说明
本文中的 JVM 参数和代码在 JDK 8 版本生效。
哪里有用户类?
用户类是由开发者和第三方定义的类,它是由应用程序类加载器加载的。
Java 程序可以通过CLASSPATH
环境变量,JVM 启动参数 -cp
或者 -classpath
指定用户需要加载的类的路径。这两个配置的优先级从低到高,后面的配置会覆盖前面的配置,默认值是「.」,即当前路径。
接下来对默认值和优先级进行验证:
验证默认值是当前路径
现在有一个 Temp.java 类,它不在任何包路径下:
public class Temp { public static void main(String[] args) { System.out.println("Executed!"); }
}
同时这个时候系统没有配置 CLASSPATH
这个环境变量,如下图所示:
然后拷贝这个编译后的 Temp.class
文件放到 E 盘的下,然后执行命令 java Temp
命令,是能够正常运行这个 Class 文件的。这个时候并没有配置 CLASSPATH
环境变量,同时也没有在执行命令时指定任何参数,说明类加载器是根据 class path 的默认值去找到这个 Class 文件的,这个默认值就是当前路径。如下图所示:
根据官方文档所说 Java 程序启动的时候会把 class path 的值放到 java.class.path
这个系统属性中,如下图所示:
修改上面的代码,在程序运行的时候把实际的 class path 打印出来,代码如下:
public class Temp { public static void main(String[] args) { System.out.println("Executed!"); System.out.println("The actual class path is :" + System.getProperty("java.class.path")); }
}
代码执行结果如下图所示:
可以看到代码打印的结果是「.」,即当前路径。
验证 CLASSPATH 环境变量的作用
增加 Windows 系统环境变量,因为上面是把 Temp.class 文件放到了 E 盘下面,所以这里设置的 CLASSPATH 环境变量也是 E 盘,如下图所示:
再次运行程序,执行结果如下图所示:
程序能够正常执行说明通过配置的 E: 这个路径,类加载器能够找到 Temp.class
文件。同时打印的 class path 也是 E: ,符合设置。
验证 -cp
或者 -classpath
参数的作用
把上面设置的 CLASSPATH
环境变量删除,然后通过执行 java 命令的时候指定 -cp
参数来设置 class path 的路径。如下图所示:
程序执行的效果和通过 CLASSPATH
环境变量设置的相同。
验证 -cp
或 -classpath
参数的优先级高于 CLASSPATH
环境变量
设置 CLASSPATH
环境变量为 D: ,如下图所示:
如果不带 -cp
参数执行执行会提示找不到类,因为 D: 路径下没有 Temp.class
这个文件。如下图所示:
带上 -cp
参数后就能够正常执行,这个时候两个配置都有,但是 -cp
参数的配置生效了,说明 -cp
参数的优先级高于 CLASSPAHTH
环境变量,如下图所示:
哪里有引导类?
sun.boot.class.path
系统属性的值
引导类指的是构成 Java 平台的类,包括 rt.jar 中的类以及其他几个重要的 jar 文件中的类,它们是由引导类加载器(Bootstrap ClassLoader)加载的。
在前面可以看到如果直接在 Temp.class
文件所在的路径下执行 java Temp
命令就能够正常执行。那这个 Temp
类的父类是 Object
类,这个类是在 jre/lib
目录下的 rt.jar
包中,但是没有任何地方指定了这个路径,那引导类加载器(BootstrapClassLoader) 是如何找 Object 类并加载的呢?
根据官方文档说的引导类加载器加载的 class path 可以通过 sun.boot.class.path
这个系统属性获取到,如下图所示:
把上面的代码修改为如下:
public class Temp { public static void main(String[] args) { System.out.println("Executed!"); System.out.println("The actual class path is :" + System.getProperty("sun.boot.class.path")); }
}
通过 java Temp
命令执行后(不配置 CLASSPATH
环境变量,让它使用默认值),结果如下:
可以看到输出结果里面有 rt.jar 包的绝对路径。实际上并没有任何地方指定了这个路径,那么这个路径怎么获取到并设置到 sun.boot.class.path
这个系统属性中的呢?
sun.boot.class.path
系统属性赋值源码分析
这里以 Windows 平台为例分析一下 HotSpot 虚拟机的源码实现。这里主要涉及到三个文件的内容,分别是:
hotspot\src\share\vm\runtime\arguments.cpp
hotspot\src\share\vm\runtime\os.cpp
hotspot\src\os\windows\vm\os_windows.cpp
源代码的调用链路如下:
arguments.cpp
负责处理 JVM 启动的参数,在这个文件中会初始化 _java_home
和_sun_boot_class_path
系统属性,如下图所示:
然后调用 os_windows.cpp
的 init_system_properties_values()
方法,在该方法中又会调用 os_windows.cpp
中的 jvm_path()
方法,该方法中会尝试去获取 jvm.dll
的绝对路径,如下图所示:
然后返回到os_windows.cpp
的 init_system_properties_values()
方法,去除掉路径中的 jvm.dll
,server/client
,bin
然后放入到前面创建的 _java_home
系统属性中,如下图所示:
然后再继续调用 os.cpp
中的 set_boot_path()
方法,在这个方法中获取 _java_home
系统属性中的值,用来格式化引导类 jar 包的路径,然后放入到 _sun_boot_class_path
中。 如下图所示:
这就是 sun.boot.class.path
系统属性值在 Java 程序启动时的设置过程。
深入理解Java虚拟机中介绍到「引导类加载器负责加载存放在<JAVA_HOME>/lib 目录下或者被 -Xbootclasspath
参数所指定的路径中存放的,且是 Java 虚拟机能够识别的(按照文件名识别,例如 rt.jar,名字不符合的类库即使是放在 lib 目录中也不会被加载)」。这里所描述的「按照文件名识别」指的应该就是上面 os.cpp
的 set_boot_path()
方法中定义的路径常量,只有这些路径常量才会被格式化最终放到 sun.boot.class.path
系统属性中。
目前这个系统属性在 JDK 9 中已经被移除了,如下图所示:
引导类的路径可以通过 sun.boot.class.path
系统属性或者 -Xbootclasspath
JVM 参数设置。
神奇的 -Xbootclasspath/p
参数
除此之外 JVM 还提供了两个参数 -Xbootclasspath/p
和 -Xbootclasspath/a
,分别用于在默认的引导类路径前面和后面增加所配置的路径。如下图所示:
-Xbootclasspath/p
这个参数有点意思,它可以用来修复引导类的 Bug 或者扩展类的功能。
比如现在把 java.util.Collections
类拷贝出来,给它增加一个方法 extendMethod()
,然后打包成 jar 包,如下图所示:
在代码中通过反射的方式调用 extendMethod()
方法,代码如下所示:
public class Temp { public static void main(String[] args) throws Exception { Method method = Collections.class.getDeclaredMethod("extendMethod"); method.invoke(null); }
}
在执行 java 命令时通过 -Xbootclasspath/p
配置上这个 jar 包。可以看到新增的方法被成功调用了,说明 extend.jar
包中的 Collections
类覆盖了默认的 java.util.Collections
类,因为它在所有的路径前面,所以先被类加载器加载。如下图所示:
这个参数在 JDK 9 中也被移除了,取而代之的是 --patch-module
参数,如下图所示:
参考
findingclasses
PATH and CLASSPATH
JDK 9 Release Notes
JEP 261
How can we overwrite java.base/java.lang.Integer from OpenJDK 11 using --patch-module?
深入理解Java虚拟机