maven内部运行原理解析(一)

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maven至今还是Java编程语言构建的事实标准，大部分项目还在使用maven来进行构建，因此了解maven内部运行的原理对定位和分析问题还是很有裨益的。本篇文章主要介绍一些maven内部运行过程中的一些基本概念，相信看完后，对那么些刚刚接触maven的读者来说maven将不再陌生。
  在具体分析项目构建的过程前，需要了解maven的一些基本概念，这些概念十分重要，请务必理解清楚后再看下文。基本概念主要有：POM，Lifecycle。这两个概念又会包含一些小的概念，下文会逐步讲解。
  POM: 注意这里的POM不是maven中构建过程使用的配置文件pom.xml，但他们之间还是有联系的。POM的全称是Project Object Model，用通俗点的话说就是对要构建的项目进行建模，将要构建的项目看成是一个对象（Object），后文就使用PO来指代这个对象。既然是一个对象，那么PO有哪些属性呢？在maven中一个项目都是用一个唯一的坐标（coordinate）来表示，坐标由groupId, artifactId, version, classifier, type这五部分组成。这样来说PO应该也要具备坐标属性。另外一方面，一个项目肯定不是孤立存在的，可能依赖于其他的一些项目，那么也就是说PO应该具备dependencies这个属性，用来表示其所依赖的外部项目。我们可以尝试一下用Java代码来描述下PO这个对象：

class PO{
    private String groupId;
    private String artifactId;
    private String version;
    private String classifier;
    private String type;
    private Set<PO> dependencies;
}

  我们知道XML的表达能力是很强大的，一个Java中的对象是可以用XML来描述，例如一个上面定义的PO对象则可以用下面的XML来描述（表达有不规范之处，理解其中的含义即可）：

<PO>
    <groupId></groupId>
    <artifactId></artifactId>
    <version></version>
    <classifier><classifier>
    <type></type>
    <dependencies>
        <PO></PO>
        <PO></PO>
        ...
    </dependencies>
</PO>

是不是好像和什么有点类似？对，就是pom.xml。pom.xml就是PO对象的XML描述。上面的PO定义还不完整，我们继续看下PO还有什么其他的属性。我们知道在Java中类是可以继承的，一个对象在创建的时候会同时创建其父类对象，类似的，PO对象也有其父对象，用parent属性来表示，并且PO对象会继承其父对象的所有属性。另外一方面，一个项目可能根据不同职责分为多个模块（module），所有模块其实也就是一个单独的项目，只不过这些项目会使用其父对象的一些属性来进行构建。我们将这些新的属性加到PO的定义中去：

class PO{
    private String groupId;
    private String artifactId;
    private String version;
    private String classifier;
    private String type;
    private Set<PO> dependencies;
    private PO parent;
    private Set<PO> modules;
}

再将这个定义用XML语言表示一下：

<PO>
    <parent></parent>
    <groupId></groupId>
    <artifactId></artifactId>
    <version></version>
    <classifier><classifier>
    <type></type>
    <dependencies>
        <PO></PO>
        <PO></PO>
        ...
    </dependencies>
    <modules>
        ...
    </modules>
</PO>

是不是越来越像pom.xml了？对，这就是pom.xml的由来。再说一遍：pom.xml就是PO对象的XML描述。到此为止，相信你再看pom.xml文件时，会有一个全新的认识。

  上面说的这些PO属性是项目的一些固有属性，到目前为止，我们还没有涉及项目的构建过程。构建过程对应的是PO对象的build属性，那么你应该马上想到，在pom.xml中就是<build>元素中的内容。这里就有引入maven中第二个核心概念：Lifecycle。Lifecycle直译过来就是生命周期。我们平常会接触到哪些周期呢？一年中春夏秋冬就是一个周期。一个周期中可能分为多个阶段，比如这里的春夏秋冬。在maven中一个构建过程就对应一个Lifecycle，这个Lifecycle也分为多个阶段，每个阶段叫做phase。你可能会问，那这个Lifecycle中包含多少个phase呢？一个标准的构建Lifecycle包含了如下的phase:

validate： 用于验证项目的有效性和其项目所需要的内容是否具备
initialize：初始化操作，比如创建一些构建所需要的目录等。
generate-sources：用于生成一些源代码，这些源代码在compile phase中需要使用到
process-sources：对源代码进行一些操作，例如过滤一些源代码
generate-resources：生成资源文件（这些文件将被包含在最后的输入文件中）
process-resources：对资源文件进行处理
compile：对源代码进行编译
process-classes：对编译生成的文件进行处理
generate-test-sources：生成测试用的源代码
process-test-sources：对生成的测试源代码进行处理
generate-test-resources：生成测试用的资源文件
process-test-resources：对测试用的资源文件进行处理
test-compile：对测试用的源代码进行编译
process-test-classes：对测试源代码编译后的文件进行处理
test：进行单元测试
prepare-package：打包前置操作
package：打包
pre-integration-test：集成测试前置操作     
integration-test：集成测试
post-integration-test：集成测试后置操作
install：将打包产物安装到本地maven仓库
deploy：将打包产物安装到远程仓库

  在maven中，你执行任何一个phase时，maven会将其之前的phase都执行。例如 mvn install，那么maven会将deploy之外的所有phase按照他们出现的顺序一次执行。
  Lifecycle还牵涉到另外一个非常重要的概念：goal。注意上面Lifecycle的定义，也就是说maven为程序的构建定义了一套规范流程：第一步需要validate，第二步需要initialize... ... compile，test，package，... ... install，deploy，但是并没有定义每一个phase具体应该如何操作。这里的phase的作用有点类似于Java语言中的接口，只协商了一个契约，但并没有定义具体的动作。比如说compile这个phase定义了在构建流程中需要经过编译这个阶段，但没有定义应该怎么编译（编译的输入是什么？用什么编译javac/gcc?）。这里具体的动作就是由goal来定义，一个goal在maven中就是一个Mojo（Maven old java object）。Mojo抽象类中定义了一个execute()方法，一个goal的具体动作就是在execute()方法中实现。实现的Mojo类应该放在哪里呢？答案是maven plugin里，所谓的plugin其实也就是一个maven项目，只不过这个项目会引用maven的一些API，plugin项目也具备maven坐标。
  在执行具体的构建时，我们需要为lifecycle的每个phase都绑定一个goal，这样才能够在每个步骤执行一些具体的动作。比如在lifecycle中有个compile phase规定了构建的流程需要经过编译这个步骤，而maven-compile-plugin这个plugin有个compile goal就是用javac来将源文件编译为class文件的，我们需要做的就是将compile这个phase和maven-compile-plugin中的compile这个goal进行绑定，这样就可以实现Java源代码的编译了。有点绕，多看几遍。那么有人就会问，在哪里绑定呢？答案是在pom.xml<build>元素中配置即可。例如:

<build>
<plugins>
  <plugin>
    <artifactId>maven-myquery-plugin</artifactId>
    <version>1.0</version>
    <executions>
      <execution>
        <id>execution1</id>
        <phase>test</phase>
        <configuration>
          <url>http://www.foo.com/query</url>
          <timeout>10</timeout>
          <options>
            <option>one</option>
            <option>two</option>
            <option>three</option>
          </options>
        </configuration>
        <goals>
          <goal>query</goal>
        </goals>
      </execution>
    </executions>
  </plugin>
</plugins>
</build>

就将maven-myquery-plugin中的query这个goal绑定到了test这个phase，后续在maven执行到test phase时就会执行query goal。还有有人可能会问，我都没有指定Java源文件的位置，编译啥？这就引出了maven的design principle。在maven中，有一个非常著名的principle就是convention over configuration（约定优于配置）。这一点和ant有非常大的区别，例如使用ant来进行编译时，我们需要指定源文件的位置，输出文件的位置，javac的位置，classpath... ...在maven中这些都是不需要，若没有手动配置，maven默认从<项目根目录>/src/main/java这个目录去查找Java源文件，编译后的class文件会保存在<项目根目录>/target/classes目录。在maven中，所有的PO都有一个根对象，就是Super POM。Super POM中定义了所有的默认的配置项。Super POM对应的pom.xml文件可以在maven安装目录下lib/maven-model-builder-3.0.3.jar:org/apache/maven/model/pom-4.0.0.xml中找到。用一张图来表示maven Lifecycle，phase，goal之间的关系：

Lifecyle-phase-plugin-goal关系图

到此为止，相信对于POM, pom.xml，Lifecycle， phase, goal这些概念应该十分清楚了。