夯实Java基础系列20：从IDE的实现原理聊起，谈谈那些年我们用过的Java命令

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文章首发于我的个人博客：

聊聊IDE的实现原理

那好，不如咱们先来了解一下IDE的实现原理，这样一来，即使离开IDE，我们还是知道如何运行Java程序了。

像Eclipse等java IDE是怎么编译和查找java源代码的呢？

源代码保存

这个无需多说，在编译器写入代码，并保存到文件。这个利用流来实现。

编译为class文件

java提供了JavaCompiler，我们可以通过它来编译java源文件为class文件。

查找class

可以通过Class.forName(fullClassPath)或自定义类加载器来实现。

生成对象，并调用对象方法

通过上面一个查找class，得到Class对象后，可以通过newInstance()或构造器的newInstance()得到对象。然后得到Method，最后调用方法，传入相关参数即可。

示例代码：

public class MyIDE {

    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
        // 定义java代码，并保存到文件（Test.java）
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append("package com.tommy.core.test.reflect;\n");
        sb.append("public class Test {\n");
        sb.append("    private String name;\n");
        sb.append("    public Test(String name){\n");
        sb.append("        this.name = name;\n");
        sb.append("        System.out.println(\"hello,my name is \" + name);\n");
        sb.append("    }\n");
        sb.append("    public String sayHello(String name) {\n");
        sb.append("        return \"hello,\" + name;\n");
        sb.append("    }\n");
        sb.append("}\n");

        System.out.println(sb.toString());

        String baseOutputDir = "F:\\output\\classes\\";
        String baseDir = baseOutputDir + "com\\tommy\\core\\test\\reflect\\";
        String targetJavaOutputPath = baseDir + "Test.java";
        // 保存为java文件
        FileWriter fileWriter = new FileWriter(targetJavaOutputPath);
        fileWriter.write(sb.toString());
        fileWriter.flush();
        fileWriter.close();

        // 编译为class文件
        JavaCompiler compiler = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();
        StandardJavaFileManager manager = compiler.getStandardFileManager(null,null,null);
        List<File> files = new ArrayList<>();
        files.add(new File(targetJavaOutputPath));
        Iterable compilationUnits = manager.getJavaFileObjectsFromFiles(files);

        // 编译
        // 设置编译选项，配置class文件输出路径
        Iterable<String> options = Arrays.asList("-d",baseOutputDir);
        JavaCompiler.CompilationTask task = compiler.getTask(null, manager, null, options, null, compilationUnits);
        // 执行编译任务
        task.call();


        // 通过反射得到对象
//        Class clazz = Class.forName("com.tommy.core.test.reflect.Test");
        // 使用自定义的类加载器加载class
        Class clazz = new MyClassLoader(baseOutputDir).loadClass("com.tommy.core.test.reflect.Test");
        // 得到构造器
        Constructor constructor = clazz.getConstructor(String.class);
        // 通过构造器new一个对象
        Object test = constructor.newInstance("jack.tsing");
        // 得到sayHello方法
        Method method = clazz.getMethod("sayHello", String.class);
        // 调用sayHello方法
        String result = (String) method.invoke(test, "jack.ma");
        System.out.println(result);
    }
}

自定义类加载器代码：

public class MyClassLoader extends ClassLoader {
    private String baseDir;
    public MyClassLoader(String baseDir) {
        this.baseDir = baseDir;
    }
    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        String fullClassFilePath = this.baseDir + name.replace("\\.","/") + ".class";
        File classFilePath = new File(fullClassFilePath);
        if (classFilePath.exists()) {
            FileInputStream fileInputStream = null;
            ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = null;
            try {
                fileInputStream = new FileInputStream(classFilePath);
                byte[] data = new byte[1024];
                int len = -1;
                byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
                while ((len = fileInputStream.read(data)) != -1) {
                    byteArrayOutputStream.write(data,0,len);
                }

                return defineClass(name,byteArrayOutputStream.toByteArray(),0,byteArrayOutputStream.size());
            } catch (FileNotFoundException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                if (null != fileInputStream) {
                    try {
                        fileInputStream.close();
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }

                if (null != byteArrayOutputStream) {
                    try {
                        byteArrayOutputStream.close();
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }
        return super.findClass(name);
    }
}    

javac命令初窥

注：以下红色标记的参数在下文中有所讲解。

本部分参考https://www.cnblogs.com/xiazdong/p/3216220.html

用法: javac

其中, 可能的选项包括:

在详细介绍javac命令之前，先看看这个classpath是什么

classpath是什么

在dos下编译java程序，就要用到classpath这个概念，尤其是在没有设置环境变量的时候。classpath就是存放.class等编译后文件的路径。

javac：如果当前你要编译的java文件中引用了其它的类(比如说：继承)，但该引用类的.class文件不在当前目录下，这种情况下就需要在javac命令后面加上-classpath参数，通过使用以下三种类型的方法 来指导编译器在编译的时候去指定的路径下查找引用类。

IDE中的classpath

对于一个普通的Javaweb项目，一般有这样的配置：

总结：

(1).何时需要使用-classpath：当你要编译或执行的类引用了其它的类，但被引用类的.class文件不在当前目录下时，就需要通过-classpath来引入类

(2).何时需要指定路径：当你要编译的类所在的目录和你执行javac命令的目录不是同一个目录时，就需要指定源文件的路径(CLASSPATH是用来指定.class路径的，不是用来指定.java文件的路径的)

Java项目和Java web项目的本质区别

（看清IDE及classpath本质）

Xml代码

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<classpath>
<classpathentry kind="src" path="src"/>
<classpathentry kind="src" path="resources"/>
<classpathentry kind="src" path="test"/>
<classpathentry kind="con" path="org.eclipse.jdt.launching.JRE_CONTAINER"/>
<classpathentry kind="lib" path="lib/servlet-api.jar"/>
<classpathentry kind="lib" path="webapp/WEB-INF/lib/struts2-core-2.1.8.1.jar"/>
     ……
<classpathentry kind="output" path="webapp/WEB-INF/classes"/>
</classpath>

-g、-g:none、-g:{lines,vars,source}

-bootclasspath、-extdirs

[类文件的搜索路径: C:\Java\jdk1.7.0_25\jre\lib\resources.jar,C:\Java\jdk1.7.0_25

\jre\lib\rt.jar,C:\Java\jdk1.7.0_25\jre\lib\sunrsasign.jar,C:\Java\jdk1.7.0_25\j

re\lib\jsse.jar,C:\Java\jdk1.7.0_25\jre\lib\jce.jar,C:\Java\jdk1.7.0_25\jre\lib\

charsets.jar,C:\Java\jdk1.7.0_25\jre\lib\jfr.jar,C:\Java\jdk1.7.0_25\jre\classes

,C:\Java\jdk1.7.0_25\jre\lib\ext\access-bridge-32.jar,C:\Java\jdk1.7.0_25\jre\li

b\ext\dnsns.jar,C:\Java\jdk1.7.0_25\jre\lib\ext\jaccess.jar,C:\Java\jdk1.7.0_25\

jre\lib\ext\localedata.jar,C:\Java\jdk1.7.0_25\jre\lib\ext\sunec.jar,C:\Java\jdk

1.7.0_25\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar,C:\Java\jdk1.7.0_25\jre\lib\ext\sunmsca

pi.jar,C:\Java\jdk1.7.0_25\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar,C:\Java\jdk1.7.0_25\jre\lib
\ext\zipfs.jar,..\bin]             

如果利用 -bootclasspath 重新定义： javac -bootclasspath src Xxx.java，则会出现下面错误：

致命错误: 在类路径或引导类路径中找不到程序包 java.lang

-sourcepath和-classpath（-cp）

•-classpath(-cp)指定你依赖的类的class文件的查找位置。在Linux中，用“:”分隔classpath，而在windows中，用“;”分隔。
•-sourcepath指定你依赖的类的java文件的查找位置。

举个例子，

public class A
{
    public static void main(String[] args) {
        B b = new B();
        b.print();
    }
}



public class B
{
    public void print()
    {
        System.out.println("old");
    }
}

目录结构如下：

sourcepath //此处为当前目录

|-src
　　　　|-com
　　　　　　|- B.java
　　　　|- A.java
　　|-bin
　　　　|- B.class               //是 B.java

编译后的类文件

如果要编译 A.java，则必须要让编译器找到类B的位置，你可以指定B.class的位置，也可以是B.java的位置，也可以同时都存在。

javac -classpath bin src/A.java                            //查找到B.class

javac -sourcepath src/com src/A.java                   //查找到B.java

javac -sourcepath src/com -classpath bin src/A.java    //同时查找到B.class和B.java

如果同时找到了B.class和B.java，则：
•如果B.class和B.java内容一致，则遵循B.class。
•如果B.class和B.java内容不一致，则遵循B.java，并编译B.java。

以上规则可以通过 -verbose选项看出。

-d

•d就是 destination，用于指定.class文件的生成目录，在eclipse中，源文件都在src中，编译的class文件都是在bin目录中。

这里我用来实现一下这个功能，假设项目名称为project，此目录为当前目录，且在src/com目录中有一个Main.java文件。‘

package com;
public class Main
{
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello");
    }
}



javac -d bin src/com/Main.java

上面的语句将Main.class生成在bin/com目录下。

-implicit:{none,class}

•如果有文件为A.java（其中有类A），且在类A中使用了类B，类B在B.java中，则编译A.java时，默认会自动编译B.java，且生成B.class。
•implicit:none：不自动生成隐式引用的类文件。
•implicit:class（默认）：自动生成隐式引用的类文件。

public class A
{
    public static void main(String[] args) {
        B b = new B();
    }
}

public class B
{
}

如果使用：


 javac -implicit:none A.java

则不会生成 B.class。

-source和-target

•-source：使用指定版本的JDK编译，比如：-source 1.4表示用JDK1.4的标准编译，如果在源文件中使用了泛型，则用JDK1.4是不能编译通过的。
•-target：指定生成的class文件要运行在哪个JVM版本，以后实际运行的JVM版本必须要高于这个指定的版本。

javac -source 1.4 Xxx.java

javac -target 1.4 Xxx.java

-encoding

默认会使用系统环境的编码，比如我们一般用的中文windows就是GBK编码，所以直接javac时会用GBK编码，而Java文件一般要使用utf-8，如果用GBK就会出现乱码。

•指定源文件的编码格式，如果源文件是UTF-8编码的，而-encoding GBK，则源文件就变成了乱码（特别是有中文时）。

javac -encoding UTF-8 Xxx.java

-verbose

输出详细的编译信息，包括：classpath、加载的类文件信息。

比如，我写了一个最简单的HelloWorld程序，在命令行中输入：

D:\Java>javac -verbose -encoding UTF-8 HelloWorld01.java

输出：

[语法分析开始时间 RegularFileObject[HelloWorld01.java]]
[语法分析已完成, 用时 21 毫秒]
[源文件的搜索路径: .,D:\大三下\编译原理\cup\java-cup-11a.jar,E:\java\jflex\lib\J           //-sourcepath
Flex.jar]
[类文件的搜索路径: C:\Java\jdk1.7.0_25\jre\lib\resources.jar,C:\Java\jdk1.7.0_25      //-classpath、-bootclasspath、-extdirs
省略............................................
[正在加载ZipFileIndexFileObject[C:\Java\jdk1.7.0_25\lib\ct.sym(META-INF/sym/rt.j
ar/java/lang/Object.class)]]
[正在加载ZipFileIndexFileObject[C:\Java\jdk1.7.0_25\lib\ct.sym(META-INF/sym/rt.j
ar/java/lang/String.class)]]
[正在检查Demo]
省略............................................
[已写入RegularFileObject[Demo.class]]
[共 447 毫秒]

编写一个程序时，比如写了一句：System.out.println("hello")，实际上还需要加载：Object、PrintStream、String等类文件，而上面就显示了加载的全部类文件。

其他命令

-J
•传递一些信息给 Java Launcher.

javac -J-Xms48m   Xxx.java          //set the startup memory to 48M.

-@

则使用下面的命令：

javac @sourcefiles.txt

编译这三个源文件。

使用javac构建项目

这部分参考：
https://blog.csdn.net/mingover/article/details/57083176

一个简单的javac编译

新建两个文件夹,src和 build
src/com/yp/test/HelloWorld.java
build/

├─build
└─src
    └─com
        └─yp
            └─test
                    HelloWorld.java

java文件非常简单

package com.yp.test;
public class HelloWorld {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("helloWorld");
    }
}

编译:
javac src/com/yp/test/HelloWorld.java -d build

-d 表示编译到 build文件夹下

查看build文件夹
├─build
│  └─com
│      └─yp
│          └─test
│                  HelloWorld.class
│
└─src
    └─com
        └─yp
            └─test
                    HelloWorld.java

运行文件

如果引用到多个其他的类，应该怎么做呢 ？

怎么打成jar包?

生成可以运行的jar包

需要指定jar包的应用程序入口点，用-e选项：

E:\codeplace\n_learn\java\javacmd\build> jar cvfe h.jar com.yp.test.HelloWorld *
已添加清单
正在添加: com/(输入 = 0) (输出 = 0)(存储了 0%)
正在添加: com/yp/(输入 = 0) (输出 = 0)(存储了 0%)
正在添加: com/yp/test/(输入 = 0) (输出 = 0)(存储了 0%)
正在添加: com/yp/test/entity/(输入 = 0) (输出 = 0)(存储了 0%)
正在添加: com/yp/test/entity/Cat.class(输入 = 545) (输出 = 319)(压缩了 41%)
正在添加: com/yp/test/HelloWorld.class(输入 = 844) (输出 = 487)(压缩了 42%)

直接运行

java -jar h.jar

额外发现
指定了Main类后，jar包里面的 META-INF/MANIFEST.MF 是这样的， 比原来多了一行Main-Class….
Manifest-Version: 1.0
Created-By: 1.8.0 (Oracle Corporation)
Main-Class: com.yp.test.HelloWorld

如果类里有引用jar包呢?

先下一个jar包 这里直接下 log4j

* main函数改成

import com.yp.test.entity.Cat;
import org.apache.log4j.Logger;

public class HelloWorld {

    static Logger log = Logger.getLogger(HelloWorld.class);

    public static void main(String[] args) {
        Cat c = new Cat("keyboard");
        log.info("这是log4j");
        System.out.println("hello," + c.getName());
    }

}

现的文件是这样的

├─build
├─lib
│      log4j-1.2.17.jar
│
└─src
    └─com
        └─yp
            └─test
                │  HelloWorld.java
                │
                └─entity
                        Cat.java

这个时候 javac命令要接上 -cp ./lib/*.jar
E:\codeplace\n_learn\java\javacmd>javac -encoding "utf8" src/com/yp/test/HelloWorld.java -sourcepath src -d build -g -cp ./lib/*.jar


运行要加上-cp, -cp 选项貌似会把工作目录给换了， 所以要加上 ;../build
E:\codeplace\n_learn\java\javacmd\build>java -cp ../lib/log4j-1.2.17.jar;../build com.yp.test.HelloWorld

结果:

log4j:WARN No appenders could be found for logger(com.yp.test.HelloWorld).
log4j:WARN Please initialize the log4j system properly.
log4j:WARN See http://logging.apache.org/log4j/1.2/faq.html#noconfig for more info.
hello,keyboard

由于没有 log4j的配置文件，所以提示上面的问题,往 build 里面加上 log4j.xml

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>
<!DOCTYPE log4j:configuration SYSTEM "log4j.dtd">
<log4j:configuration xmlns:log4j='http://jakarta.apache.org/log4j/'>
    <appender name="stdout" class="org.apache.log4j.ConsoleAppender">
        <layout class="org.apache.log4j.PatternLayout">
            <param name="ConversionPattern" value="%d{ABSOLUTE} %-5p [%c{1}] %m%n" />
        </layout>
    </appender>

    <root>
        <level value="info" />
        <appender-ref ref="stdout" />
    </root>
</log4j:configuration>

再运行

E:\codeplace\n_learn\java\javacmd>java -cp lib/log4j-1.2.17.jar;build com.yp.tes t.HelloWorld
15:19:57,359 INFO  [HelloWorld] 这是log4j
hello,keyboard

说明:
这个log4j配置文件，习惯的做法是放在src目录下, 在编译过程中 copy到build中的,但根据ant的做法，不是用javac的，而是用来处理,我猜测javac是不能copy的，如果想在命令行直接 使用，应该是用cp命令主动去执行 copy操作

ok 一个简单的java 工程就运行完了
但是 貌似有些繁琐, 需要手动键入 java文件 以及相应的jar包 很是麻烦,
so 可以用 shell 来脚本来简化相关操作
shell 文件整理如下:

#!/bin/bash
echo "build start"

JAR_PATH=libs
BIN_PATH=bin
SRC_PATH=src

# java文件列表目录
SRC_FILE_LIST_PATH=src/sources.list

#生所有的java文件列表 放入列表文件中
rm -f $SRC_PATH/sources
find $SRC_PATH/ -name *.java > $SRC_FILE_LIST_PATH

#删除旧的编译文件 生成bin目录
rm -rf $BIN_PATH/
mkdir $BIN_PATH/

#生成依赖jar包 列表
for file in  ${JAR_PATH}/*.jar;
do
jarfile=${jarfile}:${file}
done
echo "jarfile = "$jarfile

#编译 通过-cp指定所有的引用jar包，将src下的所有java文件进行编译
javac -d $BIN_PATH/ -cp $jarfile @$SRC_FILE_LIST_PATH

#运行 通过-cp指定所有的引用jar包，指定入口函数运行
java -cp $BIN_PATH$jarfile com.zuiapps.danmaku.server.Main  

编译 :
     1. 需要编译所有的java文件
     2. 依赖的java 包都需要加入到 classpath 中去
     3. 最后设置 编译后的 class 文件存放目录  即 -d bin/
     4. java文件过多是可以使用  @$SRC_FILE_LIST_PATH 把他们放到一个文件中去
运行:
   1.需要吧 编译时设置的bin目录和 所有jar包加入到 classpath 中去
  

javap

import java.awt.*;
import java.applet.*;

public class DocFooter extends Applet {
        String date;
        String email;

        public void init() {
                resize(500,100);
                date = getParameter("LAST_UPDATED");
                email = getParameter("EMAIL");
        }
}

在命令行上键入javap DocFooter后，输出结果如下

Compiled from "DocFooter.java"

public class DocFooter extends java.applet.Applet {
  java.lang.String date;
  java.lang.String email;
  public DocFooter();
  public void init();
}

如果加入了-c，即javap -c DocFooter，那么输出结果如下

Compiled from "DocFooter.java"

public class DocFooter extends java.applet.Applet {
  java.lang.String date;

  java.lang.String email;

  public DocFooter();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/applet/Applet."<init>":()V
       4: return

  public void init();
    Code:
       0: aload_0
       1: sipush        500
       4: bipush        100
       6: invokevirtual #2                  // Method resize:(II)V
       9: aload_0
      10: aload_0
      11: ldc           #3                  // String LAST_UPDATED
      13: invokevirtual #4                  // Method getParameter:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
      16: putfield      #5                  // Field date:Ljava/lang/String;
      19: aload_0
      20: aload_0
      21: ldc           #6                  // String EMAIL
      23: invokevirtual #4                  // Method getParameter:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
      26: putfield      #7                  // Field email:Ljava/lang/String;
      29: return

}

上面输出的内容就是字节码。

用法摘要

-help 帮助
-l 输出行和变量的表
-public 只输出public方法和域
-protected 只输出public和protected类和成员
-package 只输出包，public和protected类和成员，这是默认的
-p -private 输出所有类和成员
-s 输出内部类型签名
-c 输出分解后的代码，例如，类中每一个方法内，包含java字节码的指令，
-verbose 输出栈大小，方法参数的个数
-constants 输出静态final常量
总结

javap可以用于反编译和查看编译器编译后的字节码。平时一般用javap -c比较多，该命令用于列出每个方法所执行的JVM指令，并显示每个方法的字节码的实际作用。可以通过字节码和源代码的对比，深入分析java的编译原理，了解和解决各种Java原理级别的问题。

参考文章

https://blog.csdn.net/Anbernet/article/details/81449390

https://www.cnblogs.com/luobiao320/p/7975442.html

https://www.jianshu.com/p/f7330dbdc051

https://www.jianshu.com/p/6a8997560b05

https://blog.csdn.net/w372426096/article/details/81664431

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作者是 985 硕士，蚂蚁金服 JAVA 工程师，专注于 JAVA 后端技术栈：SpringBoot、MySQL、分布式、中间件、微服务，同时也懂点投资理财，偶尔讲点算法和计算机理论基础，坚持学习和写作，相信终身学习的力量！

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