main-Class manifest header in
its source code.

再次秀出我蹩脚的英文翻译：

1. 使用-jar参数时，后面的参数是的jar文件名(本例中是springbootstarterdemo-0.0.1-SNAPSHOT.jar)；
2. 该jar文件中包含的是class和资源文件；
3. 在manifest文件中有Main-Class的定义；
4. Main-Class的源码中指定了整个应用的启动类；(in its source code)

小结一下：
java -jar会去找jar中的MANIFEST.MF文件的Main-Class，在那里面找到真正的启动类；

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总结

所以，从jvm到springboot，实际流程如下。

操作系统底层c/c++启动jre --> 找到MANIFEST.MF文件通过JarLauncher --> Application.java的main方法

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额外补充

上面主要讲了springboot的主类是如何被java找到的，但jvm是如何找到JarLauncher的呢？

下面是我找的一个解释：

1.首先main方法执行需要一个操作来启动，像java Mm这种命令
2.这种命令首先是操作系统解析找到java命令属于jdk的东西，并调用jdk的的启动函数， 就像windows的双击操作一样，双击肯定是操作系统搞了什么小动作打开了软件
3.当操作系统调用了虚拟机的命令后，虚拟机会拿到命令的参数比如 Mm，然后去找编译后的文件
4.虚拟机找到文件后会调用jdk中的java代码，找到这个类sun.launcher.LauncherHelper，这个类作为一个工具类，作为桥梁链接了c++和java代码
5.调用sun.launcher.LauncherHelper类的checkAndLoadMain方法，通过这个方法找执行类Mm的Main方法
6.加载好之后执行Main

这是另一个解释：

在JavaMain()函数（定义在openjdk/jdk/src/share/bin/java.c文件中）中调用LoadMainClass()函数加载Java主类。

我们先看下LoadMainClass的细节，看看她咋加载的。通过GetLauncherHelperClass方法，我们终于看到了熟悉的身影：sun/launcher/LauncherHelper

LoadMainClass做了三件事：
1、获取LauncherHelper实例
2、通过checkAndLoadMain方法使用ClassLoader.getSystemClassLoader初始化org.springframework.boot.loader.JarLauncher class
3、makePlatformString获取utf-8后的string

下面附上这个类的截图

在jvm核心包rt.jar中。

Java 离 Linux 内核到底有多远？
第 1 步，调用 InitializeJVM 初始化 JVM。InitializeJVM 会调用 ifn->CreateJavaVM，也就是libjvm.so 中的 JNI_CreateJavaVM。

第 2 步，LoadMainClass，最终调用的是 JVM_FindClassFromBootLoader，也是通过动态链接找到函数（定义在 hotspot/share/prims/ 下），然后调用它。

第 3 和第 4 步，Java 的同学应该知道，这就是调用 main 函数。

加载主类LoadMainClass
LoadMainClass执行过程，主要是利用JNI方法来获取主类名称，进行类名处理，以及加载主类。

LauncherHelper你的祖坟终于找到了！！！

Java → JVM → glibc → 内核
JVM启动过程源码流程分析