Java基础概念与路径问题总结

　　学习Java，就一定会碰到路径使用问题，如果不将它搞懂，在实际开发中碰到其实挺烦的，这并不是高级难题而是基础知识，碰到它的几率还挺大的。所以无论如何，我们必须把Java的路径问题彻底解决才行。

最基础的三个概念

我们学Java的首先就会碰到以下这三个东西。

JVM

JVM（Java Virtual Machine）即Java虚拟机，它主要用于执行被编译成Java字节码文件的Java程序。

JVM是Java程序实现跨平台的核心所在，它将Java程序与平台之间解耦

• 针对不同的平台，就会有不同的Java虚拟机实现
• 这样对于同一个Java程序（同一份Java字节码），就会被具体平台相关联的Java虚拟机“翻译”成适合该平台执行的机器指令。
• 最后Java虚拟机执行被“翻译”后的Java程序

所以这就是书上或老师常说的Java程序一次编译，到处运行的具体原因。

JRE

JRE（Java Runtime Environment）即Java运行时环境，它包含了运行Java程序所需的一切：JVM实现以及Java核心类库。

为什么会有两套JRE？

　　默认情况下，我们都是选择完整安装JDK所有内容的。当我们安装完JDK后，我们会发现JDK安装目录下会有两套JRE，其中一套在Java\jre目录中，另一套在Java\jdk\jre目录中。但奇怪的是，只要有一套JRE就可以运行Java程序了啊，为什么要给我们装上两套呢？其实这是因为不管是用于开发的工具javac命令等，或者非开发的工具java命令等，它们都是用Java实现的，因此它们也是Java程序，所以JDK就自行附带一套JRE用于运行它们。

运行Java程序时用哪一套JRE？

既然安装了多套JRE，那么在运行Java程序时，运用哪套JRE的决定权都在java命令上，它会按以下步骤查找：

• java.exe所在目录
• java.exe所在目录的父目录
• PATH环境变量，从左往右查找路径
• 注册表HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\JavaSoft\Java Runtime Encironment里面有一个名为JavaHome的键所对应的路径值

环境变量

　　下面所要介绍的都是我们在刚接触Java时就能接触到的，或许因为这些知识实在是太过基础了，显得完全不起眼，所以我们总是忽略它们的存在以及作用。这里对环境变量的讨论都是在Windows的基础上进行的。

JAVA_HOME

JAVA_HOME是安装JDK后我们设置的一个自定义环境变量，其值被指定为JDK安装目录的路径。

比如：我的JDK安装在E盘，那么就配置这个值：E:\Program\Java\jdk1.8.0_121。

这个环境变量并不是必须配的，它用于简化另一个环境变量PATH所配置的路径，不过挺多教程、书籍上都是这么教的，所以就这么写上了。

PATH

安装完JDK后必须对环境变量PATH或Path进行配置（这不同于JAVA_HOME，这是必须的），配置有两种方式：

1. 如果有配置JAVA_HOME，那么一般都在PATH环境变量中加上这个路径值%JAVA_HOME%\bin即可，多个路径之间用分号;隔开。
2. 没配置JAVA_HOME的话，那就直接配置JDK安装目录下的bin目录的完整路径

通常，都会使用第一种方式，先配置JAVA_HOME，再配置PATH。

为什么要给PATH环境变量进行配置？

• 在编译.java文件要用到javac命令；在运行已编译好的.class文件要用到java命令

• 当我们查看JDK的bin目录，我们可以发现里面存放了很多可执行文件，这些都是早已编写好的工具，我们执行各种命令其实是调用这些工具而已
  比如编译Java文件用的javac命令相当于运行javac.exe，而执行Java程序的java命令就是运行java.exe，执行用于打包的命令jar命令就是运行jar.exe

• 所以只有在PATH系统变量里配置JDK的bin目录的路径，那样在任何地方都能方便地调用JDK开发工具，不然每次使用这些命令时都写出它们的完整路径，那就十分麻烦了

JDK8的PATH有所变动!

在安装JDK8后，它会自动给环境变量PATH加上这一个路径：C:\ProgramData\Oracle\Java\javapath，这样即使我们没有手动去配置环境变量，打开控制台也是能直接执行java命令的。
打开这个目录可以发现里面有3个文件：java.exe、javaw.exe、javaws.exe，但这没有我们熟知的javac.exe编译工具，只有一个我们最熟悉的运行工具，所以说怎么样还是要配置PATH环境变量。

同时，最好是把这个自动给PATH配置的路径给删除掉，以免以后发生不必要的问题。

CLASSPATH

环境变量CLASSPATH是用来告知各种应用包括JDK的各种工具在哪里可以找到.class字节码文件，通常它包含一个或多个目录。

原理细节

1. 当要运行Java程序时，即执行java命令，那后面肯定是指定全限定类名，即带包名的类名
2. 首先，Java解析器会将全限定类名中的每个句点.替换成斜杠（/还是\取决于操作系统），这样就得到一个相对路径
3. 然后，解析器会把CLASSPATH里所配置的绝对路径一一作为参考路径，尝试从它们里面找到该相对路径所指代的.class字节码文件

所以现在很清楚了，如果在运行Java程序时提示找不到某个类，通常这就说明在CLASSPATH所配置的所有路径都找不到某个类，你需要看看CLASSPATH环境变量是否没配好。

配置和查看方式

这里只说Windows环境下的做法，在命令行对CLASSPATH的操作如下。

查看CLASSPATH的配值：

echo %CLASSPATH%

给CLASSPATH配置指定路径：

set CLASSPATH=path1;path2;path3;...
或
set classpath=path1;path2;path3;...

将所有路径清除：

set CLASSPATH=
或
set classpath=

不写路径就是把所有配值清除。

当然也可以在系统环境变量增加CLASSPATH配置，很多教程都是给它配置上.;%JAVA_HOME%\lib\dt.jar;%JAVA_HOME%\lib\tools.jar，但我发现其实配不配置也是OK的，不配置也没发现什么大问题。

理解相对路径

在Java程序里使用各种各样的路径，你要根据路径所处的上下文处理好一些细节问题，不然会各种碰壁，特别是使用相对路径的时候，要更加细心谨慎。而使用绝对路径来定位资源一般是不会有问题的，都是绝对的了，绝对路径代表是哪个资源就是哪个资源，是定死不变的。所以一般在开发种遇到涉及路径的问题，其实90%都是关于相对路径的问题。所以，绝对路径没啥好讨论的，这里只探讨相对路径，并且也只针对普通磁盘文件IO这一种情况来讨论。

先来看一段程序：

import java.io.File;

public class RelativePathProblem {
    /* 通过IDE执行main方法的运行结果:
     * user.dir = H:\Hope\java-ee
     * "a/b/c.txt" absolute path = H:\Hope\java-ee\a\b\c.txt
     *
     * 通过系统控制台执行main方法
     *   1.步骤
     *     1.1 先在控制台把classpath设置为包含该类对应的.class文件的包目录的父目录路径
     *         比如: 在Windows系统环境下, 包含该类对应的.class文件的包目录在D:\classes目录内,
     *               那么就在命令行输入命令 set classpath=D:\classes
     *         注意: 如果你把.class文件拷贝到任意目录, 切记, 要把包含它的包目录也一起拷贝才行
     *
     *     1.2 执行java命令运行main方法
     *         注意: 执行时, 必须指定权限定类名, 不然会提示找不到类
     *
     *   2.运行结果
     *     运行结果会根据执行java命令时所在的目录变化而变化
     *
     *     2.1 执行java命令时所在的目录是D:\, 则执行结果是:
     *         user.dir = D:\
     *         "a/b/c.txt" absolute path = D:\\a\b\c.txt
     *
     *     2.2 执行java命令时所在的目录是H:\books
     *         user.dir = H:\books
     *         "a/b/c.txt" absolute path = H:\books\a\b\c.txt
     */
    public static void main(String[] args) {
        File file = new File("a/b/c.txt");
        System.out.println("user.dir = " + System.getProperty("user.dir"));
        System.out.println("\"a/b/c.txt\" absolute path = " + file.getAbsolutePath());
    }
}

这里我通过IDEIntelliJ IDEA以及Windows的控制台执行这个程序，得出的运行结果就如注释里所写那样。

所以从这个运行结果就能够分析并总结出2点：

• 其实通过IDE执行Java程序跟使用控制台执行Java程序一个样，只不过IDE每次在执行java命令前先把路径设置为当前工程/模块的根目录
• 给处理磁盘文件的各种IO组件指定相对路径，该相对路径在运行时的真实含义是根据执行java命令时所在的路径变化而变化

总的来说就是：对于Java普通磁盘IO这种情况来说，所指定的相对路径是相对于执行java命令时所在的路径。

但其实就算是其他情况，我觉得也是大同小异，下面是一点点思路（或许不太正确），当自己使用相对路径的时候可以像下面一样思考：

1. 光相对路径自身是无法指代某个具体资源的，即只有相对路径是毫无意义的
2. 相对路径必须依靠一个绝对路径作为参考，那它才能定位到某个具体资源
3. 要想知道所使用的相对路径是否精确地定位到自己所想要的资源，那先得反问一下自己，自己给相对路径所指定作为参考的绝对路径是否符合自己的需求

所以，当相对路径不能根据自己的需求工作时，那就首先自问一句：该相对路径是相对于哪个绝对路径？确认绝对路径正是解决需求的路径，那才从别的角度入手。

与类字节码相关的相对路径

需求

在实际开发中，这么一个需求是很常见的：程序需要读取某些外部文件从而获得某些配值。

直接在程序中使用绝对路径，是没问题，特别是该程序只是自己使用的话，的确是毫无问题；但如果说要给别人用，那就十分麻烦，首先，别人不知道要将资源文件放到哪个固定位置让程序读取，这你要告诉别人，其次，别人可能用的系统和你的不一样，那文件系统都不同，这样就更没辙了，程序完全没法用。所以，使用绝对路径，程序的通用性是十分差的，一般我们都不会在程序中用绝对路径。

所以，相对路径成了我们唯一的选择，相对路径的灵活性大，这样也会使得程序的通用性大大增强，但正如前面所讲，相对路径容易错误，要确定它所定位的是哪个资源文件，那得看它相对于哪个绝对路径，这个绝对路径最好是程序运行文件所在位置或其相关位置，这样不管该程序放到哪运行，都能让相对路径准确无误地定位到资源文件。而Java中正好有现成的技术让开发者简单地进行实现。

Java中的技术

在Java中，通过调用Class或ClassLoader的getResource方法并给它指定相对路径，这样就可以获取相对于字节码所在位置或其相关位置的资源。

注意到这里的方法名以及后头重点标出来的资源两字！！获取的是资源，资源、资源、资源，这个概念在Java中很重要。
存储于磁盘上的文件只不过是我们最常见的一种资源，在Java内置的API中，凡是涉及到资源概念的，这都表明这里的资源并不是单纯指的文件，资源可不是单单以文件的形式存在，它可以是通过某些程序在内存上生成，也可以存在于网络上，要通过网络连接才能进行获取，比如各种流。这应该是一个通用的概念，所以这是明白一次，再套用到其他编程语言其实也差不了多少。

底层原理

想要知道getResource方法是如何获取资源，那得要看源码，对底层要有所了解才行。

首先来看Class类用于获取资源的getResource方法的源码，毕竟这个类是我们最常用的，肯定是首先关心它内部那个获取资源的方法是如何工作的。

/**
 * Finds a resource with a given name.  The rules for searching resources
 * associated with a given class are implemented by the defining
 * {@linkplain ClassLoader class loader} of the class.  This method
 * delegates to this object's class loader.  If this object was loaded by
 * the bootstrap class loader, the method delegates to {@link
 * ClassLoader#getSystemResource}.
 *
 * <p> Before delegation, an absolute resource name is constructed from the
 * given resource name using this algorithm:
 *
 * <ul>
 *
 * <li> If the {@code name} begins with a {@code '/'}
 * (<tt>'&#92;u002f'</tt>), then the absolute name of the resource is the
 * portion of the {@code name} following the {@code '/'}.
 *
 * <li> Otherwise, the absolute name is of the following form:
 *
 * <blockquote>
 *   {@code modified_package_name/name}
 * </blockquote>
 *
 * <p> Where the {@code modified_package_name} is the package name of this
 * object with {@code '/'} substituted for {@code '.'}
 * (<tt>'&#92;u002e'</tt>).
 *
 * </ul>
 *
 * @param  name name of the desired resource
 * @return      A  {@link java.net.URL} object or {@code null} if no
 *              resource with this name is found
 * @since  JDK1.1
 */
public java.net.URL getResource(String name) {
    name = resolveName(name);
    ClassLoader cl = getClassLoader0();
    if (cl==null) {
        // A system class.
        return ClassLoader.getSystemResource(name);
    }
    return cl.getResource(name);
}

方法实现很简单，首先它调用resolveName处理传递进去的相对路径，然后尝试获取该构筑该字节码的自定义类加载器，如果获取到就通过它来获取资源，否则就用默认的类加载器进行资源获取。

/**
 * Add a package name prefix if the name is not absolute Remove leading "/"
 * if name is absolute
 */
private String resolveName(String name) {
    if (name == null) {
        return name;
    }
    if (!name.startsWith("/")) {
        Class<?> c = this;
        while (c.isArray()) {
            c = c.getComponentType();
        }
        String baseName = c.getName();
        int index = baseName.lastIndexOf('.');
        if (index != -1) {
            name = baseName.substring(0, index).replace('.', '/')
                +"/"+name;
        }
    } else {
        name = name.substring(1);
    }
    return name;
}

该主题另外写一篇….

参考资料

• System Properties
• Java “user.dir” property - what exactly does it mean?
• Class.getResource and ClassLoader.getSystemResource: is there a reason to prefer one to another?
• 关于Class.getResource和ClassLoader.getResource的路径问题
• How to really read text file from classpath in Java