根据配置CLASSPATH彻底弄懂AppCLassLoader的加载路径问题

1.前言

相信任何使用JAVA语言的开发者，都会在一台新的PC上去装上JDK，JRE，用来可以编译我们所写的.java文件，然后让其生成编译后的.class文件，从而能够争取执行。。。有兴趣可以简单了解一下JDK和JRE的作用。

当我们装上JDK的时候，相信大家还会经历非常重要的一步，就是配置环境变量。并且，毫不避讳的说，初次接触java的初学者，总是在配置环境变量的时候，一头雾水，那我们今天就来以配置环境变量为问题切入点，彻底搞懂他究竟涉及到哪些比较核心的问题-----类加载器。。。

2.问题切入点CLASSPATH

关于如何配置java使用的环境变量，请参考配置环境变量。

上面就是我们再熟悉不过的两个环境变量，，，分别是PATH和CLASSPATH。

2.1 path中配置的两个路径是干嘛的？

首先，我们需要知道这两个路径分别是，，，jdk\bin路径和jre\bin路径。。。想要理解这个，就需要你回上面区看关于JDK和JRE的含义的描述。

我们来看这样的一个操作：DOS命令行编译和执行我们的JAVA代码

第一个红框中是我为了测试，存放一个Hello.java文件的地方，在D盘符下的MyTestCode文件夹下。
第二个红框是我们再熟悉不过的命令行编译（javac）和执行.class文件（java）的操作。

这里就有一个很有意思的问题了，我们的DOS命令让我们进入到了d盘的一个确定的文件夹下，该文件夹下又没有编译和执行java源文件的工具，那么为什么我们可以直接在D：MyTestCode文件夹下，使用javac和java命令的呢？？？注意，需要明白的是，javac和java是我们正确安装JDK和JRE后，才能使用的命令，是因为在JDK和JRE里面有满足java文件编译和执行的工具。。。既然如此，我们在DOS命令中想要使用javac和java命令，就必须找到对应的执行工具，而D：MyTestCode文件夹又没有这样的工具。。。

解释了这么多，其实就是为了说明，PATH中的路径就是为了让上述javac和java可以找到对应的编译和执行工具。。。当我们将工具路径注册到Path后，我们可以在任何盘符下，任何位置去使用javac和java命令，当执行这个命令行的时候，windows能够在path中找到对应的工具。。。

2.2 CLASSPATH又是干嘛的？

其实这个CLASSPATH的配置相当简单，但是想要弄清楚这个东西，是一件不容易的是。如果你上网搜索，一定会有一大批答案。但是，我很负责任的告诉你，这些都不是我们想要的。。。

我们来看CLASSPATH的具体配置信息：

.;%JDK_HOME%\lib\dt.jar;%JDK_HOME%\lib\tools.jar;

首先，抛出涉及到的一些问题

或许此时正是你的疑问，CLASSPATH可以不配置啊，我就没有配置
CLASSPATH中为什么要添加".;",不添加可不可以？
配置的这两个JAR包路径是干什么的？

上述问题，最终解释为一句话：CLASSPATH中配置的路径是告诉AppClassLoader要去哪里加载.class文件。

这就涉及到了关于类加载器的基本知识，文片不对这些基础知识过多介绍，请参考java中关于类加载器的基础知识。

3. 彻底搞清楚CLASSPATH和AppClassLoader的关系

以下的叙述内容全部按照具体实例来阐述。

我们先来看一段代码：

package com.myClassLoaderTest;import sun.misc.Launcher;import java.net.URL;
import java.net.URLClassLoader;/*** 获取三种JVM类加载器的加载路径** @ Author:  liu xuanjie* @ Date:    2020/8/6*/
public class ClassLoaderPathTest
{/*** 主函数，程序入口*/public static void main(String[] args){//首先是启动类加载器System.out.println("启动类加载器的加载路径： ");URL[] urls = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();for(URL url : urls){System.out.println(url);}System.out.println("=======================================================");System.out.println("扩展类加载器的路径： ");//然后是扩展类加载器，获取方式是获取系统类加载器(AppClassLoader)的父加载器//（注意这就需要开启双亲委派模型）URLClassLoader extClassLoader = (URLClassLoader)ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent();urls = extClassLoader.getURLs();for(URL url : urls){System.out.println(url);}System.out.println("========================================================");//应用程序类加载器System.out.println("应用程序类加载器的路径： ");URLClassLoader appClassLoader = (URLClassLoader)ClassLoader.getSystemClassLoader();urls = appClassLoader.getURLs();for(URL url : urls){System.out.println(url);}}
}

上述这段代码，很简单，就是获取三种类加载器，然后得到其负责的加载路径。

我们在IDEA下运行一下这个代码，看看与我们的猜测是否一致？？？？

结果似乎跟我们的预期不一致，不是说好AppClassLoader的搜索路径是CLASSPATH中的吗？怎么不一样？

我们先来仔细观察这个结果：

第一个截图，是启动类加载器的搜索路径，很明显，跟我们了解到的一致，是lib目录下的核心类库。多说一句，其实就是我们引入包的时候那些以 java. 开头的类库。
第二个截图，是扩展类加载器的搜索路径，很明显，是lib/ext下的扩展类库，其大部分就是我们引入包的时候那些以 javax. 开头的类库（注意啊，这只是一种笼统的说法）。
第三个截图的结果，可以看到，首先包含了所有第一个截图和第二个截图中出现的类库。。。其次，红框内的那个路径，是当前IDEA下项目文件所生成的.class文件所存放的路径。。。后面的是所有该项目下maven所引入的第三方包。。。

其实，造成AppCLassLoader的加载类库路径与预期不一致的原因很简单，是由于IDEA这个编译器做了一些手脚。

其实根据结果可以猜想到，，，IDEA编译器，，，将AppClassLoader所关注的路径显示（仅仅是显示）出为了以下三部分：

（这里需要注意的是，尽管上述结果是我们调用的方法输出结果，但是这只是Idea给打印出来了，并不是说这里所有显示出来的路径都是由AppClassLoader负责的路径，为了避免这种不直观的现象，我们抛弃Idea。。。实际上，Idea也只是这样打印出来了这些路径，其中由上层加载器控制的路径肯定还是上层加载器负责，不然就不是双亲委派了，，，所以说Idea这里的打印输出结果有点坑，潜规则，容易直接把人带偏了。。。）

引入JDK的时候的那些基础核心类库和扩展类库。（这肯定不是AppClassLoader负责的）
IDEA操作的当前项目文件的.class存放的文件夹路径。
当前项目操作引入的第三方JAR包。

所以，接下来，我们抛弃IDEA编译器，全部在DOS命令下执行：

3.1 第一个测试

我们将上述代码拷贝成一份单独的.java源文件，然后去处文件中的包名，放到一个新的单独路径下。

在命令行中开始我们的测试：（由于我这里编译好了，就直接执行了，自行测试的时候记得编译。）

这一次好像验证了我们的结论，AppClassLoader中加载的是我们CLASSPATH中配置的路径。

CLASSPATH中配置的路径依次是：

先输出的是E:/CommandLineTest
后续依次是一个JDK中的dt.jar和tools.jar的路径
然后又出现了依次E:/CommandLineTest

我们来分析这个结果：：：：

按照顺序位置猜测，这个CLASSPATH中的”.;“应该是对应了E:/CommandLineTest，那这个"点分号"为什么会对应这个路径呢？是因为dos命令中当前操作的盘符是这个路径？还是.class文件最终存放在这个路径中？后续我们回去验证。
还有就是CLASSPATH的配置中明明只有三个路径，为什么输出结果中有四个路径，最后一个路径还和第一个路径一样？这两个一样的路径之间有关系吗？

3.2 我们来验证3.1中最后的问题

为了验证这一点，我们不进入.class存放的位置，直接执行java命令。

显然，此时我们就需要更改CLASSPATH，让AppClassLoader能够找到.class文件。

（注意啊，由于配置变量发生了改变，需要重新打开命令行，否则执行结果跟刚才一致）

首先，我们分别在C盘目录下和D盘目录下直接执行了java ClassLoaderPathTest的命令，分析结果。

首先，值得高兴的是，我们在CLASSPATH中配置了我们要执行的.class文件的路径，然后我们在DOS中操作的时候，没有进入到这个.class文件所在的路径下，也成功执行了。。。这就直接说明了，CLASSPATH确实是一个AppClassLoader搜索加载类库的路径。。。所以说，当我们配置完CLASSPATH后，我们可以在任何位置去执行CLASSPATH路径中存放的.class文件。
我们也知道了"点分号"对应的路径，跟.class无关，就是DOS执行命令行时，当前所操作的路径。第一次我们直接在C盘根目录中操作，输出的就是C:，第二次我们在D盘根目录中操作，输出的就是D:。并且我们操作的.class文件在E：CommandLineTest中。
根据这一次的实验结果，又产生了一个有趣的问题，本次实验中，没有再多出一个路径了，，，输出的路径就恰好是CLASSPATH中所对应的路径。一个不多，一个不少。。。。很有意思，不慌，我们继续实验。
其实这也验证了3.1中多出来的那一个路径与"点分号"无关。
其实，还表明了，3.1中多出来的那个路径与当前操作的盘符路径也无关。

3.3 我们把CLASSPATH中的"点分号"去掉

很简单，我们把CLASSPATH中的"点分号"去掉

再来执行命令行，（注意啊，由于配置变量发生了改变，需要重新打开命令行，否则执行结果跟刚才一致）

继续分析本次的结果：

首先我们在CLASSPATH中去掉了"点分号"，结果也确实如此，"点分号"所对应的当前路径消失了。
而我们本次执行是在.class文件存放目录下执行的，因为我们CLASSPATH中干掉了这个.class所存放的路径，如果不进入到这个E:CommandLineTest下，会导致类找不到（这个结论我们下面会验证到）。
哈哈，本次进入到.class文件存放目录后，这个新增的路径又出现了。。。

3.4 为了继续弄懂关系，我们直接把CLASSPATH干掉

很简单，直接不配置ClassPath，删除掉这个环境变量。看看在不同的操作路径下，会有什么不一样

好了，我们分析两次的执行结果：

首先，第二个结果，表明，CLASSPATH中不存放需要操作的.class文件所在路径的时候，并且如果我们不进入到这个.class文件存放的路径下的时候，AppClassLoader是无法加载的，因为根本找不到。。。
那第一个结果，是我们把CLASSPATH干掉后，然后进入到.class的存放路径下，成功执行了.class文件，并且，执行结果中又新增了这个路径，注意啊，此时的CLASSPATH已经完全没有了。。。
这说明了，CLASSPATH这个系统变量不是必须的，但是如果没有，那就需要手动进入到要执行的.class文件所存放的盘符目录下进行执行。
并且，总和上述三个实验可以得出另一个结论，当我们进入到.class文件存放位置的路径下去执行这个.class文件的时候，AppClassLoader的加载类库路径被默认添加了这个路径，无论我们有没有在CLASSPATH中配置这个路径。。。

3.5 我们验证3.4中的最后一个结论

我们这样做，CLASSPATH中只配置.class文件的存放路径，并且我们进入到这个路径去执行这个.class文件。

结果如图所示：

我们进入到.class文件存放目录去执行的.class文件，为什么这次只打印出来了CLASSPATH中的路径，而没有添加呢？
其实原因很简单，这个路径已经被配置到了CLASSPATH中，也就是如果CLASSPATH中有了这个路径，那么无论如何也都不会再添加一次这个路径了
你可能要问，之前的"点分号"也是当前路径，为什么那个时候还会新增这个.class存放的路径呢？？？其实这个问题已经解释过了，“点分号”所代表的是DOS命令中当前所操作的盘符，他不是固定的，他跟.class存放的路径毫无关系，只不过是当我们操作路径与.class存放路径一致的时候，产生了巧合而已。。。。
所以说，当我们把.class存放的路径，添加到CLASSPATH的时候，就不会新增了，因为没有意义，即使新增了，也是两个完全一致的路径。

3.6 我们改变.class的位置

为了验证这个问题，我们首先把ClassPath改回去，然后改变ClassLoaderPathTest.class的位置。

我们继续执行命令行;

这个实验没什么大用，只是为了再次证明：

"点分号"所代表的路径确实就是当前DOS中所操作的盘符路径
当我们在DOS中进入到要执行的.class文件存放路径后执行对应的.class文件，AppClassLoader的类库加载路径会被默认添加上这个路径。

那么，这就完了吗？？？看到这里是不是又乱又迷，还感觉没一点用。。。哈哈。。。。

不要慌，更乱更迷更没用的还在后面。。。

4.CLASSPATH中严格的顺序问题

看了上述关于CLASSPATH配置问题的介绍，其实感觉真的一点用没有，哈哈，那是因为我们越来越依赖现成的编译器了，而忽略了我们本应该关心的问题。。。

继续看这样一个问题，，，如下配置CLASSPATH

我们分别在D:\MyTestCode和E:\CommandLineTest中放入同一个.class文件，并且同时将这两个路径配置到CLASSPATH中。

执行命令行如下：

分析结果:

我们直接在外部C盘下去执行了这个.class文件，毫无疑问的可以执行成功
但是，我们配置路径中有两个路径都有这个文件，但是dos命令的结果告诉我们，这个.class文件只被执行了一次，当然了，我们也希望他只执行一次。
那么这是为什么呢？？？并且，到底执行的是哪一个呢？？？是第一个路径，还是第二个路径？？？？

4.1 来验证上述问题

验证的操作很简单，我们修改某一个对应的ClassLoaderPathTest的内容，也就是当两个.class同名的时候，并且其存在路径还都被放在了CLASSPATH下，我们来看执行结果。。。

我们修改D:\MyTestCode下的文件

然后编译它，并形成.class文件

执行命令行，展示结果如下：

果不其然，执行的是CLASSPATH中第一个路径下的.class文件：

这样就是说，AppClassLoader在扫描用户类路径的时候，根据CLASSPATH中的配置信息，是存在相对的位置关系的严格顺序的，他会沿着这个顺序去寻找，当在某一个路径下找到.class文件的时候，他就不会再继续往后找了。。。即便后续的路径中仍旧存在着相同名字的.class文件。。。

4.2 从4.1的结果观察中我们有什么启发呢？

首先，我们自己写的用户类的.class文件的存放路径，尽量配置到CLASSPATH中，并且在最前面。
想想我们最初的CLASSPATH的配置，是不是"点分号"在最前面，现在也就理解为什么了，因为，他会首先查找"点分号"路径下的文件，如果找到了，就直接完成了。。。
我们知道，JVM加载类的时候，并不是一股脑的把所有类加载进去，，，他其实是”按需加载“的。。。所有CLASSPATH中的路径配置的前后位置关系，就是AppClassLoader的查找顺序。。。
当多个.class文件同名的时候，且其在CLASSPATH中能够找到加载路径的时候，以最先出现的为执行准则，这仍旧取决于CLASSPATH中的配置顺序。。。

4.3 我们再来进行最终的验证

上面4.1中我们是在C盘根目录下操作的，这次我们改变策略，我们去E：\CommandLineTest下去操作

结果分析：

跟我们预想的一样，即便进入到了E:\CommandLineTest的目录下，还是执行的D盘下的那个.class文件。
并且，可以得出一个新的结论，这个搜索的顺序，是先搜索CLASSPATH中配置的路径，如果没有的话，最后才会到当前DOS命令的当前操作的盘符路径下去搜索。

这就完了吗？？？不，还没有，哈哈哈哈哈哈哈！！！

5.那dt.jar和tools.jar又是干嘛的嘞？？

首先说明，作者精力有限，并没有很深入的研究这个问题，只是提出一个研究方法，和初步的答案。。。。

我们复制这两个jar包到单独的文件，然后去解压（其实jar包就是一种压缩包而已）

5.1 首先是jdk\jre\lib\dt.jar

粗略来看这个dt.jar中主要就是javax.swing下的相关类，是一个拓展包，但是没有放在拓展类加载器的搜索类库路径下，而是需要我们自己手动的配置到CLASSPATH中，由AppCLassLoader来负责加载。。。。其实这也可以验证，就是使用这些类，然后CLASSPATH中不配置这个路径，看看能不能成功，这里就不做实验了。。。

5.2 然后再来看tools.jar

这个里面的类比较多，层次也比较乱，作者也没有深入了解，所以不多做解释，如果有谁研究过的话，可以评论一下，虚心求教。关于这个jar包的作用，大家目前就自行搜索吧，后续深入了解会回来更新这部分内容。。。

这次总算是完了吧，什么？？？还没有完？？？

6.另外两个类加载器的路径是怎么配置的呢？？？

首先来点基础知识，看图：

这个加载类库的路径，其实我们上述的实验中已经验证过了，，，但是仔细想一个问题：

AppClassLoader的路径是通过CLASSPATH来配置的，这很直观，但是我们没有配置启动类加载器和扩展类加载器的路径啊？他们的类库搜索路径是怎么配置的？是什么时候配置的？

我们来看JDK中的源码：

为了理解这个东西，我们先来看这样一个知识：

首先，JVM是”按需加载“的，这个之前已经介绍过了，JVM在启动的时候，不会傻傻的将所有的类和资源都加载进内存
程序在启动的时候，或者说JVM在启动的时候，JVM是会负责先装载所有的ClassLoader的，这一部分，涉及到很底层的JVM指令问题，无需深入，我们只需要知道JVM实例化了sun.misc.Launcher这个类就行，如上图所示。
来看图示为sun.misc.Launcher的构造方法，他加载了扩展类加载器和AppClassLoader，并且注意看图中最后一个标注的地方，他把AppCLassLoader设置为了线程上下文的类加载器，哈哈，是不是长知识了。。。
由于启动类加载器是有C++编写的，不是JAVA语言所写的，所以暂且是需要知道，JVM启动的时候，也会有JVM自己加载这个启动类加载器的。。。

然后我们回到上面的JDK源码，看图中标注的那几个获取系统变量的操作：

 System.out.println(System.getProperty("sun.boot.class.path"));System.out.println(System.getProperty("java.ext.dirs"));System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));

很直观的来看，这三个系统变量就对应了三个类加载器的类库加载路径。。。可以自行验证。QAQ。。。、

这里在简单引申一点基础知识：

System.getProperty()一定会对应setProrerty的
然后其实内部是一个Hash逻辑的key-value对应关系

所以说，JVM在最开始实例化sun.misc.Launcher类之前，一定配置好了上述三个系统变量，并且前两个变量的路径是由JVM指定的（当然，正如描述中所说的，我们可以通过JVM启动参数去更改）。原因很简单，这两个类加载器负责的是jdk中的类库，不是用户类库，所以其存放位置根据jdk安装位置，是相对就能够得到的（不信的话，你把lib目录换个位置，立马报错）（这句话的意思是说，jdk中的这种文件结构是有其固定的逻辑的，不要所以更改）。。。。而用户类路径具有不确定性，所以需要我们在CLASSPATH中去配置。。。

前面已经介绍过这两个类加载器所负责的类库，这里再解释一下。

启动类加载器，那个类库搜索路径，主要是基础核心类库，就是java.开头的包内类
扩展类加载器，那个类库搜索路径，主要是拓展类库，就是javax.开头的包内类（这只是很粗的一种便于理解的叙述，我们已经知道dt.jar中有javax.swing,并且其被我们放在了CLASSPATH中）

这次总该结束了吧，其实本不打算结束的，本来还想继续延伸出关于自定义类加载的内容，但是，由于篇幅已经很长了，所以，关于类加载器的叙述放到单独的一篇文章中去。

本文为原创文章，难免会出现纰漏，甚至错误，，文章中也有一些细节点还没有深入，望大家不吝赐教。。。