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一、什么是环境变量？
1.1 定义
环境变量（Environment Variables） 是操作系统中存储配置信息的动态键值对，用于影响系统或应用程序的行为。它们如同程序运行时的 "全局便签"，所有进程均可读取。
1.2 核心特性
- 全局性：所有进程均可访问
- 动态性：运行时实时修改
- 继承性：子进程继承父进程变量
- 优先级：进程级变量 > 用户级变量 > 系统级变量
1.3 举个现实版「图书馆借阅规则」的例子：
🏫 场景设定
某大学图书馆的借阅规则需要动态调整：
- 学期中：每人最多借 5 本书，借期 30 天
- 考试周：每人最多 3 本书，借期 15 天
- 寒暑假：每人最多 10 本书，借期 60 天
📚 传统做法（硬编码）
每个图书管理员（程序模块）都死记硬背规则：
# 在学期中工作的管理员A
max_books = 5 # 🚨 当考试周来临时，需要重新培训所有管理员！
loan_days = 30
🌟 环境变量做法
图书馆设置电子公告屏（环境变量）：
# 考试周启动时
export EXAM_WEEK="true" # 设置考试周标志
export MAX_BOOKS=3 # 最大借书量
export LOAN_DAYS=15 # 借阅天数
所有管理员自动读取最新规则：
import os
# 管理员自动读取公告屏
is_exam_week = os.getenv("EXAM_WEEK", "false") == "true"
max_books = int(os.getenv("MAX_BOOKS", 5)) # 默认值5
loan_days = int(os.getenv("LOAN_DAYS", 30)) # 默认值30
💡 环境变量的优势
| 情景 | 传统做法 | 环境变量方案 |
|---|---|---|
| 考试周来临 | 重新培训所有管理员（改代码 + 部署） | 更新电子公告屏（改环境变量） |
| 临时延长借期 | 紧急开会通知（发公告 + 人工确认） | 直接修改 LOAN_DAYS（实时生效） |
| 管理员轮岗 | 新管理员需重新背规则（代码耦合） | 新管理员自动遵守当前规则（解耦） |
二、为什么需要环境变量？
2.1 六大核心作用
| 作用场景 | 典型示例 |
|---|---|
| 配置分离 | 数据库密码不写死在代码中 |
| 跨平台兼容 | Windows/Linux 路径差异处理 |
| 资源定位 | 指定 JAVA_HOME 定位 JDK 安装位置 |
| 权限控制 | 区分开发 / 生产环境 API 密钥 |
| 命令行快捷操作 | PATH 变量快速调用程序 |
| 容器化配置 | Docker/K8s 通过环境变量注入配置 |
2.2 用 5 个真实开发场景，说透环境变量的必要性
场景 1：数据库密码管理（安全刚需）
错误做法：
# config.py（直接硬编码密码）
DB_PASSWORD = "Qwer1234!" # 🚨 此文件若提交到Git，密码立即泄露！
正确方案：
# 终端中设置（密码永不进代码）
export DB_PASSWORD="RealP@ssw0rd"
# config.py（安全读取）
import os
password = os.getenv("DB_PASSWORD") # ✅ 密码仅存在于服务器内存
核心价值：防止敏感信息泄露，符合 SOC2 安全审计要求
场景 2：多环境配置切换（效率提升）
传统方式：
# 手动注释/切换配置
if ENV == "dev":
API_URL = "http://localhost:8080"
elif ENV == "prod":
API_URL = "https://api.company.com" # 🚩 每次部署要改代码
环境变量方案：
# 启动命令一键切换环境
export ENV_MODE=prod && python app.py
# 代码自动适配
API_URL = os.getenv("PROD_API" if os.getenv("ENV_MODE")=="prod" else "DEV_API")
核心价值：开发 / 测试 / 生产环境零代码改动切换
场景 3：容器化部署（云原生标配）
Docker 场景：
FROM python:3.9
# 通过环境变量注入配置
ENV DB_HOST="" DB_PORT=""
CMD ["python", "app.py"]
# 启动容器时动态配置
docker run -e DB_HOST=10.0.0.5 -e DB_PORT=3306 myapp
核心价值：Kubernetes 等编排系统通过 ConfigMap 批量管理配置
场景 4：第三方 API 密钥管理（协作安全）
危险实践：
// config.js
export const GOOGLE_MAP_KEY = 'AIzaSyBxxxxxxxxxxxx' // 🔑 团队成员离职需全员换密钥
正确方案：
# 本地开发环境
echo "export MAP_KEY=dev_key" >> ~/.zshrc
# 生产服务器
echo "export MAP_KEY=prod_key" >> /etc/environment
// 代码统一读取
const key = process.env.MAP_KEY;
核心价值：不同开发者 / 服务器使用独立密钥，权限可控
场景 5：动态功能开关（灰度发布）
功能降级示例：
# 突发流量高峰时关闭非核心功能
export DISABLE_IMAGE_PROCESSING=true
# 代码实时响应
if not os.getenv("DISABLE_IMAGE_PROCESSING"):
process_images() # 根据环境变量动态开关功能
核心价值：无需重启服务实现熔断降级，支持 A/B 测试
三、环境变量操作全攻略
3.1 Windows 系统
图形化设置
- 右键【此电脑】→【属性】→【高级系统设置】
- 点击【环境变量】按钮
- 在系统变量 / 用户变量区域操作
命令行操作（CMD/PowerShell）
# 临时设置（仅当前会话有效）
set MY_VAR=HelloWorld
# 永久设置（需管理员权限）
[System.Environment]::SetEnvironmentVariable('MY_VAR', 'HelloWorld', 'Machine')
# 查看变量
echo %MY_VAR%
3.2 Linux/macOS 系统
# 临时设置
export MY_VAR="HelloWorld"
# 永久设置（写入~/.bashrc或/etc/profile）
echo 'export MY_VAR="HelloWorld"' >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc
# 查看变量
echo $MY_VAR
四、十大必知环境变量
| 变量名 | 作用描述 | 典型值示例 |
|---|---|---|
| PATH | 可执行文件搜索路径 | /usr/local/bin:/usr/bin |
| JAVA_HOME | JDK 安装路径 | /usr/lib/jvm/java-11-openjdk |
| PYTHONPATH | Python 模块搜索路径 | /home/user/my_python_libs |
| HOME | 用户主目录 | /home/ubuntu |
| USER | 当前用户名 | admin |
| LANG | 系统语言设置 | en_US.UTF-8 |
| TEMP/TMP | 临时文件目录 | /tmp |
| CLASSPATH | Java 类文件搜索路径 | .:/usr/share/java |
| PS1 | Shell 提示符格式 | \u@\h:\w$ |
| EDITOR | 默认文本编辑器 | vim |
五、开发中的实战应用
5.1 在代码中读取环境变量
Python 示例
import os
db_host = os.getenv('DB_HOST', 'localhost') # 带默认值
api_key = os.environ['API_KEY'] # 必须存在的变量
Java 示例
String dbUrl = System.getenv("DB_URL");
5.2 多环境配置管理
# 开发环境
export ENV=dev
export DB_URL=jdbc:mysql://localhost:3306/dev_db
# 生产环境
export ENV=prod
export DB_URL=jdbc:mysql://prod-db:3306/prod_db
六、高级技巧与避坑指南
6.1 安全注意事项
-
禁止存储敏感信息
❌ 错误做法：将数据库密码明文写入环境变量
✅ 正确做法：使用 Vault 等密钥管理工具 -
容器环境特殊处理
# Dockerfile中安全传递变量 ENV DB_PASSWORD="" # 占位符docker run -e DB_PASSWORD=secret myapp
6.2 常见问题排查
问题现象：程序报错 "Environment variable not found"
排查步骤：
- 检查变量名拼写（注意大小写敏感）
- 确认设置的作用域（系统 / 用户 / 进程）
- 重启终端或 IDE 使配置生效
- 使用
printenv命令验证变量值
七、环境变量的未来演进
1. 云原生场景：
- Kubernetes 通过 ConfigMap 注入环境变量
- 服务网格（Service Mesh）动态配置
2. 安全增强：
- 加密环境变量（如 AWS Systems Manager Parameter Store）
- 临时凭证自动轮换
3. IDE 集成：
- VS Code 的
.env文件自动加载 - IntelliJ 环境变量模板管理
结语
环境变量是开发者必须掌握的 "瑞士军刀"。合理使用可以实现：
✅ 配置与代码分离
✅ 提升系统安全性
✅ 增强跨平台兼容性
✅ 简化部署流程
思考题：
当同一个环境变量在不同层级（系统级 / 用户级）被重复定义时，系统会优先采用哪个值？欢迎在评论区讨论！
附录：常用命令速查表
| 操作系统 | 查看所有变量 | 删除变量 |
|---|---|---|
| Windows | set | set MY_VAR= |
| Linux | printenv | unset MY_VAR |
| PowerShell | Get-ChildItem Env: | Remove-Item Env:\MY_VAR |
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