Java CLASSPATH浅析

1、class搜索路径的重要性
理解class搜索路径对所有Java开发人员来说都很重要，但是，IDE的广泛使用掩盖了这项技术，使大家普遍对它缺乏了解，甚至包括好多老鸟。这个问题在开发用于发布的应用程序（原文为distributed applications，但好像译为“分布式应用”有点晦涩）时尤其严重，因为应用程序运行时的系统环境可能和开发时的大不相同。

本文详细描述了某些Java类被其他代码引用时，Java编译器和JVM如何使用类搜索路径（class search path ）定位这些类。这儿用一个非常简单的例子——同一个包中的两个类——来具体说明。我们将通过不同的方式来编译这两个类，根据classpath的设置不同，编译可能成功也可能失败。

为了最清楚的说明这个问题，我们将只使用命令行工具进行编译。交互式开发工具有它们自己操作classpath的方法，这些方法因产品而异。

至于是由Java编译器在编译时定位需要的类，还是由JVM在运行时来做，这两种方法没有本质的区别。但编译器可以从源代码中编译需要的类，而JVM不行。下面的例子中我们用编译器来做，但在运行时的实现也完全类似。


2、例子

本例有两个很小的类：com.web_tomorrow.CPTest1 和 com.web_tomorrow.CPTest2，如下所示：
package com.web_tomorrow;
public class CPTest1
{
   public static void main(String[] args)
   {
    System.out.println ("Run CPTest1.main()");
   }
}

package com.web_tomorrow;
public class CPTest2
{
  public static void main(String[] args)
  {
    System.out.println ("Run CPTest2.main()");
    CPTest1 cpt1 = new CPTest1();
  }
}

Java代码组织的一个最基本规则就是`package name = directory name'（“包名 = 目录名”）。我们将为这两个类建立对应的目录结构，它们在包com.web_tomorrow中，所以我们创建目录
com/web_tomorrow来存放源代码：
[root]
  com
    web_tomorrow
      CPTest1.java
      CPTest2.java

在本文中我用符号`[root]'来表示存放上述结构的任意目录，也就是说，根目录的位置由你决定。当然这会随安装这些文件的方式不同而不一样。

3基本原理

让我们来尝试用命令行工具javac来编译CPTest1.java。为了完全禁止类搜索路径（以防已有的设置影响本例），我们在javac上加上选项`-classpath ""'。

作为第一次试验，我们先换到CPTest1.java所在的目录下，并且尝试用javac和文件名进行编译。
cd [root]/com/web_tomorrow
javac -classpath "" CPTest1.java

操作成功，因为编译器能发现CPTest1.java （它就在当前的工作目录下），并且CPTest1没有引用任何其他类。输出文件CPTest1.class在CPTest1.java的相同目录下，因为你没有给编译器任何信息让它作其它处理。到现在为止，一直都很好。现在让我们用同样的方式来试一下CPTest2。仍然在web_tomorrow目录下，执行命令：
javac -classpath "" CPTest2.java

虽然目录还是刚才的目录，CPTest1和CPTest2也在相同的包里，这一次却失败了。错误信息可能是这样的：
CPTest2.java:7: cannot resolve symbol
symbol  : class CPTest1
location: class com.web_tomorrow.CPTest2
  CPTest1 cpt1 = new CPTest1();
  ^

这一次和上一次成功的情况之间的区别之一就是CPTest2中有对CPTest1的引用：
  CPTest1 cpt1 = new CPTest1();

这次发生了什么呢？当编译器遇到对CP1Test的引用时，它会认为CP1Test类与当前编译的CP2Test类在同一个包里。这个假定是正确的，于是编译器来寻

找com.web_tomorrow.CP1Test，但它没有地方可以找，因为我们已经把类搜索路径明确的指定成了“”（也就是空）。

你可能认为，只要告诉编译器在当前目录下寻找就可以解决这个问题。在Unix和Windows系统中，“当前目录”的标准符号都是一个点号（.），也就是这样的命

令：
javac -classpath "." CPTest2.java

Fail Againt！跟刚才的例子完全一样，现在的问题是虽然CPTest1.java在当前目录下，但它实现的类不是CPTest1，而是 com.web_tomorrow.CPTest1，编译器将在当前目录下寻找目录com/web_tomorrow。也就是说，它在目录[root] /com/web_tomorrow/com/web_tomorrow中寻找一个Java源文件或类文件，它们事实上根本不存在，于是出错。

为了让编译器工作正常，我们不能让类搜索路径指向包含CPTest1的目录，而是按照Java标准中`package name = directory name'的规则，给类搜索路径指定编译器能找到CPTest1的根目录。这样才能工作，虽然不太好看：
javac -classpath "../.." CPTest2.java

在考虑如何变得不难看之前，看一下这个例子（仍在同一目录下）
javac -classpath "" CPTest1.java CPTest2.java

尽管classpath为空，这次却能工作。这是因为Java编译器会在命令行中明确列出的所有源代码中查找引用。如果要编译同一目录下的多个类，有一种很简单的方式：
javac -classpath "" *.java

'*.java'扩展为当前目录下所有.java文件的列表。这就说明为什么一次编译多个文件会成功，而同样的文件一个一个的编译却失败。

编译CPTest2有一个更方便的方法：
cd [root]
javac -classpath "." com/web_tomorrow/CPTest2.java

这次我们为CPtest2.java指定了完整的路径，而在-classpath选项中使用了'.'。另外，我们没有告诉编译器在当前目录下寻找文件，而是让它从当前目录开始搜索。因为我们要找的类是com.web_tomorrow.CPTest1，编译器将在./com /web_tomorrow（也就是说当前目录下的com/web_tomorrow子目录）下寻找。这才是CPTest1.java正确的位置。

事实上，尽管我在命令行只指定了CPTest2，但事实上CPTest1同时也会被编译。编译器在正确的位置找到这个.java文件，但它不能判定这个.java文件是否包含正确的类，所以它编译这个文件。但请注意如果是：
cd [root]
javac -classpath "." com/web_tomorrow/CPTest1.java

就不会导致CPTest2.java被编译，因为编译器编译CPTest1时不需要知道CPTest2的任何事情。

类文件与.java文件分开的情况
到目前为止所有成功的例子都把输出的.class文件放到.java文件同样的位置，这是一种比较简单的模式，应用非常广泛。但很多开发者喜欢把源文件和生成的文件分开，因此它必须告诉编译器为.class文件维护不同的目录。下面我们来看看这对类搜索路径有何影响。

首先我们删除刚才几个例子产生的所有.class文件。我们还要有一个新的目录来存放生成的.class文件。命令行方式下的操作过程如下：
cd [root]
rm com/web_tomorrow/*.class
mkdir classes

如果你用Windows系统，别忘了把'/'替换成'\'，现在的目录结构如下：
[root]
  com
    web_tomorrow
      CPTest1.java
      CPTest2.java
  classes

现在编译CPTest1.java，指定类文件的目标目录（通过-d选项）
cd [root]
javac -d classes -classpath "" com/web_tomorrow/CPTest1.java

成功，但你会注意到，.class文件根本不是直接放在classes目录中，而是有了一个新的目录结构：
[root]
  com
    web_tomorrow
      CPTest1.java
      CPTest2.java
  classes
    com
      web_tomorrow
        CPTest1.class

编译器建立了一个符合包结构的目录结构，这很有用，我们马上就会看到。当开始编译CPTest2.java时我们有两个选择，第一种是像上面一样，让编译器同时也

编译一次CPTest1；另一种是用-classpath选项指定刚才编译好的.class文件，这种方法更好一点，因为我们不必再来编译一遍CPTest1：
cd [root]
javac -d classes -classpath classes com/web_tomorrow/CPTest2.java

完成之后，我们的目录结构如下：
[root]
  com
    web_tomorrow
      CPTest1.java
      CPTest2.java
  classes
    com
      web_tomorrow
        CPTest1.class
        CPTest2.class

当然我们也可以在同一条命令中编译两个.java文件，结果完全相同。


4、classpath中的JAR打包文件

Java编译器和运行环境不仅可以在独立文件中搜索类，还可以在JAR打包文件中进行查找。一个JAR打包文件可以维护它自己的目录结构，Java 按照跟普通目录结构完全相同的方式，`directory name = package name'，进行搜索。由于JAR本身就是一个目录，所以在类搜索路径中包含JAR打包文件时，路径必须引用JAR本身，而不是它所在的目录。如果我在目录/myclasses下有一个JAR myclasses.jar，我需要指定：
javac -classpath /myclasses/myclasses.jar ...
而不仅仅是目录myclasses。

5、多个类搜索目录

在上面的例子中，每次我们都只让javac在一个目录下搜索。实际工作中，你的类搜索路径会包含很多目录和JAR文件。Javac的-classpath选项允许指定多个位置，但请注意，它的具体语法在Unix系统和Windows系统中稍有区别。
在Unix系统中是：
javac -classpath dir1:dir2:dir3 ...
而Windows系统则是：
javac -classpath dir1;dir2;dir3 ...

这是因为Windows使用冒号（:）作为文件名的一部分，因此不能作为文件名分隔符。当然目录分隔符也不一样：Unix的正斜杠（/）和Windows的反斜杠（\）。

6、系统classpath

除了在javac命令指定类搜索路径外，我们还可以使用'系统'类路径。如果命令中没有指定特定的路径，Java编译器和JVM都使用系统路径。在Unix和Windows系统中，系统路径都通过环境变量设置。例如在使用bash shell的Linux系统中：
CLASSPATH=/myclasses/myclasses.jar;export CLASSPATH
在Windows中：
set CLASSPATH=c:\myclasses\myclasses.jar

这是暂时改变系统变量CLASSPATH的好方法，但如果你想这些变化一直保留下来，你就需要针对你的系统做一些修改。例如在Linux系统中，我会将这个命令放到我目录下的文件.bashrc中。而在Windows 2000/NT中可以通过‘控制面板’来修改。

如果你有很多随时用到的JAR，设置系统变量CLASSPATH就显得尤为重要。比如说，如果我在用Sun的J2EE参考实现开发EJB应用，所有 EJB相关的类都发布在一个叫做“j2ee.jar”的JAR打包文件中，我希望这个JAR一直都在类搜索路径中。另外，还有很多人希望无论当前目录是什么，搜索路径始终包含当前目录。所以在我的.bashrc文件中就有这样一行：
CLASSPATH=/usr/j2ee/j2ee.jar:.;export CLASSPATH
其中`.'是指'当前目录'

很容易看到命令行中的-classpath选项覆盖默认的系统类路径；它不是扩展而是覆盖。因此如果我们既要包含默认的系统路径，又要增加一些时怎么处理呢？我们可以简单的通过-classpath选项同时列出默认值和我们要额外增加的部分。而一个更好的办法是引用系统变量CLASSPATH。当然，这个语法对Windows系统和Unix系统是不同的。在Unix上：
javac -classpath $CLASSPATH:dir1:dir2 ...
其中$CLASSPATH扩展为系统变量CLASSPATH。在Windows上：
javac -classpath %CLASSPATH%;dir1:dir2 ...