java运行时参数file.encoding和sun.jnu.encoding详解

问题来源

最近公司引入容器技术，按照计划将应用切换至容器平台，应用切换验证过程中发现一个奇怪的问题。原来可以正常解析的XML配置文件，切换后出现了中文乱码问题，如果是纯英文的则可以正常解析，包含中文的要么解析报错，要么解析出来的中文内容乱码。
因为应用层面未做任何调整，所以问题定位还是相对容易，直接对比应用的启动参数就发现了问题。原来应用部署的参数未指定-Dfile.encoding,而切换容器后统一增加了启动参数-Dfile.encoding=UTF-8。而应用中XML配置文件使用的是GBK编码，所以导致了乱码，将启动参数调整为-Dfile.encoding=GBK，XML配置文件解析恢复正常。

虽然问题解决了，但是任然有三个困惑点没有解决：

  • 未指定file.encoding的情况下，默认编码是由什么决定的？
  • 指定file.encoding的话，会产生什么影响？
  • 经常与file.encoding一起出现的sun.jnu.encoding参数又是什么？两者有什么关系？

于是决定探索一下-Dfile.encoding。

启动参数-Dfile.encoding是什么？

file.encoding 直译：文件编码。
查找 java 源码，只有四个类调用了 file.encoding 这个属性。


  1. 在 java.nio.Charset.defaultCharset() 
/**
     * Returns the default charset of this Java virtual machine.
     *
     * <p> The default charset is determined during virtual-machine startup and
     * typically depends upon the locale and charset of the underlying
     * operating system.
     *
     * @return  A charset object for the default charset
     *
     * @since 1.5
     */
    public static Charset defaultCharset() {
        if (defaultCharset == null) {
            synchronized (Charset.class) {
                String csn = AccessController.doPrivileged(
                    new GetPropertyAction("file.encoding"));
                Charset cs = lookup(csn);
                if (cs != null)
                    defaultCharset = cs;
                else
                    defaultCharset = forName("UTF-8");
            }
        }
        return defaultCharset;
    }

从注释中可以看到，默认字符集是在 java 虚拟机启动时决定的，依赖于 java 虚拟机所在的操作系统的区域以及字符集。
从代码中可以看出，默认字符集就是从 file.encoding 这个属性中获取的。
此处的默认字符集会影响字符串、文件字符流读写等的默认编码。

  1. URLEncoder.encode(String) Web环境中最常遇到的编码使用。
  2. com.sun.org.apache.xml.internal.serializer.Encoding.getMimeEncodings(String) 影响对无编码设置的xml文件的读取 。
  3. javax.print.DocFlavor影响打印的编码。

从以上信息可以分析到，file.encoding 会影响无指定编码的字符串、读写文件、URL编码、打印等内容。

分析file.encoding 对字符输入流的影响

无编码设置的字符输入流方法：java.io.InputStreamReader.InputStreamReader(InputStream in)的源码如下：

public InputStreamReader(InputStream in) {
        super(in);
        try {
            sd = StreamDecoder.forInputStreamReader(in, this, (String)null); // ## check lock object
        } catch (UnsupportedEncodingException e) {
            // The default encoding should always be available
            throw new Error(e);
        }
    }

接着看StreamDecoder.forInputStreamReader的源码：

    public static StreamDecoder forInputStreamReader(InputStream var0, Object var1, String var2) throws UnsupportedEncodingException {
        String var3 = var2;
        if (var2 == null) {
            var3 = Charset.defaultCharset().name();
        }

        try {
            if (Charset.isSupported(var3)) {
                return new StreamDecoder(var0, var1, Charset.forName(var3));
            }
        } catch (IllegalCharsetNameException var5) {
        }

        throw new UnsupportedEncodingException(var3);
    }

到这里就发现，如果没有设置编码参数，即上面源码中的if (var2 == null)，则又回到了开始说的：Charset.defaultCharset()，获取到的默认编码也就是file.encoding 指定的编码。
那么问题来了，如果启动参数中没有指定file.encoding 的值，那jvm启动的时候file.encoding 指定的默认值是什么呢？

分析file.encoding 参数默认值

说明： 由于很多场景file.encoding和sun.jnu.encoding总是被一起提及，所以下面一起分析这两个参数。以下测试中，操作系统编码：GBK，java类文件编码：UTF-8 。

先看一下未指定启动参数值的情况下输出系统参数file.encoding和sun.jnu.encoding的值。代码如下：

public class FileEncodeTest {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("file.encoding : "+System.getProperty("file.encoding"));
        System.out.println("sun.jnu.encoding : "+System.getProperty("sun.jnu.encoding"));
    }
}

执行结果：

$ javac FileEncodeTest.java 
$ java FileEncodeTest
  file.encoding : GBK
  sun.jnu.encoding : GBK

确认一下操作系统当前的编码：

$ env | grep LANG=
  LANG=zh_CN.GBK

从结果来看，file.encoding和sun.jnu.encoding的值与操作系统的编码值一致。但是并不能说明file.encoding和sun.jnu.encoding的默认值值由操作系统的编码决定。
需要进一步验证，将操作系统默认编码调整为UTF-8：

$ export LANG=zh_CN.UTF-8
$ env|grep LANG=
   LANG=zh_CN.UTF-8

重新运行得出测试结果：

$ java FileEncodeTest
  file.encoding : UTF-8
  sun.jnu.encoding : UTF-8

调整操作系统编码为UTF-8后，file.encoding和sun.jnu.encoding的值也变为UTF-8。
到这里可以得出结论，file.encoding和sun.jnu.encoding的默认值由操作系统的当前编码决定。

分析file.encoding对读写文件内容的影响

通过不设置编码格式的FileReader读取一个UTF-8编码的文件FileEncodeTest副本.java，打印文件名和文件内容。【操作系统编码为：GBK】

import java.io.*;

public class FileEncodeTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        System.out.println("file.encoding : "+System.getProperty("file.encoding"));
        System.out.println("sun.jnu.encoding : "+System.getProperty("sun.jnu.encoding"));
        
        // sun.jnu.encoding不会影响文件名的读取
        // java -Dfile.encoding=utf-8 -Dsun.jnu.encoding=GBK FileEncodeTest   正常读取文件
        // java -Dfile.encoding=utf-8 -Dsun.jnu.encoding=UTF-8 FileEncodeTest 正常读取文件
        File file = new File("D:\\FileEncode\\UTF8\\FileEncodeTest副本.java");
        System.out.println(file.getName());
        // java -Dfile.encoding=utf-8 -Dsun.jnu.encoding=UTF-8 FileEncodeTest         正常创建文件
        // java -Dfile.encoding=utf-8 -Dsun.jnu.encoding=GBK FileEncodeTest           正常创建文件
        // java -Dfile.encoding=utf-8 -Dsun.jnu.encoding=ISO-8859-1 FileEncodeTest    正常创建文件
        File file01 = new File("E:\\xstl\\中文01.txt");
        file01.createNewFile();

        // file.encoding会影响文件内容的读取
        FileReader fileReader = new FileReader( "D:\\FileEncode\\UTF8\\FileEncodeTest副本.java");
        System.out.println("FileReader Encode : " + fileReader.getEncoding());
        BufferedReader br = new BufferedReader(fileReader);

        String line;
        while((line = br.readLine()) != null) {
            System.out.println(line);
        }

        br.close();
    }
}

在不添加file.encoding启动参数的情况下，文件名正常，文件内容乱码。

$ javac -encoding utf-8 FileEncodeTest.java

$ java FileEncodeTest
  file.encoding : GBK
  sun.jnu.encoding : GBK
  FileEncodeTest副本.java
  FileReader Encode : GBK
public class FileEncodeTest鍓湰 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        System.out.println("file.encoding : "+System.getProperty("file.encoding"));
        System.out.println("sun.jnu.encoding : "+System.getProperty("sun.jnu.encoding"));
    
        System.out.println("FileEncodeTest鍓湰 ");

    }
}

调整运行时参数，增加-Dfile.encoding=UTF-8后执行，不再乱码。

    $ java -Dfile.encoding=UTF-8 FileEncodeTest
      file.encoding : UTF-8
      sun.jnu.encoding : GBK
      FileEncodeTest副本.java
      FileReader Encode : UTF8
public class FileEncodeTest副本 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        System.out.println("file.encoding : "+System.getProperty("file.encoding"));
        System.out.println("sun.jnu.encoding : "+System.getProperty("sun.jnu.encoding"));

        System.out.println("FileEncodeTest副本 ");

    }
}

根据上面的验证，可以得出结论，'file.encoding'参数设置的编码会影响读取文件的内容，'sun.jnu.encoding'参数设置不会影响读取文件的文件名。

那是否有可能在读取文件内容之前先设置一下'file.encoding'的值，然后再读取文件内容，就可以了呢？

JVM启动后再System.setProperty("file.encoding")是否有效果？

稍微调整一下代码，在读取文件内容之前，先将'file.encoding'的值设为UTF-8，设置系统属性值的代码：System.setProperty("file.encoding", "UTF-8")。

import java.io.*;

public class FileEncodeTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        System.out.println("file.encoding : "+System.getProperty("file.encoding"));
        System.out.println("sun.jnu.encoding : "+System.getProperty("sun.jnu.encoding"));

        System.setProperty("file.encoding", "UTF-8");
        System.out.println("file.encoding : "+System.getProperty("file.encoding"));

        FileReader fileReader = new FileReader( "D:\\FileEncode\\UTF8\\FileEncodeTest副本.java");
        System.out.println("FileReader Encode : " + fileReader.getEncoding());
        BufferedReader br = new BufferedReader(fileReader);

        String line;
        while((line = br.readLine()) != null) {
            System.out.println(line);
        }

        br.close();
    }
}

根据输出结果可以看出，虽然系统值改变了，System.getProperty("file.encoding")的值变为了UTF-8，但是并没有改变默认字符集的值，FileReader的编码依然是GBK。

    $ java FileEncodeTest
      file.encoding : GBK
      sun.jnu.encoding : GBK
      file.encoding : UTF-8
      FileEncodeTest副本.java
      FileReader Encode :GBK
public class FileEncodeTest鍓湰 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        System.out.println("file.encoding : "+System.getProperty("file.encoding"));
        System.out.println("sun.jnu.encoding : "+System.getProperty("sun.jnu.encoding"));
    
        System.out.println("FileEncodeTest鍓湰 ");

    }
}

因此可以得出结论，JVM启动后设置系统配置值System.setProperty("file.encoding", "UTF-8")不会影响到默认字符集的编码。如果需要指定读取文件内容的编码，需要通过字符流的构造器InputStreamReader(InputStream in, Charset cs)设置。

对类编译、加载的影响（内容和文件名）

既然file.encoding的值会影响文件内容读取的编码，而类加载的过程也需要读取class文件的内容，那file.encoding是否会影响类加载过程呢？我们先试一下。下面是测试代码【FileEncodeTest.java文件是UTF-8编码】：

public class FileEncodeTest {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("file.encoding : "+System.getProperty("file.encoding"));
        System.out.println("sun.jnu.encoding : "+System.getProperty("sun.jnu.encoding"));
        System.out.println("中文");
    }
}

不带-encoding utf-8，编译执行，运行结果：

$ javac FileEncodeTest.java

$ java FileEncodeTest
  file.encoding : GBK
  sun.jnu.encoding : GBK
  涓枃

从结果来看，java类文件是UTF-8编码，file.encoding是GBK，从而导致了乱码，似乎印证了file.encoding会影响class文件的加载。
然而事实并非如此，即使加上参数'-Dfile.encoding=utf-8'，执行结果依然会乱码。

$ java -Dfile.encoding=utf-8 Test02
  file.encoding : utf-8
  sun.jnu.encoding : GBK
  涓枃

细心的读者可能会注意到，前面编译代码的时候都增加了参数-encoding utf-8，事实上此处会乱码并不是加载的时候引起的，而是编译时引起的。
调整编译参数，增加-encoding utf-8，重新测试。

    $ javac -encoding utf-8 FileEncodeTest.java

    $ java FileEncodeTest
    file.encoding : GBK
    sun.jnu.encoding : GBK
    中文

编译恢复正常。
在类编译过程中需要指定编译代码的编码，也就是java类文件的编码。编译后形成的class文件被统一编码为UNICODE格式，类加载过程中自然也是使用UNICODE编码，file.encoding影响的是未指定字符编码时的默认字符集。

接下来进一步验证，先调整测试代码：

public class FileEncodeTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        System.out.println("file.encoding : "+System.getProperty("file.encoding"));
        System.out.println("sun.jnu.encoding : "+System.getProperty("sun.jnu.encoding"));

        String test = "中文";
        System.out.println(new String(test.getBytes(), "UTF-8"));
    }
}

运行结果：

    $ javac -encoding utf-8 FileEncodeTest.java

    $ java FileEncodeTest
    file.encoding : GBK
    sun.jnu.encoding : GBK
    ????

因为默认的字符编码集是GBK，new String(test.getBytes(), "UTF-8")这段代码，实际上是new String(test.getBytes("GBK"), "UTF-8")。

调整执行参数，增加-Dfile.encoding=utf-8，重新运行，中文正常输出：

$ javac -encoding utf-8 FileEncodeTest.java

$ java -Dfile.encoding=utf-8 FileEncodeTest
  file.encoding : utf-8
  sun.jnu.encoding : GBK
  中文

或者将new String(test.getBytes(), "UTF-8")，调整为new String(test.getBytes(), "GBK")，乱码问题也可以解决，其实好的实践应该是：new String(test.getBytes("UTF-8"), "UTF-8")。

以上可以得出结论，编译期间的字符编码由javac -encoding utf-8决定，运行期间的默认字符编码由file.encoding决定，而class文件和JVM的字符编码统一使用UNICODE编码。

那说半天，sun.jnu.encoding一点存在感都没有，那sun.jnu.encoding究竟起什么作用呢？

中文类名？

研究到这里，file.encoding参数的作用已经比较清楚了，那sun.jnu.encoding又有什么作用呢？我们先试着运行如下测试代码：

public class FileEncodeTest副本 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        System.out.println("file.encoding : "+System.getProperty("file.encoding"));
        System.out.println("sun.jnu.encoding : "+System.getProperty("sun.jnu.encoding"));
    }
}

运行结果，一切正常：

$ javac -encoding utf-8 FileEncodeTest副本.java

$ java FileEncodeTest副本
  file.encoding : GBK
  sun.jnu.encoding : GBK

调整一下运行参数，增加'-Dsun.jnu.encoding=utf-8'，提示“错误: 找不到或无法加载主类 FileEncodeTest????”。

 $ java -Dsun.jnu.encoding=utf-8 FileEncodeTest副本
  错误: 找不到或无法加载主类 FileEncodeTest????

这是因为测试场景的操作系统编码是GBK，当sun.jnu.encoding未配置使用和操作系统一致编码（GBK），编码统一不会引起乱码。而手动设置sun.jnu.encoding为utf-8编码时，与操作系统的GBK编码不一致，因而无法加载指定的类。
这说明-Dsun.jnu.encoding的编码会影响类加载时定位中文类。

另外，我们来看一下下面这个测试代码：

public class FileEncodeTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        System.out.println("file.encoding : "+System.getProperty("file.encoding"));
        System.out.println("sun.jnu.encoding : "+System.getProperty("sun.jnu.encoding"));

        System.out.println("args0 : " + args[0]);
        System.out.println(System.getProperties().getProperty("test"));

    }
}

运行结果如下：

$ javac -encoding utf-8 FileEncodeTest.java
$ java -Dsun.jnu.encoding=GBK -Dtest=中文 FileEncodeTest 中文
  file.encoding : GBK
  sun.jnu.encoding : GBK
  args0 : 中文
  中文

重新调整运行参数，将sun.jnu.encoding的值从GBK改为UTF-8，再执行结果如下：

$ javac -encoding utf-8 FileEncodeTest.java

$ java -Dsun.jnu.encoding=UTF-8 -Dtest=中文 FileEncodeTest 中文
  file.encoding : GBK
  sun.jnu.encoding : UTF-8
  args0 : ????
  中文

从上面的测试结果可以看出，'-Dsun.jnu.encoding' 除了影响读取类名，还会影响传入参数的编码。

总结

  • file.encoding不主动配置的情况下，默认是操作系统的编码；
  • file.encoding在JVM启动后再修改其值，只会修改配置项值，不会改变默认字符集编码；
  • 运行时配置file.encoding，影响java默认字符集编码：
  1. Charset.defaultCharset() Java环境中非常关键的编码设置
  2. URLEncoder.encode(String) Web环境中最常遇到的编码使用
  3. com.sun.org.apache.xml.internal.serializer.Encoding 影响对无编码设置的xml文件的读取
  4. javax.print.DocFlavor 影响打印的编码
  • sun.jnu.encoding 影响类加载时类名的编码

文件操作涉及到字节操作和字符操作，在字符操作的时候应该明确指定操作的编码，而不是依赖默认配置，从而避免很多的不确定性，降低外部依赖（耦合）。

注意：Eclipse或IDEA在编译或运行时，会默认增加编译、运行时参数，会影响代码效果，建议在命令行验证如上测试代码。

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