JAR机制

王旭科  
  一、前言


在商业化开发中经常是将开发的类打成jar包发布．由于有很多第三方的提供功能集合Jar包，所以经常会用到这些功能包．以下情景是很多Java开发人员经常碰到的:在开发，调试阶段，通过在CLASSPATH中设置第三方的jar包路径，自己编写的class工作正常．开发完毕,部署的时候，将开发的class打成一个可执行jar包,会发现通过Class.forName(String classname) 或ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass(String classname)来动态载入存在于第三方jar包中的class会抛出异常” ClassNotFoundException．

这种问题存在于通过jar –jar yourself.jar 来运行jar包,并在jar中的class中通过Class.forName(String classname)来动态载入第三方的class的时候．

常见的应用,比如根据用户的选择配置,动态载入不同厂商的JDBC Driver.


二、背景知识

自JDK 1.2以后,JVM采用了委托(delegate)模式来载入class．采用这种设计的原因可以参考http://java.sun.com/docs/books/tutorial/ext/basics/load.html

归纳来讲:是基于JVM sandbox(沙盒)安装模型上提供应用层的可定制的安全机制.


三、Java虚拟机(JVM)寻找Class的顺序

3.1 Bootstrap classes

属于Java 平台核心的class,比如java.lang.String等.及rt.jar等重要的核心级别的class.这是由JVM Bootstrap class loader来载入的.一般是放置在{java_home}\jre\lib目录下

3.2 Extension classes

基于Java扩展机制,用来扩展Java核心功能模块.比如Java串口通讯模块comm.jar.一般放置在{Java_home}\jre\lib\ext目录下

3.3 User classes

开发人员或其他第三方开发的Java程序包.通过命令行的-classpath或-cp,或者通过设置CLASSPATH环境变量来引用.JVM通过放置在{java_home}\lib\tools.jar 来寻找和调用用户级的class.常用的javac也是通过调用tools.jar来寻找用户制定的编译Java源程序.这样就引出了User class路径搜索的顺序或优先级别的问题.

3.3.1 缺省值:调用Java或javawa的当前路径(.),是开发的class所存在的当前目录

3.3.2 CLASSPATH环境变量设置的路径.如果设置了CLASSPATH,则CLASSPATH的值会覆盖缺省值

3.3.3 执行Java的命令行-classpath或-cp的值,如果制定了这两个命令行参数之一,它的值会覆盖环境变量CLASSPATH的值

3.3.4 -jar 选项:如果通过java –jar 来运行一个可执行的jar包,这当前jar包会覆盖上面所有的值.换句话说,-jar 后面所跟的jar包的优先级别最高,如果指定了-jar选项,所有环境变量和命令行制定的搜索路径都将被忽略.JVM APPClassloader将只会以jar包为搜索范围.有关可执行jar有许多相关的安全方面的描述,可以参考http://java.sun.com/docs/books/tutorial/jar/ 来全面了解.

这也是为什么应用程序打包成可执行的jar包后,不能引用第三方jar包的原因.


四、解决方案.


首先我们简要归纳一下,为了方便理解,简化一下上面描述的架构,

Java定义了三种级别的class,分别为BootStrap class,Extend Class,User class.

其中User class限制规则最复杂.在User class中可执行的jar包,更包含独立安全规则.所以解决方案基于Java三种不同级别的class扩展机制,有三种不同的方案.


4.1 BootStrap class扩展方案

Java 命令行提供了如何扩展bootStrap 级别class的简单方法.

-Xbootclasspath:基本核心的Java class 搜索路径.不常用,否则要重新写所有Java 核心class

-Xbootclasspath/a: 后缀在核心class搜索路径后面.常用.

-Xbootclasspath/p:前缀在核心class搜索路径前面.不常用,避免引起不必要的冲突.


语法如下:

java –Xbootclasspath/a:/path/myclass/account.jar: -jar yourself.jar(Unix用:号隔开)

java –Xbootclasspath:/d:/myclass/account.jar; -jar yourself.jar(Window用;号隔开)


4.2 extend class 扩展方案

Java exten class 存放在{Java_home}\jre\lib\ext 目录下.当调用Java时,对扩展class路径的搜索是自动的.总会搜索的.这样,解决的方案就很简单了,将所有要使用的第三方的jar包都复制到ext 目录下.


4.3 User class扩展方案

当使用-jar执行可执行Jar包时,JVM将Jar包所在目录设置为codebase目录,所有的class搜索都在这个目录下开始.所以如果使用了其他第三方的jar包,一个比较可以接受的可配置方案,就是利用jar包的Manifest扩展机制.步骤如下

1.将需要的第三方的jar包,复制在同可执行jar所在的目录或某个子目录下.

比如:jar 包在 d:\crm\luncher.jar 那么你可以把所有jar包复制到d:\crm目录下或d:\crm\lib 子目录下.

2.修改Manifest 文件

在Manifest.mf文件里加入如下行

Class-Path:classes12.jar lib/class12.jar

Class-Path 是可执行jar包运行依赖的关键词.详细内容可以参考http://java.sun.com/docs/books/tutorial/ext/index.html


另外编写自己的ClassLoader,来动态载入class,是更加复杂和高级技术.限于篇幅,不赘述.有兴趣了解可以去google一下custom classloader


4.4 推荐方案 4.1，扩展性非常好．


五、总结

Java的安全机制随不同的JDK版本有不同的变化,会影响很多核心CLASS,比如Thread,所以很多大型商业软件,要求JDK的版本很严格.部分原因也在此.这也要求在发布自己编写的应用时候,不管大小,都要说明开发和测试的JDK版本.