類別／原始碼路徑

May 19, 2022

在〈Hello, Java〉編譯 HelloWorld.java 後，同一資料夾會出現 HelloWorld.class，直接在同一資料夾中執行 java HellWorld 就可以顯示文件。

JVM 與 CLASSPATH

接下來，請試著切換至 C:\，想想看，如何執行 HelloWorld？以下幾個方式都是行不通的：

C:\workspace>cd ..

C:\>java HelloWorld
Error: Could not find or load main class HelloWorld
Caused by: java.lang.ClassNotFoundException: HelloWorld

C:\>java c:\workspace\HelloWorld
Error: Could not find or load main class c:\workspace\HelloWorld
Caused by: java.lang.ClassNotFoundException: c:\workspace\HelloWorld

C:\>

執行 java 指令是為了啟動 JVM，之後接著類別名稱，表示要求JVM執行指定的可執行檔（.class）。

實體作業系統下執行某個指令時，會依 PATH 的路徑資訊，試圖找到可執行檔案；JVM 是 Java 程式唯一認得的作業系統，對 JVM 來說，可執行檔就是副檔名為 .class 的檔案。想在JVM中執行某個可執行檔（.class），就要告訴 JVM 這個虛擬作業系統到哪些路徑下尋找檔案，方式是透過 CLASSPATH 指定其可執行檔（.class）的路徑資訊。

PATH 與 CLASSPATH 是不同層次的環境變數，實體作業系統搜尋可執行檔是看 PATH，JVM 搜尋可執行檔（.class）只看 CLASSPATH。

如何在啟動 JVM 時告知可執行檔（.class）的位置？可以使用 -classpath 或簡寫 -cp 引數來指定：

C:\>java -classpath c:\workspace HelloWorld
Hello, Java

C:\>java -cp c:\workspace HelloWorld
Hello, Java

C:\>

如果有多個路徑資訊，可以用分號區隔。例如：

java -cp C:\workspace;C:\classes HelloWorld

JVM 會依 CLASSPATH 路徑順序，搜尋是否有對應的類別檔案，先找到先載入。如果在 JVM 的 CLASSPATH 路徑資訊中都找不到指定的類別檔案，就會出現 java.lang.NoClassDefFoundError 訊息。

JVM 預設的 CLASSPATH 會讀取目前資料夾中的 .class，如果自行指定 CLASSPATH，就以指定的為主。例如：

C:\>cd \workspace

C:\workspace>java -cp c:\xyz HelloWorld
Error: Could not find or load main class HelloWorld
Caused by: java.lang.ClassNotFoundException: HelloWorld

C:\workspace>

如上所示，雖然工作路徑是在 C:\workspace（其中有 HelloWorld.class），啟動 JVM 時指定到 C:\xyz 中搜尋類別檔案，JVM 就老實地到指定的 C:\xyz 中找尋，結果當然就是找不到而顯示錯誤訊息。有的時候，希望也從目前資料夾開始尋找類別檔案，則可以使用 . 指定。例如：

C:\workspace>java -cp .;c:\xyz HelloWorld
Hello, Java

C:\workspace>

如果使用 Java 開發了程式庫，這些程式庫中的類別檔案，會封裝為 JAR（Java Archive）檔案，也就是副檔名為 .jar 的檔案。JAR 檔案實際使用 ZIP 格式壓縮，當中包含一堆 .class 檔案，那麼，如果有個 JAR 檔案，就是將 JAR 檔案當作特別的資料夾，例如，有 abc.jar 與 xyz.jar 放在 C:\lib 底下，執行時若要使用 JAR 檔案中的類別檔案，可以如下：

java -cp C:\workspace;C:\lib\abc.jar;C:\lib\xyz.jar SomeApp

如果有些類別路徑很常使用，可以透過環境變數設定。例如：

SET CLASSPATH=C:\classes;C:\lib\abc.jar;C:\lib\xyz.jar

在啟動 JVM 時，也就是執行 java 時，若沒使用 -cp 或 -classpath 指定，就會讀取 CLASSPATH 環境變數，若有指定，會使用 -cp 或 -classpath 的指定。

如果某資料夾中有許多 .jar 檔案，可以使用 * 表示使用資料夾中所有 .jar檔案（也適用在系統環境變數的設定）。例如指定使用 C:\jars 下所有 JAR 檔案：

java –cp .;C:\jars\* cc.openhome.JNotePad

編譯器與 CLASSPATH

在 classes 有個已編譯的Console.class，請將 classes 複製至C:\workspace，然後在 C:\workspace 開個 Main.java，如下使用 Console 類別：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Console.writeLine("Hello, World");
    }
}

如果如下編譯，會出現錯誤訊息：

C:\workspace>javac Main.java
Main.java:3: error: cannot find symbol
        Console.writeLine("Hello, World");
        ^
  symbol:   variable Console
  location: class Main
1 error

C:\workspace>

編譯器在抱怨，它找不到 Console 類別在哪裡（cannot find symbol），在使用 javac 編譯器時，如果要使用到其他類別程式庫時，也必須指定 CLASSPATH，告訴 javac 編譯器到哪邊尋找 .class 檔案。例如：

C:\workspace>java Main
Exception in thread "main" java.lang.NoClassDefFoundError: Console
        at Main.main(Main.java:3)
Caused by: java.lang.ClassNotFoundException: Console
        at java.base/jdk.internal.loader.BuiltinClassLoader.loadClass(BuiltinClassLoader.java:641)
        at java.base/jdk.internal.loader.ClassLoaders$AppClassLoader.loadClass(ClassLoaders.java:188)
        at java.base/java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:520)
        ... 1 more

C:\workspace>

這一次編譯成功了，但無法執行，原因是執行時找不到 Console 類別，因為你執行時忘了跟 JVM 指定 CLASSPATH，如果如下執行就可以了：

C:\workspace>java -cp .;classes Main
Hello, World

C:\workspace>

別忘了，如果執行 JVM 時指定了 CLASSPATH，就只會在指定的 CLASSPATH 中尋找使用到的類別，因此方才指定 .;classes，注意一開始的 .，這表示目前資料夾，這樣才可以找到目前資料夾下的 Main.class，以及 classes 的 Console.class。

管理原始碼與位元碼

來觀察一下目前的 C:\workspace，原始碼檔案與位元碼檔案都放在一起，想像一下，如果程式規模稍大，一堆 .java 與 .class 檔案還放在一起，會有多麼混亂，你需要有效率地管理原始碼與位元碼檔案。

請將 Hello1 資料夾複製至 C:\workspace，Hello1 資料夾有 src 與 classes 資料夾，src 資料夾中有 Console.java 與 Main.java，其中Console.java 就是方才 Console 類別的原始碼。

src 資料夾用來放置原始碼檔案，而編譯好的位元碼檔案，希望能指定存放至 classes 資料夾。可以在文字模式下，切換至 Hello1 資料夾，然後如下進行編譯：

C:\workspace\cd Hello1

C:\workspace\Hello1\javac -sourcepath src -d classes src/Main.java

在編譯 src/Main.java 時，由於程式碼中要使用到 Console 類別，必須告訴編譯器，Console 類別的原始碼檔案存放位置，這邊使用 -sourcepath 指定從 src 資料夾中尋找原始碼檔案，而 -d 指定了編譯完成的位元碼存放資料夾，編譯器會將使用到的相關類別原始碼也一併進行編譯，編譯完成後，會在 classes 資料夾中看到 Console.class 與 Main.class 檔案。你可以如下執行程式：

C:\workspace\Hello1\java -cp classes Main
Hello, World

在編譯時，會先搜尋 -sourcepath 指定的資料夾，看看是否有使用到的類別原始碼，然後會搜尋是否有已編譯的類別位元碼，預設搜尋位元碼的路徑會包括 JDK 資料夾中的 lib\modules，以及目前的工作路徑。

確認原始碼與位元碼搜尋路徑之後，接著檢查類別位元碼的搜尋路徑中，是否已經有編譯完成的類別，如果存在且從上次編譯後，類別的原始碼並沒有改變，無需重新編譯，若不存在，重新編譯類別。

就上例而言，類別位元碼的搜尋路徑中，找不到 Main.java 與 Console.java 編譯出的類別位元碼，因此會重新編譯出 Main.class 與 Console.class 並存放至 classes。

實際專案中會有數以萬計的 .java，如果每次都重新將 .java 編譯為 .class，會是非常費時的工作，也沒有必要，因此編譯時可以指定類別路徑，若存在編譯後的類別位元碼，而且上次編譯後原始碼並沒有修改，就不會重新編譯。

就上例而言，可以指定 -cp 為 classes。例如：

C:\workspace\Hello1\javac -sourcepath src -cp classes -d classes src/Main.java

C:\workspace\Hello1\

這次指定了 -sourcepath 為 src，而 -cp 為 classes，因此會在 src 搜尋位原始碼檔案，除了 JDK 資料夾的 lib\modules 檔案，現在也會在 classes 搜尋位元碼檔案，由於類別位元碼的搜尋路徑包括 classes 資料夾，可以找到 Console 類別位元碼，無需重新編譯出 Console.class，只會將 javac 指定的 Main.java 重新編譯為 Main.class。

使用 javac 編譯時若加上 -verbose 引數，可以看到編譯過程中搜尋原始碼及類別位元碼的過程。

分享到 LinkedIn 分享到 Facebook 分享到 Twitter