Java 9 平台级模块系统

模块化是 Java 9 一个非常重要的特性，终于有时间整理一下这方面的内容了。

模块化是软件工程中非常重要的一个概念。把独立的功能封装成模块，并提供接口供外部使用是我们在开发中努力实现的目标。模块化有很多好处：

• 代码内聚，容易维护；
• 能够有效降低复杂度；
• 能提供更好的伸缩性和扩展性。

Java 9 的 Jigsaw 项目致力于为 Java 9 带来平台级的模块化系统。这个项目从 2008 年就已经开始，由于很多原因一直没有发布。现在，Jigsaw 涵盖了 6 个 JEP，终于作为 Java 9 的一部分发布出来。

从整体到模块

Java 一直坚持向后兼容，每更新一个版本，都变得更大更复杂。在过去的 JDK 版本中，没有强制要求模块化，使得 Java 平台和 JDK 越来越让人纠结。即便只是一个小小的 hello world，也需要加载几乎所有的 API。Jigsaw 项目致力于把 Java 平台和 JDK 分解成更小更有组织的模块。用户可以使用模块来构建软件，并且不需要包含所有的 API。

这项工作并不容易，Oracle 的 Java 平台组首席架构师 Mark Reinhold 曾经说过：

JDK代码库在API和实现级别上都是相互关联的，多年来主要以单片软件系统的方式构建。我们花了相当多的努力消除或至少简化了尽可能多的API和实现依赖关系，以便平台和它的实现可以作为一组相互依赖的模块来呈现，但是一些特别棘手的情况仍然存在。我们希望尽可能多地保持与先前版本的兼容性，特别是对于现有的基于类路径的应用程序，同时在可能的情况下，对于由模块组成的应用程序也是如此。

所有 Java 9 模块都在 $JAVA_HOME/jmods 目录下面。每个模块都具有暴露给其他模块的接口。这些模块互相依赖，并通过导出的包进行交互。 开发人员可以编译、打包、部署和执行仅由所选模块组成的应用程序，而无需其他任何操作。

如何使用模块

下面我们把自己的 Java 代码也进行模块化。新建两个简单的模块：

• com.timeteller.clock：包含SpeakingClock的模块，用于将当前时间打印到stdout的简单类；
• com.timeteller.main：使用com.timeteller.clock模块提供的功能的模块。

整个项目结构如下所示：

├── com.timeteller.clock
│   ├── com
│   │   └── timeteller
│   │       └── clock
│   │           └── SpeakingClock.java
│   └── module-info.java
└── com.timeteller.main
    ├── com
    │   └── timeteller
    │       └── main
    │           └── Main.java
    └── module-info.java

在 main 函数中调用方法与之前并无多少不同。

public static void main (String[] args) {
    SpeakingClock clock = new SpeakingClock();
    clock.tellTheTime(); // displays the time to stdout.
}

Java 9 平台级模块化系统最重要的部分在 module-info.java 中，这个文件定义了模块和元数据。内容如下所示。一个文件定义了 com.timeteller.clock 模块，并导出了 com.timeteller.clock 包；另一个文件定义了 com.timeteller.main 模块，并引用了 com.timeteller.clock 模块。

module com.timeteller.clock {
    exports com.timeteller.clock;
}

module com.timeteller.main {
    requires com.timeteller.clock;
}

module-info.java 的配置比较简单，可以看到：

• 模块描述符文件放置在模块的根文件夹中；
• 每个模块都有一个唯一的名称；
• 模块描述符定义从模块导出的包以及它们需要哪些模块；

模块中的包如果没有导出，它的作用域就仅限于当前模块中，其他模块无法使用。这一特性使得 Java 9 中的 public 含义有所变化，模块中声明为 public 的类不再是可以随意访问的，只有导出以后才能从模块外访问到。基于这个特性，可以有效地隐藏模块内的 API。

编译 Java 程序

编译时可以这样打包：

$ mkdir -p jars
$ mkdir -p build/classes/com.timeteller.clock
$ javac -d build/classes/com.timeteller.clock/ com.timeteller.clock/module-info.java com.timeteller.clock/com/timeteller/clock/SpeakingClock.java
$ jar -c -f jars/clock.jar -C build/classes/com.timeteller.clock/ .
$ mkdir -p build/classes/com.timeteller.main
$ javac -d build/classes/com.timeteller.main/ --module-path=jars com.timeteller.main/module-info.java com.timeteller.main/com/timeteller/main/Main.java
$ jar -c -f jars/timeTeller.jar --main-class com.timeteller.main.Main -C build/classes/com.timeteller.main .

我们必须告诉编译器模块的路径(modulepath)，编译器才能准确编译。模块路径的概念与 classpath 的概念非常相似。当我们构建 com.timeteller.main 模块时，需要在它的模块路径上放一个带有 com.timeteller.clock 的 jar。否则编译器找不到必需的代码并会导致编译错误：

$ javac -d build/classes/com.timeteller.main/ com.timeteller.main/module-info.java com.timeteller.main/com/timeteller/main/Main.java
com.timeteller.main/module-info.java:2: error: module not found: com.timeteller.clock
  requires com.timeteller.clock;

这里编译后创建的 jar 也是模块化，模块的 jar 与常规的 jar 基本一样，除了里面包括 module-info.class 文件。Java 9 即将到来，让我们一起期待吧。

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