spring boot quick start
在spring boot里，很吸引人的一个特性是可以直接把应用打包成为一个jar/war，然后这个jar/war是可以直接启动的，不需要另外配置一个Web Server。
对spring boot的两个疑问
刚开始接触spring boot时，通常会有这些疑问
spring boot如何启动的？
spring boot embed tomcat是如何工作的？ 静态文件，jsp，网页模板这些是如何加载到的？
下面来分析spring boot是如何做到的。
打包为单个jar时，spring boot的启动方式
maven打包之后，会生成两个jar文件：
demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar
demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar.original其中demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar.original是默认的maven-jar-plugin生成的包。
demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar是spring boot maven插件生成的jar包，里面包含了应用的依赖，以及spring boot相关的类。下面称之为fat jar。
先来查看spring boot打好的包的目录结构（不重要的省略掉）：
├── META-INF
│ ├── MANIFEST.MF
├── application.properties
├── com
│ └── example
│ └── SpringBootDemoApplication.class
├── lib
│ ├── aopalliance-1.0.jar
│ ├── spring-beans-4.2.3.RELEASE.jar
│ ├── ...
└── org
└── springframework
└── boot
└── loader
├── ExecutableArchiveLauncher.class
├── JarLauncher.class
├── JavaAgentDetector.class
├── LaunchedURLClassLoader.class
├── Launcher.class
├── MainMethodRunner.class
├── ...依次来看下这些内容。
MANIFEST.MF
Manifest-Version: 1.0
Start-Class: com.example.SpringBootDemoApplication
Implementation-Vendor-Id: com.example
Spring-Boot-Version: 1.3.0.RELEASE
Created-By: Apache Maven 3.3.3
Build-Jdk: 1.8.0_60
Implementation-Vendor: Pivotal Software, Inc.
Main-Class: org.springframework.boot.loader.JarLauncher可以看到有Main-Class是org.springframework.boot.loader.JarLauncher ，这个是jar启动的Main函数。
还有一个Start-Class是com.example.SpringBootDemoApplication，这个是我们应用自己的Main函数。
@SpringBootApplication
public class SpringBootDemoApplication {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(SpringBootDemoApplication.class, args);
}
}com/example 目录
这下面放的是应用的.class文件。
lib目录
这里存放的是应用的Maven依赖的jar包文件。
比如spring-beans，spring-mvc等jar。
org/springframework/boot/loader 目录
这下面存放的是Spring boot loader的.class文件。
Archive的概念
archive即归档文件，这个概念在linux下比较常见
通常就是一个tar/zip格式的压缩包
jar是zip格式
在spring boot里，抽象出了Archive的概念。
一个archive可以是一个jar（JarFileArchive），也可以是一个文件目录（ExplodedArchive）。可以理解为Spring boot抽象出来的统一访问资源的层。
上面的demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar 是一个Archive，然后demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar里的/lib目录下面的每一个Jar包，也是一个Archive。
public abstract class Archive {
public abstract URL getUrl();
public String getMainClass();
public abstract Collection<Entry> getEntries();
public abstract List<Archive> getNestedArchives(EntryFilter filter);可以看到Archive有一个自己的URL，比如：
jar:file:/tmp/target/demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar!/还有一个getNestedArchives函数，这个实际返回的是demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar/lib下面的jar的Archive列表。它们的URL是：
jar:file:/tmp/target/demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar!/lib/aopalliance-1.0.jar
jar:file:/tmp/target/demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar!/lib/spring-beans-4.2.3.RELEASE.jarJarLauncher
从MANIFEST.MF可以看到Main函数是JarLauncher，下面来分析它的工作流程。
JarLauncher类的继承结构是：
class JarLauncher extends ExecutableArchiveLauncher
class ExecutableArchiveLauncher extends Launcher以demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar创建一个Archive
JarLauncher先找到自己所在的jar，即demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar的路径，然后创建了一个Archive。
下面的代码展示了如何从一个类找到它的加载的位置的技巧：
protected final Archive createArchive() throws Exception {
ProtectionDomain protectionDomain = getClass().getProtectionDomain();
CodeSource codeSource = protectionDomain.getCodeSource();
URI location = (codeSource == null ? null : codeSource.getLocation().toURI());
String path = (location == null ? null : location.getSchemeSpecificPart());
if (path == null) {
throw new IllegalStateException("Unable to determine code source archive");
}
File root = new File(path);
if (!root.exists()) {
throw new IllegalStateException(
"Unable to determine code source archive from " + root);
}
return (root.isDirectory() ? new ExplodedArchive(root)
: new JarFileArchive(root));
}获取lib/下面的jar，并创建一个LaunchedURLClassLoader
JarLauncher创建好Archive之后，通过getNestedArchives函数来获取到demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar/lib下面的所有jar文件，并创建为List。
注意上面提到，Archive都是有自己的URL的。
获取到这些Archive的URL之后，也就获得了一个URL[]数组，用这个来构造一个自定义的ClassLoader：LaunchedURLClassLoader。
创建好ClassLoader之后，再从MANIFEST.MF里读取到Start-Class，即com.example.SpringBootDemoApplication，然后创建一个新的线程来启动应用的Main函数。
/**
* Launch the application given the archive file and a fully configured classloader.
*/
protected void launch(String[] args, String mainClass, ClassLoader classLoader)
throws Exception {
Runnable runner = createMainMethodRunner(mainClass, args, classLoader);
Thread runnerThread = new Thread(runner);
runnerThread.setContextClassLoader(classLoader);
runnerThread.setName(Thread.currentThread().getName());
runnerThread.start();
}
/**
* Create the {@code MainMethodRunner} used to launch the application.
*/
protected Runnable createMainMethodRunner(String mainClass, String[] args,
ClassLoader classLoader) throws Exception {
Class<?> runnerClass = classLoader.loadClass(RUNNER_CLASS);
Constructor<?> constructor = runnerClass.getConstructor(String.class,
String[].class);
return (Runnable) constructor.newInstance(mainClass, args);
}LaunchedURLClassLoader
LaunchedURLClassLoader和普通的URLClassLoader的不同之处是，它提供了从Archive里加载.class的能力。
结合Archive提供的getEntries函数，就可以获取到Archive里的Resource。当然里面的细节还是很多的，下面再描述。
spring boot应用启动流程总结
看到这里，可以总结下Spring Boot应用的启动流程：
1.spring boot应用打包之后，生成一个fat jar，里面包含了应用依赖的jar包，还有Spring boot loader相关的类。
2.Fat jar的启动Main函数是JarLauncher，它负责创建一个LaunchedURLClassLoader来加载/lib下面的jar，并以一个新线程启动应用的Main函数。
spring boot loader里的细节
代码地址：https://github.com/spring-projects/spring-boot/tree/master/spring-boot-tools/spring-boot-loader
JarFile URL的扩展
Spring boot能做到以一个fat jar来启动，最重要的一点是它实现了jar in jar的加载方式。
JDK原始的JarFile URL的定义可以参考这里：
http://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/net/JarURLConnection.html
原始的JarFile URL是这样子的：
jar:file:/tmp/target/demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar!/jar包里的资源的URL：
jar:file:/tmp/target/demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar!/com/example/SpringBootDemoApplication.class可以看到对于Jar里的资源，定义以’!/‘来分隔。原始的JarFile URL只支持一个’!/’。
Spring boot扩展了这个协议，让它支持多个’!/’，就可以表示jar in jar，jar in directory的资源了。
比如下面的URL表示demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar这个jar里lib目录下面的spring-beans-4.2.3.RELEASE.jar里面的MANIFEST.MF：
jar:file:/tmp/target/demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar!/lib/spring-beans-4.2.3.RELEASE.jar!/META-INF/MANIFEST.MF自定义URLStreamHandler，扩展JarFile和JarURLConnection
在构造一个URL时，可以传递一个Handler，而JDK自带有默认的Handler类，应用可以自己注册Handler来处理自定义的URL。
public URL(String protocol,
String host,
int port,
String file,
URLStreamHandler handler)
throws MalformedURLExceptionSpring boot通过注册了一个自定义的Handler类来处理多重jar in jar的逻辑。
这个Handler内部会用SoftReference来缓存所有打开过的JarFile。
在处理像下面这样的URL时，会循环处理’!/'分隔符，从最上层出发，先构造出demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar这个JarFile，再构造出spring-beans-4.2.3.RELEASE.jar这个JarFile，然后再构造出指向MANIFEST.MF的JarURLConnection。
jar:file:/tmp/target/demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar!/lib/spring-beans-4.2.3.RELEASE.jar!/META-INF/MANIFEST.MF//org.springframework.boot.loader.jar.Handler
public class Handler extends URLStreamHandler {
private static final String SEPARATOR = "!/";
private static SoftReference<Map<File, JarFile>> rootFileCache;
@Override
protected URLConnection openConnection(URL url) throws IOException {
if (this.jarFile != null) {
return new JarURLConnection(url, this.jarFile);
}
try {
return new JarURLConnection(url, getRootJarFileFromUrl(url));
}
catch (Exception ex) {
return openFallbackConnection(url, ex);
}
}
public JarFile getRootJarFileFromUrl(URL url) throws IOException {
String spec = url.getFile();
int separatorIndex = spec.indexOf(SEPARATOR);
if (separatorIndex == -1) {
throw new MalformedURLException("Jar URL does not contain !/ separator");
}
String name = spec.substring(0, separatorIndex);
return getRootJarFile(name);
}ClassLoader如何读取到Resource
对于一个ClassLoader，它需要哪些能力？
查找资源
读取资源
对应的API是：
public URL findResource(String name)
public InputStream getResourceAsStream(String name)上面提到，Spring boot构造LaunchedURLClassLoader时，传递了一个URL[]数组。数组里是lib目录下面的jar的URL。
对于一个URL，JDK或者ClassLoader如何知道怎么读取到里面的内容的？
实际上流程是这样子的：
LaunchedURLClassLoader.loadClass
URL.getContent()
URL.openConnection()
Handler.openConnection(URL)
最终调用的是JarURLConnection的getInputStream()函数。
//org.springframework.boot.loader.jar.JarURLConnection
@Override
public InputStream getInputStream() throws IOException {
connect();
if (this.jarEntryName.isEmpty()) {
throw new IOException("no entry name specified");
}
return this.jarEntryData.getInputStream();
}从一个URL，到最终读取到URL里的内容，整个过程是比较复杂的，总结下：
spring boot注册了一个Handler来处理"jar:"这种协议的URL
spring boot扩展了JarFile和JarURLConnection，内部处理jar in jar的情况
在处理多重jar in jar的URL时，spring boot会循环处理，并缓存已经加载到的JarFile
对于多重jar in jar，实际上是解压到了临时目录来处理，可以参考JarFileArchive里的代码
在获取URL的InputStream时，最终获取到的是JarFile里的JarEntryData
这里面的细节很多，只列出比较重要的一些点。
然后，URLClassLoader是如何getResource的呢？
URLClassLoader在构造时，有URL[]数组参数，它内部会用这个数组来构造一个URLClassPath:
URLClassPath ucp = new URLClassPath(urls);在 URLClassPath 内部会为这些URLS 都构造一个Loader，然后在getResource时，会从这些Loader里一个个去尝试获取。
如果获取成功的话，就像下面那样包装为一个Resource。
Resource getResource(final String name, boolean check) {
final URL url;
try {
url = new URL(base, ParseUtil.encodePath(name, false));
} catch (MalformedURLException e) {
throw new IllegalArgumentException("name");
}
final URLConnection uc;
try {
if (check) {
URLClassPath.check(url);
}
uc = url.openConnection();
InputStream in = uc.getInputStream();
if (uc instanceof JarURLConnection) {
/* Need to remember the jar file so it can be closed
* in a hurry.
*/
JarURLConnection juc = (JarURLConnection)uc;
jarfile = JarLoader.checkJar(juc.getJarFile());
}
} catch (Exception e) {
return null;
}
return new Resource() {
public String getName() { return name; }
public URL getURL() { return url; }
public URL getCodeSourceURL() { return base; }
public InputStream getInputStream() throws IOException {
return uc.getInputStream();
}
public int getContentLength() throws IOException {
return uc.getContentLength();
}
};
}从代码里可以看到，实际上是调用了url.openConnection()。这样完整的链条就可以连接起来了。
注意，URLClassPath这个类的代码在JDK里没有自带，在这里看到 http://grepcode.com/file/repository.grepcode.com/java/root/jdk/openjdk/7u40-b43/sun/misc/URLClassPath.java#506
在IDE/开放目录启动Spring boot应用
在上面只提到在一个fat jar里启动Spring boot应用的过程，下面分析IDE里Spring boot是如何启动的。
在IDE里，直接运行的Main函数是应用自己的Main函数：
@SpringBootApplication
public class SpringBootDemoApplication {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(SpringBootDemoApplication.class, args);
}
}其实在IDE里启动Spring boot应用是最简单的一种情况，因为依赖的Jar都让IDE放到classpath里了，所以Spring boot直接启动就完事了。
还有一种情况是在一个开放目录下启动Spring boot启动。所谓的开放目录就是把fat jar解压，然后直接启动应用。
java org.springframework.boot.loader.JarLauncher这时，Spring boot会判断当前是否在一个目录里，如果是的，则构造一个ExplodedArchive（前面在jar里时是JarFileArchive），后面的启动流程类似fat jar的。
