Springboot中的jar是怎樣的

# Spring Boot中的JAR是怎樣的

## 引言

在現代Java開發中，Spring Boot已經成為構建企業級應用的首選框架。其核心特性之一就是能夠將應用程序打包成一個獨立的、可執行的JAR文件（通常稱為"fat JAR"或"uber JAR"）。這種打包方式徹底改變了傳統Java應用的部署模式，使開發者能夠輕松地構建、發布和運行Spring Boot應用。本文將深入探討Spring Boot JAR的結構、工作原理、創建過程以及相關的高級主題，幫助開發者全面理解這一關鍵技術。

## 一、傳統JAR與Spring Boot可執行JAR的區別

### 1.1 標準JAR文件結構

傳統的Java JAR（Java Archive）文件遵循Zip格式，包含編譯后的.class文件、資源文件和可選的META-INF/MANIFEST.MF清單文件。典型結構如下：

myapp.jar ├── META-INF │ └── MANIFEST.MF ├── com │ └── example │ └── MyClass.class └── application.properties

清單文件中通常指定Main-Class屬性，指示Java虛擬機從哪個類開始執行。

### 1.2 Spring Boot可執行JAR的獨特之處

Spring Boot的可執行JAR在標準JAR基礎上進行了擴展和創新：

1. **嵌套JAR支持**：采用特殊布局允許JAR中包含其他JAR（依賴庫）
2. **自定義類加載器**：使用Launcher類實現獨特的嵌套JAR加載機制
3. **分層優化**：支持分層打包以加速容器環境中的啟動速度
4. **嵌入式服務器**：默認包含Tomcat/Jetty等Web服務器

這種設計使應用能夠真正做到"一次構建，到處運行"，無需預先安裝服務器或管理復雜的類路徑。

## 二、Spring Boot可執行JAR的詳細結構

解壓一個典型的Spring Boot JAR，我們可以看到以下結構：

springboot-app.jar ├── BOOT-INF │ ├── classes │ │ └── com/example/MyApplication.class │ └── lib │ ├── spring-boot-2.7.3.jar │ ├── spring-core-5.3.22.jar │ └── … ├── META-INF │ ├── MANIFEST.MF │ └── maven/com.example/springboot-app/pom.properties ├── org │ └── springframework │ └── boot │ └── loader │ ├── JarLauncher.class │ ├── LaunchedURLClassLoader.class │ └── … └── application.properties

### 2.1 關鍵目錄解析

1. **BOOT-INF目錄**：
   - classes：包含應用程序自身的編譯類文件
   - lib：存放所有依賴的第三方庫JAR文件

2. **META-INF目錄**：
   - MANIFEST.MF：包含特殊的啟動配置信息
   - maven：包含從構建系統繼承的元數據

3. **org/springframework/boot/loader**：
   - 包含Spring Boot的自定義類加載器實現
   - 負責處理嵌套JAR的加載邏輯

### 2.2 清單文件(MANIFEST.MF)分析

Spring Boot生成的MANIFEST.MF包含以下關鍵屬性：

```manifest
Manifest-Version: 1.0
Spring-Boot-Version: 2.7.3
Main-Class: org.springframework.boot.loader.JarLauncher
Start-Class: com.example.MyApplication
Spring-Boot-Classes: BOOT-INF/classes/
Spring-Boot-Lib: BOOT-INF/lib/

• Main-Class指向Spring Boot的JarLauncher而非應用主類
• Start-Class才是實際的應用程序入口
• 其他屬性指示類文件和依賴庫的位置

三、Spring Boot JAR的啟動機制

3.1 啟動流程詳解

當執行java -jar springboot-app.jar時，JVM會按照以下順序工作：

1. 讀取MANIFEST.MF，找到Main-Class(org.springframework.boot.loader.JarLauncher)
2. 加載并執行JarLauncher的main方法
3. Launcher創建LaunchedURLClassLoader實例
4. 類加載器掃描BOOT-INF/lib下的依賴JAR和BOOT-INF/classes下的應用類
5. 通過反射調用Start-Class(com.example.MyApplication)的main方法
6. Spring應用上下文啟動，自動配置生效

3.2 類加載器的工作原理

Spring Boot的LaunchedURLClassLoader擴展了URLClassLoader，重寫了以下關鍵行為：

1. 資源查找：優先檢查嵌套JAR中的資源
2. 類加載：支持從嵌套JAR中加載類
3. URL處理：將嵌套JAR路徑轉換為特殊的jar:嵌套URL格式

這種設計解決了標準URLClassLoader無法直接加載嵌套JAR中類的問題。

四、構建Spring Boot可執行JAR

4.1 使用Maven插件打包

在pom.xml中配置spring-boot-maven-plugin：

<build>
    <plugins>
        <plugin>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
            <version>2.7.3</version>
            <executions>
                <execution>
                    <goals>
                        <goal>repackage</goal>
                    </goals>
                </execution>
            </executions>
        </plugin>
    </plugins>
</build>

執行打包命令：

mvn clean package

4.2 使用Gradle插件打包

在build.gradle中應用插件并配置：

plugins {
    id 'org.springframework.boot' version '2.7.3'
    id 'io.spring.dependency-management' version '1.0.11.RELEASE'
    id 'java'
}

bootJar {
    archiveFileName = 'myapp.jar'
    layered {
        enabled = true
    }
}

執行打包：

gradle bootJar

4.3 打包過程的關鍵步驟

1. 依賴解析：構建工具解析所有傳遞性依賴
2. 資源處理：處理靜態資源、模板文件等
3. JAR重組：
   • 創建標準JAR結構
   • 添加BOOT-INF目錄
   • 復制依賴到BOOT-INF/lib
   • 生成自定義MANIFEST.MF
4. 啟動器注入：包含Spring Boot的loader類

五、高級特性與定制

5.1 分層JAR（Layer）支持

Spring Boot 2.3+引入了分層JAR概念，優化Docker鏡像構建：

<plugin>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
    <configuration>
        <layers>
            <enabled>true</enabled>
        </layers>
    </configuration>
</plugin>

生成的JAR包含layers.idx文件定義分層：

- "dependencies":
  - "BOOT-INF/lib/dependency1.jar"
  - "BOOT-INF/lib/dependency2.jar"
- "spring-boot-loader":
  - "org/"
- "snapshot-dependencies":
  - "BOOT-INF/lib/snapshot1.jar"
- "application":
  - "BOOT-INF/classes/"
  - "BOOT-INF/libs/"

5.2 自定義MANIFEST屬性

通過插件配置添加自定義屬性：

<plugin>
    <configuration>
        <manifest>
            <addDefaultImplementationEntries>true</addDefaultImplementationEntries>
            <addDefaultSpecificationEntries>true</addDefaultSpecificationEntries>
            <addBuildEnvironmentEntries>true</addBuildEnvironmentEntries>
        </manifest>
    </configuration>
</plugin>

5.3 排除特定依賴

使用exclude元素移除不需要的依賴：

<plugin>
    <configuration>
        <excludes>
            <exclude>
                <groupId>org.unwanted</groupId>
                <artifactId>dependency</artifactId>
            </exclude>
        </excludes>
    </configuration>
</plugin>

六、性能優化與最佳實踐

6.1 JAR瘦身策略

1. 排除開發工具：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-devtools</artifactId>
    <scope>runtime</scope>
    <optional>true</optional>
</dependency>

1. 使用JarLink（Java 9+）：

jlink --module-path $JAVA_HOME/jmods:mods \
      --add-modules com.example.app \
      --output customjre

1. 啟用壓縮：

<plugin>
    <configuration>
        <compress>true</compress>
    </configuration>
</plugin>

6.2 啟動速度優化

1. 組件掃描優化：

@ComponentScan(basePackages = "com.myapp")

1. 延遲初始化：

spring.main.lazy-initialization=true

1. 使用AOT（Spring Native）：

mvn spring-boot:build-image

七、常見問題與解決方案

7.1 類加載問題

癥狀：NoClassDefFoundError或ClassNotFoundException

解決方案： 1. 檢查依賴是否真正打包進BOOT-INF/lib 2. 確認沒有不兼容的依賴版本 3. 使用mvn dependency:tree分析依賴沖突

7.2 資源加載問題

癥狀：getResourceAsStream返回null

原因：資源路徑需要相對于BOOT-INF/classes

修復：

// 使用ClassLoader加載資源
InputStream is = getClass().getClassLoader()
    .getResourceAsStream("templates/index.html");

7.3 大JAR文件問題

優化方案： 1. 使用分層JAR 2. 排除不必要的依賴 3. 拆分微服務 4. 考慮War部署

八、未來發展與替代方案

8.1 Spring Boot 3.0改進

1. GraalVM原生鏡像支持：

native-image -jar springboot-app.jar

1. 更高效的分層機制

2. 模塊化支持改進

8.2 云原生替代方案

1. Docker多階段構建：

FROM eclipse-temurin:17-jdk as builder
WORKDIR application
COPY . .
RUN ./gradlew bootJar

FROM eclipse-temurin:17-jre
COPY --from=builder application/build/libs/*.jar app.jar
ENTRYPOINT ["java","-jar","/app.jar"]

1. OCI鏡像構建：

pack build myapp --builder paketobuildpacks/builder:base

結語

Spring Boot的可執行JAR設計體現了”約定優于配置”的核心理念，通過創新的打包方式和啟動機制，極大地簡化了Java應用的部署和分發流程。理解其內部工作原理不僅有助于解決實際問題，還能啟發我們設計更加優雅的架構。隨著云原生技術的發展，Spring Boot的打包策略也在不斷進化，但核心思想始終不變：讓開發者專注于業務邏輯，而非基礎設施的搭建。

附錄

A. 常用命令參考

1. 查看JAR內容：

jar tf springboot-app.jar

1. 提取特定文件：

jar xf springboot-app.jar BOOT-INF/lib/spring-core-5.3.22.jar

1. 分析依賴樹：

mvn dependency:tree -Dincludes=org.springframework

B. 推薦工具

1. JD-GUI：可視化查看JAR內容
2. Spring Boot Actuator：運行時分析依賴
3. jdeps：Java依賴分析工具

C. 參考資源

1. Spring Boot官方文檔 - 打包
2. JAR文件規范
3. 自定義類加載器指南

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