spring-boot-maven-plugin插件打包和java -jar命令执行原理

1. Maven生命周期

Maven的生命周期有三种：

1. clean：清除项目构建数据，较为简单，不深入探讨；
2. site：建立和部署项目站点，使用的较少，也不深入探讨；
3. default：定义了项目构建时所需要的所有步骤，是Maven生命周期中最核心最重要的的部分。

本次要深入了解的便是default流程。其生命周期如下：

阶段	可否执行	说明
validate	√	验证项目是否正确以及所有必要信息是否可用
initialize	X	初始化构建状态
generate-sources	X	生成编译阶段需要的所有源码文件
process-sources	X	处理源码文件，例如过滤某些值
generate-resources	X	生成项目打包阶段需要的资源文件
process-resources	X	处理资源文件，并复制到输出目录，为打包阶段做准备
compile	√	编译源代码，并移动到输出目录
process-classes	X	处理编译生成的字节码文件
generate-test-sources	X	生成编译阶段需要的测试源代码
process-test-sources	X	处理测试资源，并复制到测试输出目录
test-compile	X	编译测试源代码并移动到测试输出目录中
test	√	使用适当的单元测试框架（如junit）运行测试
prepare-package	X	在真正打包前执行一些必要的操作
package	√	获取编译后的代码，并按照可发布的格式进行打包，如jar、war或ear文件
pre-integration-test	X	在集成测试执行之前，执行所需的操作，例如设置环境变量
integration-test	X	处理和部署所需的包到集成测试能够运行的环境中
post-integration-test	X	在集成测试被执行后执行必要的操作，例如清理环境
verify	√	对集成测试的结果进行检查，以保证质量达标
install	√	安装打包的项目到本地仓库，以供本地其它项目使用
deploy	√	拷贝最终的包文件到远程仓库中，以共享给其它开发人员和项目

其中可以在Maven常见的Lifecycle中直接执行的有validate、compile、test、package、verify和deploy七种，一般在Maven的plugin标签中，可以通过配置如下配置来指定插件在某个阶段生效，需要注意的是不可随意配置，每个插件可处理的阶段都是不同的。（不配置则执行插件默认的）

<executions><execution><phase>XX</phase><goals><goal>XXXX</goal></goals></execution>
</executions>

今天要深入了解的spring-boot-maven-plugin插件就是在package阶段中生效的。

2. jar包结构

通常而言，jar包分为可执行jar包和不可执行jar包，顾名思义，可执行jar包即可通过命令java -jar直接执行，不可执行jar包通过命令java -jar执行则会报错。

2.1 不可执jar包结构

|-- _jar包根目录|-- 原项目class文件和resource文件|-- _META-INF|-- MANIFEST.MF|-- _maven|-- _项目目录|-- pom.properties|-- pom.xml

上面是经典的不可执行jar包目录，其中MANIFEST.MF文件内容如下：

Manifest-Version: 1.0
Archiver-Version: Plexus Archiver
Built-By: xxxxx
Created-By: Apache Maven 3.5.0
Build-Jdk: 1.8.0_151

这五项是最基本的，如果使用java -jar执行这些jar包，将会抛出错误码java.launcher.jar.error3，意为没找到Main-Class属性。不同语言展示的最终描述不同，由launcher+对应语言类转换，简体中文在launcher_zh_CN类中转换，{0}为jar包名称，内容如下：

{0}中没有主清单属性

英文在launcher类中转换，{0}为jar包名称，内容如下：

no main manifest attribute, in {0}

2.2 可执行jar包结构

可执行jar包结构挑选经典的springboot启动包来做示范：

|-- _jar包根目录|-- _BOOT-INF|-- _classes|-- 原项目class文件和resource文件|-- _lib|--原项目依赖的jar库文件|-- _META-INF|-- MANIFEST.MF|-- spring-configuration-metadata.json（springboot项目特有）|-- build-info.properties|-- _maven|-- _项目目录|-- pom.properties|-- pom.xml

上一节我们得知了如果在MANIFEST.MF中没有Main-Class属性，使用java -jar命令执行jar包会报错，接下来看看在可执行jar包的结构，MANIFEST.MF中具体有什么属性：

Manifest-Version: 1.0
Spring-Boot-Classpath-Index: BOOT-INF/classpath.idx
Implementation-Title: XXXX
Implementation-Version: 1.0-SNAPSHOT
Spring-Boot-Layers-Index: BOOT-INF/layers.idx
Spring-Boot-Classes: BOOT-INF/classes/
Spring-Boot-Lib: BOOT-INF/lib/
Build-Jdk-Spec: 1.8
Spring-Boot-Version: 2.1.6.RELEASE
Created-By: Maven Archiver 3.4.0
Start-Class: XXX.XXX.XXX.XXXX
Main-Class: org.springframework.boot.loader.JarLauncher

里面有两个很重要的属性：Start-Class和Main-Class，其中Start-Class指的是项目中springboot的SpringApplication启动类，而Main-Class则是jar包的启动类入口。

3. spring-boot-maven-plugin插件打包

springboot打包插件执行原理：

1. 读取原jar包：Maven插件都能读MavenProject对象内容，从中可以读取到Artifact信息，调用该对象的getFile()方法即可获取原jar包文件对象；
2. 读取项目依赖jar库：直接使用MavenProject对象的getArtifacts()方法即可获取依赖的jar库；
3. 加载launchScript：读取embeddedLaunchScript配置，并构建LaunchScript对象；
4. 重新改写MANIFEST.MF：到此步骤开始为repackage的核心流程，改写清单文件时最主要的便是写入Start-Class和Main-Class属性，除此之外还会写入jar库和原项目文件目录属性；
5. 写入spring-boot-loader包文件：该包是springboot对接java -jar执行命令的核心处理逻辑，springboot打包后加入的Main-Class: org.springframework.boot.loader.JarLauncher属性指向的类便是此包中的jar包启动类，如果war包则会写入war包启动类；
6. 写入原项目文件：原项目文件会被挪到BOOT-INF/classes/目录下；
7. 写入项目依赖jar库：原项目依赖的jar库会被写入到BOOT-INF/lib/目录下。

如果要看spring-boot-maven-plugin插件打包源码以分析原理，可导入插件的依赖，此时就能看到该插件的源码。如果使用的是IDEA，下载源码后打上断点，在执行package时，使用debug模式启动也能直接进行调试。

<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId><version>XXXXX</version>
</dependency>

4. 执行jar原理

将会分析执行java -jar命令后，Java程序调用到Springboot启动类main方法的流程。

1. JVM启动，执行加载主函数LoadMainClass：此时是在JVM底层实现的，里面指定了LauncherHelper类；
2. 执行LauncherHelper的checkAndLoadMain方法：JVM将会调用LauncherHelper的checkAndLoadMain方法，解析并校验jar包，并获取主要的启动类；
3. 解析jar的MANIFEST.MF文件：在此方法中会完成读取MANIFEST.MF文件，主要是读取其中的Main-Class属性，并做jar包启动的校验；
4. GetStaticMethodID方法：JVM获取到Main-Class类对象，调用Main-Class类对象的main方法；
5. 执行JarLauncher的main方法：JarLauncher继承自Launcher，main方法最后还是会调用到Launcher.launch()方法中；
6. 读取jar的Start-Class：此时会读取jar包的Start-Class属性，该属性就是原项目的SpringApplication启动类；
7. 调用启动类的main方法：调用MainMethodRunner的run方法，里面会调用Start-Class类的main方法
8. 此时调入到自定义的启动类中，完成启动Springboot程序的入口程序。