一文读懂jar包的小秘密

简介

java程序员每天不是在创建jar包就是在创建jar包的路上,并且各种依赖引用都是以jar包的形式展示的。但是随着现代IDE的出现,我想很多程序员已经基本上很少直接和jar包打交道了。

换句话说,他们已经不认识jar包了。

那么jar包到底是什么呢?它有哪些小秘密呢?一起来看一下吧。

jar包到底是什么

jar包其实是一种zip格式的文件,所以说你实际上是可以使用zip相关的命令来对jar包进行创建或者解压缩操作。

不同的是jar包中多了一个META-INF文件夹。通过这个文件夹,jar包可以执行更多的操作。

JDK也自带了一个jar命令,通过jar命令我们可以实现创建,更新jar包的操作,下图是JDK8中jar命令的说明:

因为JDK9之后引入了模块化的概念,所以JDK9之后jar命令有了比较大的变化:

我们看一下JDK14中的jar命令的用法:

这里主要不是讲jar命令,所以我们不具体展开。

META-INF目录

jar包和zip包最大的区别就在于jar包中包含了META-INF目录(不是必须的),我们看一个比较常用的lombok.jar包的结构是怎么样的:

这个版本比较新,所以它使用的是最新的JPMS的写法,大家可以看到在jar包的根目录下面有一个module-info.class文件,表示这个jar包使用的是模块化。

然后再看一下META-INF目录,里面有一个MANIFEST.MF文件:

Manifest-Version: 1.0
Ant-Version: Apache Ant 1.7.1
Created-By: 14.3-b01-101 (Apple Inc.)
Premain-Class: lombok.launch.Agent
Agent-Class: lombok.launch.Agent
Can-Redefine-Classes: true
Main-Class: lombok.launch.Main
Lombok-Version: 1.18.10

MANIFEST.MF主要用来定义package相关的数据,这里我们可以看到lombok的MANIFEST.MF文件定义了manifest的版本号,创建时间,版本号和几个类型的class。

services文件夹里面存放的可以对外提供的服务。

这里列出的文件并不全,实际上还有下面几种文件:

  • INDEX.LIST

可以使用 -i在生成jar包的时候自动创建,是class的index文件,主要用来加速class加载。

  • x.SF

JAR包的签名文件。

  • x.DSA

与具有相同基本文件名的签名文件关联的签名块文件。 该文件存储相应签名文件的数字签名。

  • versions/

主要为使用多版本的特性准备的,里面存储的是不同版本的class和资源。

比如下面命令创建了多个版本发行的jar包,并且将一些文件放在 META-INF/versions/9 目录中。

 jar --create --file mr.jar -C foo classes --release 9 -C foo9 classes

module-info.class

假如我们使用的是JDK9之后的JPMS模块化,那么就会生成这么一个module-info.class。这个文件主要是描述模块和外部模块直接的关系。

看一下lombok的例子:

module lombok {
    requires java.compiler;
    requires java.instrument;
    requires jdk.unsupported;
    requires static org.mapstruct.processor;

    exports lombok;
    exports lombok.experimental;
    exports lombok.extern.apachecommons;
    exports lombok.extern.java;
    exports lombok.extern.jbosslog;
    exports lombok.extern.log4j;
    exports lombok.extern.slf4j;
    exports lombok.extern.flogger;

    provides javax.annotation.processing.Processor with lombok.launch.AnnotationProcessorHider$AnnotationProcessor;
    provides org.mapstruct.ap.spi.AstModifyingAnnotationProcessor with lombok.launch.AnnotationProcessorHider$AstModificationNotifier;
}

这里面我们定义了依赖的类和service providers,同时也定义了对外提供的类。

在JDK9之后,存在两种path,一种是之前的class path,一种是module path。当 modular JAR被部署在module path中的时候,它就是一个modular JAR。当他被部署在class path中的时候,就是一个non-modular JAR。

同样的,如果是一个non-modular JAR被定义在module path中,那么这个non-modular JAR就自动被转换成了一个automatic module。

如果jar包在MANIFEST.MF中定义了Automatic-Module-Name,那么module名字就是这个值,否则会从JAR的名字来定义这个module。

automatic module主要是为了向下兼容而产生的。

关于JPMS的更多信息可以参考我之前写的文章:JDK9的新特性:JPMS模块化.

versions

versions主要和 multi-release JAR一起使用的:

Multi-Release: true

所谓multi-release JAR就是说一个jar包可以支持不同版本的JDK。我们可以根据需要指定不同版本的JDK所依赖的class文件或者属性文件。这个特性在我们进行JDK升级的时候还是很有帮助的。

一般来说,目录结构是这样的:META-INF/versions/N

其中N表示的是JDK的主要发行版本,比如9,10,11等。

类加载器会先去META-INF/versions/N目录中加载所需要的class,然后会去其他的低版本的META-INF/versions/N目录中加载所需要的class,最后才会在META-INF/的根目录加载其他的class文件。

MANIFEST.MF详解

MANIFEST.MF中存放的是key:value格式的配置信息,这些配置信息又可以分成两部分,第一部分是main-section信息,第二部分是individual-section。

我们举个简单的例子:

Manifest-Version: 1.0
Created-By: 1.8 (Oracle Inc.)
Sealed: true
Name: foo/bar/
Sealed: false

其中

Manifest-Version: 1.0
Created-By: 1.8 (Oracle Inc.)
Sealed: true

就是main-section信息,我们用一张图来看一下main-section的信息有哪些:

在main-section信息下发可以接一个Name: Value,表示开启独立的针对于具体entry的属性(Per-Entry Attributes)配置:

Name: foo/bar/
Sealed: false

比如上面的属性是专门针对于包foo/bar/的,并且设置其Sealed属性为false。

Per-Entry Attributes除了 package versioning 和 sealing信息外,还可以定义Content-Type,Java-Bean,x-Digest-y和Magic属性。

JAR包签名

JAR包可以通过使用jarsigner来对其进行签名。和签名相关的文件是:

  • META-INF/MANIFEST.MF
  • META-INF/*.SF
  • META-INF/*.DSA
  • META-INF/*.RSA
  • META-INF/SIG-*

签名过后的jar跟原来的jar其实并没有什么不同,只不过在META-INF/文件夹中多出了两个文件,一个是签名文件,一个是签名block文件。

签名文件

签名文件是以.SF结尾的,这个文件和MANIFEST.MF很类似,可以指定Signature-Version和Created-By。

除此之外,还可以指定和安全相关的属性:

  • x-Digest-Manifest-Main-Attributes: 其中x是java.security.MessageDigest中指定的算法,表示的主要属性的摘要。
  • x-Digest-Manifest: 表示的是整个manifest的摘要。

这两个属性主要用来做验证签名用的。

举个例子:

如果我们的manifest是下面这样的:

    Manifest-Version: 1.0
    Created-By: 1.8.0 (Oracle Inc.)

    Name: common/class1.class
    SHA-256-Digest: (base64 representation of SHA-256 digest)

    Name: common/class2.class
    SHA1-Digest: (base64 representation of SHA1 digest)
    SHA-256-Digest: (base64 representation of SHA-256 digest)

那么相应的签名文件应该是这样的:

    Signature-Version: 1.0
    SHA-256-Digest-Manifest: (base64 representation of SHA-256 digest)
    SHA-256-Digest-Manifest-Main-Attributes: (base64 representation of SHA-256 digest)

    Name: common/class1.class
    SHA-256-Digest: (base64 representation of SHA-256 digest)

    Name: common/class2.class
    SHA-256-Digest: (base64 representation of SHA-256 digest)

签名文件的摘要

如果再对.SF文件进行摘要,那么就会得到签名文件的摘要文件:

  • .RSA (PKCS7 signature, SHA-256 + RSA)
  • .DSA (PKCS7 signature, DSA)

Sealed

上面我们讲到了一个Sealed属性:

Name: javax/servlet/internal/
Sealed: true

这个属性的意思是,javax/servlet/internal/包中的所有类必须从这个jar包中加载。

这个属性主要是从jar包的安全性来考虑的。

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