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聊一聊 JAR 文件和 MANIFEST.MF

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聊一聊 JAR 文件和 MANIFEST.MF提到 JAR，最先可能想到的就是依赖，比如 fastjson.jar ，它可以作为依赖在项目中来引用，但是不能通过 java -jar 来执行，这种就是非可执行的 JAR。另外一种，比如我们项目打包之后生成的 JAR （当然也可能是 war），我们可以通过 java -jar …

在 JAVA 语言这个圈子里面摸爬滚打，除了对于语言层面和框架层面的学习之外，有一些东西它一直存在，但是确没有对它们有足够的重视，因为都觉得它是理所当然，比如 JAR 是个什么？

提到 JAR，最先可能想到的就是依赖，比如 fastjson.jar ，它可以作为依赖在项目中来引用，但是不能通过 java -jar 来执行，这种就是非可执行的 JAR。另外一种，比如我们项目打包之后生成的 JAR （当然也可能是 war），我们可以通过 java -jar 来运行程序，我们把它称之为可执行的 JAR。

JAR 作用大体可以分为以下几种：

  • 用于发布和使用类库
  • 作为应用程序和扩展的构建单元
  • 作为组件、applet 或者插件程序的部署单位
  • 用于打包与组件相关联的辅助资源

基本概念

JAR 文件是一种归档文件，以 ZIP 格式构建，以 .jar 为文件扩展名。用户可以使用 JDK 自带的 jar 命令创建或提取 JAR 文件。也可以使用其他 zip 压缩工具，不过压缩时 zip 文件头里的条目顺序很重要，因为 MANIFEST 文件常需放在首位。JAR 文件内的文件名是 Unicode 文本。

JAR 文件（Java 归档，英语：Java Archive）是一种软件包文件格式，通常用于聚合大量的 Java 类文件、相关的元数据和资源（文本、图片等）文件到一个文件，以便分发 Java 平台应用软件或库。

以上来自维基百科

JAR 文件格式提供了许多优势和功能，其中很多是传统的压缩格式如 ZIP 或者 TAR 所没有提供的。它们包括：

  • 安全性：可以对 JAR 文件内容加上数字化签名。这样，能够识别签名的工具就可以有选择地为您授予软件安全特权，这是其他文件做不到的，它还可以检测代码是否被篡改过。
  • 减少下载时间：如果一个 applet 捆绑到一个 JAR 文件中，那么浏览器就可以在一个 HTTP 事务中下载这个 applet 的类文件和相关的资源，而不是对每一个文件打开一个新连接。
  • 压缩：JAR 格式允许您压缩文件以提高存储效率。
  • 传输平台扩展。Java 扩展框架 (Java Extensions Framework) 提供了向 Java 核心平台添加功能的方法，这些扩展是用 JAR 文件打包的 (Java 3D 和 JavaMail 就是由 Sun 开发的扩展例子 )。
  • 包密封：存储在 JAR 文件中的包可以选择进行 密封，以增强版本一致性和安全性。密封一个包意味着包中的所有类都必须在同一 JAR 文件中找到。
  • 包版本控制：一个 JAR 文件可以包含有关它所包含的文件的数据，如厂商和版本信息。
  • 可移植性：处理 JAR 文件的机制是 Java 平台核心 API 的标准部分。

JAR 文件格式

这里分别给出两个 JAR 的解压之后的示例

普通的 JAR 解压之后的文件目录

以 fastjson 为例：

.
├── META-INF
│   ├── LICENSE.txt
│   ├── MANIFEST.MF
│   ├── NOTICE.txt
│   ├── maven
│   │   └── com.alibaba
│   │       └── fastjson
│   │           ├── pom.properties
│   │           └── pom.xml
│   └── services
│       ├── javax.ws.rs.ext.MessageBodyReader
│       ├── javax.ws.rs.ext.MessageBodyWriter
│       ├── javax.ws.rs.ext.Providers
│       └── org.glassfish.jersey.internal.spi.AutoDiscoverable
└── com
    └── alibaba
        └── fastjson
            ├── JSON.class
            ├── JSONArray.class
            ├── JSONAware.class
            ├── JSONException.class
            ├── JSONObject.class
            ....省略

可执行的 jar (以 SpringBoot 的 FAT JAR 为例）

这个 jar 是从 start.spring.io 上下载下来的一个最简单的 demo 打包来的

├── BOOT-INF
│   ├── classes
│   │   ├── application.properties
│   │   └── com
│   │       └── example   # 应用的.class 文件目录
│   │           └── demo
│   │               └── DemoApplication.class
│   └── lib # 这里存放的是应用的 Maven 依赖的jar包文件
│       ├── javax.annotation-api-1.3.2.jar
│       ├── jul-to-slf4j-1.7.26.jar
│       ├── log4j-api-2.11.2.jar
│       ├── log4j-to-slf4j-2.11.2.jar
│       ├── logback-classic-1.2.3.jar
│       ├── logback-core-1.2.3.jar
│       ├── slf4j-api-1.7.26.jar
│       ├── snakeyaml-1.23.jar
│       ├── spring-aop-5.1.8.RELEASE.jar
│       ├── spring-beans-5.1.8.RELEASE.jar
│       ├── spring-boot-2.1.6.RELEASE.jar
│       ├── spring-boot-autoconfigure-2.1.6.RELEASE.jar
│       ├── spring-boot-starter-2.1.6.RELEASE.jar
│       ├── spring-boot-starter-logging-2.1.6.RELEASE.jar
│       ├── spring-context-5.1.8.RELEASE.jar
│       ├── spring-core-5.1.8.RELEASE.jar
│       ├── spring-expression-5.1.8.RELEASE.jar
│       └── spring-jcl-5.1.8.RELEASE.jar
├── META-INF
│   ├── MANIFEST.MF
│   └── maven
│       └── com.example
│           └── demo
│               ├── pom.properties
│               └── pom.xml
└── org
    └── springframework
        └── boot
            └── loader #存放的是 Spring boot loader 的 class 文件
                ├── ExecutableArchiveLauncher.class
                ├── JarLauncher.class
                ├── LaunchedURLClassLoader$UseFastConnectionExceptionsEnumeration.class
                ├── LaunchedURLClassLoader.class
                ├── Launcher.class
                ├── MainMethodRunner.class
                ├── PropertiesLauncher$1.class
                ├── PropertiesLauncher$ArchiveEntryFilter.class
                ├── PropertiesLauncher$PrefixMatchingArchiveFilter.class
                ├── PropertiesLauncher.class
                ├── WarLauncher.class
                ├── archive
                │   ├── Archive$Entry.class
                │   ├── ...
                ├── data
                │   ├── RandomAccessData.class
                │   ├── ...
                ├── jar
                │   ├── AsciiBytes.class
                │   ├── ...
                └── util
                    └── SystemPropertyUtils.class

META-INF

大多数 JAR 文件包含一个 META-INF 目录，它用于存储包和扩展的配置数据，如安全性和版本信息。Java 2 平台（标准版【J2SE】）识别并解释 META-INF 目录中的下述文件和目录，以便配置应用程序、扩展和类装载器：

  • MANIFEST.MF：这个 manifest 文件定义了与扩展和包相关的数据。
  • 通过 MAVEN 插件打包进来的文件比如：
    • maven
    • services ： 存储所有服务提供程序配置文件
  • 其他的还有一些不常看到的：
    • INDEX.LIST ：这个文件由 jar工具的新选项 -i生成，它包含在应用程序或者扩展中定义的包的位置信息。它是 JarIndex 实现的一部分，并由类装载器用于加速类装载过程。
    • .SF：这是 JAR 文件的签名文件
    • .DSA：与签名文件相关联的签名程序块文件，它存储了用于签名 JAR 文件的公共签名。
    • LICENSE.txt ：证书信息
    • NOTICE.txt ： 公告信息

可执行的 JAR

可以执行的 JAR 与 普通的 JAR 最直接的区别就是能否通过 java -jar 来执行。

一个 可执行的 jar文件是一个自包含的 Java 应用程序，它存储在特别配置的 JAR 文件中，可以由 JVM 直接执行它而无需事先提取文件或者设置类路径。要运行存储在非可执行的 JAR 中的应用程序，必须将它加入到您的类路径中，并用名字调用应用程序的主类。但是使用可执行的 JAR 文件，我们可以不用提取它或者知道主要入口点就可以运行一个应用程序。可执行 JAR 有助于方便发布和执行 Java 应用程序

一个可执行的 JAR 必须通过 menifest 文件的头引用它所需要的所有其他从属 JAR。如果使用了 -jar选项，那么环境变量 CLASSPATH 和在命令行中指定的所有类路径都被 JVM 所忽略。

MANIFEST.MF 文件

当我们用 JAR 命令打完包后，会在根目录下面创建 META-INF 目录，该目录下面会有一些对该 JAR 包信息的描述，其中肯定会有一个 MANIFEST.MF 文件，该文件包含了该 JAR 包的版本、创建人和类搜索路径等信息。

  • FASTJSON jar 中的 MANIFEST.MF 文件

    Manifest-Version: 1.0              # 用来定义manifest文件的版本
Archiver-Version: Plexus Archiver  # 详见 http://codehaus-plexus.github.io/plexus-archiver/
Built-By: wenshao                  # 构建者
Created-By: Apache Maven 3.5.0  # # 声明该文件的生成者，一般该属性是由 jar 命令行工具生成的
Build-Jdk: 1.8.0_162               # 基于构建的 JDK 版本

  • SpringBoot demo 的 MANIFEST.MF 文件

    Manifest-Version: 1.0
Implementation-Title: demo                     # 定义了扩展实现的标题
Implementation-Version: 0.0.1-SNAPSHOT         # 定义扩展实现的版本
Start-Class: com.example.demo.DemoApplication  # 启动类
Spring-Boot-Classes: BOOT-INF/classes/         # 编译之后的 class 文件目录
Spring-Boot-Lib: BOOT-INF/lib/                 # 当前工程依赖的 jar 包目录
Build-Jdk-Spec: 1.8                            # 指定的 JDK 版本
Spring-Boot-Version: 2.1.6.RELEASE             # SpringBoot 版本
Created-By: Maven Archiver 3.4.0             
Main-Class: org.springframework.boot.loader.JarLauncher  # Main 函数

在 Java 平台中， MANIFEST 文件是 JAR 归档中所包含的特殊文件，MANIFEST 文件被用来定义扩展或文件打包相关数据。

MANIFEST 文件作为一个元数据文件，它包含了不同部分中的 k-v 对数据。

如果一个 JAR 文件被当作可执行文件，则其中的 MANIFEST 文件需要指出该程序的主类文件，如上面案例中的 SpringBoot demo 的那个 jar 中的MANIFEST 文件所示

MANIFEST 作用

从 MANIFEST 文件中提供的信息大概可以了解到其基本作用

  • JAR 包基本信息描述
  • Main-Class 指定程序的入口，这样可以直接用java -jar xxx.jar来运行程序
  • Class-Path 指定jar包的依赖关系，class loader会依据这个路径来搜索class

获取 MANIFEST.MF

JDK 中提供了可以获取 jar 包中 MANIFEST.MF 文件信息的工具，可以通过 java.util.jar 这个类库来获取。

JarFile jar = new JarFile(new File("/Users/glmapper/Documents/test/demo/target/demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar"));
Manifest manifest = jar.getManifest();
Attributes mainAttributes = manifest.getMainAttributes();
for(Map.Entry<Object, Object> attrEntry : mainAttributes.entrySet()){
    System.out.println("main\t"+attrEntry.getKey()+":"+attrEntry.getValue());
}
Map<String, Attributes> entries = manifest.getEntries();
for(Map.Entry<String, Attributes> entry : entries.entrySet()) {
    Attributes values = entry.getValue();
    for (Map.Entry<Object, Object> attrEntry : values.entrySet()) {
        System.out.println(attrEntry.getKey() + ":" + attrEntry.getValue());
    }
}

执行结果为：

main	Implementation-Title:demo
main	Implementation-Version:0.0.1-SNAPSHOT
main	Start-Class:com.example.demo.DemoApplication
main	Spring-Boot-Classes:BOOT-INF/classes/
main	Spring-Boot-Lib:BOOT-INF/lib/
main	Build-Jdk-Spec:1.8
main	Spring-Boot-Version:2.1.6.RELEASE
main	Created-By:Maven Archiver 3.4.0
main	Manifest-Version:1.0
main	Main-Class:org.springframework.boot.loader.JarLauncher

Jar 文件和 Manifest 在 java 中的定义

下面为 JarFile 的定义，从代码就可以看出，前面我们所介绍的 Jar 是以 ZIP 格式构建一种归档文件，因为它是 ZipFile 的子类。

public class JarFile extends ZipFile {
    private SoftReference<Manifest> manRef;
    private JarEntry manEntry;
    private JarVerifier jv;
    private boolean jvInitialized;
    private boolean verify;
    //指示是否存在Class-Path属性（仅当hasCheckedSpecialAttributes为true时才有效）
    private boolean hasClassPathAttribute;
    // 如果清单检查特殊属性，则为 true
    private volatile boolean hasCheckedSpecialAttributes;
    // 在SharedSecrets中设置JavaUtilJarAccess
    static {
        SharedSecrets.setJavaUtilJarAccess(new JavaUtilJarAccessImpl());
    }
    /** * The JAR manifest file name.（JAR清单文件名） */
    public static final String MANIFEST_NAME = "META-INF/MANIFEST.MF";
    // 省略其他
}

下面是 Manifest 类的定义，用来描述 JAR 的 清单文件。从其属性中也很好的观察到，其存储的就是 K-V 键值对数据。

public class Manifest implements Cloneable {
    // manifest main attributes
    private Attributes attr = new Attributes();
    // manifest entries
    private Map<String, Attributes> entries = new HashMap<>();
    // 省略其他
}

小结

JAR 格式远远超出了一种压缩格式，它有许多可以改进效率、安全性和组织 Java 应用程序的功能。因为这些功能已经建立在核心平台 — 包括编译器和类装载器 — 中了，所以开发人员可以利用 JAR 文件格式的能力简化和改进开发和部署过程。

附：常见的 jar工具用法

功能 命令
用一个单独的文件创建一个 JAR 文件 jar cf jar-file input-file…
用一个目录创建一个 JAR 文件 jar cf jar-file dir-name
创建一个未压缩的 JAR 文件 jar cf0 jar-file dir-name
更新一个 JAR 文件 jar uf jar-file input-file…
查看一个 JAR 文件的内容 jar tf jar-file
提取一个 JAR 文件的内容 jar xf jar-file
从一个 JAR 文件中提取特定的文件 jar xf jar-file archived-file…
运行一个打包为可执行 JAR 文件的应用程序 java -jar app.jar

参考

今天的文章聊一聊 JAR 文件和 MANIFEST.MF分享到此就结束了，感谢您的阅读。

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