Java 9 的模块(Module)系统

作者: 毕衔

更新时间:2022-03-26 13:50:09

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Java 的模块在Java 9中正式实装,一直没时间来研究一下这个东西,今天就和大家一起学习一下这个功能。

Java模块解决了什么问题

最近很多同学问我,胖哥,该怎么学习?该学习什么?这里胖哥也穿插说一下。不管学东西,一定要先搞清楚学了有什么用,是学了马上就能用上还是以后有用。我觉得在时间有限的情况下,一定要学当前立马有用的东西。接下来咱们就一起来看看Java模块到底有啥用。

我觉得模块化最大的意义就是按照功能把代码逻辑分割开来,就像你干前端,我写后端,他做测试,把整体大概念拆成小概念,用的时候自由组合,按需引用。事实上确实有这方面的作用,但是不仅仅就这么多。

简化类库

JDK类库目前太臃肿了,在一些微型设备上可能用不到全部的功能,在目前的情况下却不得不引用全部的类库。Java 9引入模块功能后,JDK、JRE、甚至是JAR都可以把用不到的类库排除掉,大大降低了依赖库的规模。

真正的访问隔离

在之前只要类是public的,可以直接在整个依赖可传递的范围内访问它。但是很多时候我们需要在某个范围去限制一些类的访问,让这些类具有一些封闭性。在引入模块后,我们就可以做到这些,把一些我们不想暴露的内部实现细节安全地隐藏起来。

什么是模块?

Java 9 引入的模块是在Java包(package)的基础上又引入的一个新的抽象层。基于package这一点很重要,这里需要强调一下。

模块的结构

Java 模块可以由一个或者多个在一起的 Java 包组成。结构可以参考这个图:

Java Modules

创建模块

创建模块需要如下几个步骤:

  • 创建一个文件夹,通常是一个包名,例如cn.felord.module
  • 然后在cn.felord.module下创建一个module-info.java文件,这个文件被称为模块描述符文件
  • 模块描述符文件的同级别创建Java包。
  • 最后在创建的包下编写你的Java类文件即可。

创建模块规则

创建模块也必须遵守下面的规则:

  • 模块名称必须是唯一的。

  • 模块描述符文件module-info.java 必须有。

  • 包名称必须是唯一的。即使在不同的模块中,我们也不能有相同的包名。

  • 每个模块将创建一个 jar 文件。对于多个 jar,我们需要创建单独的模块。

  • 一个项目可以由多个模块组成。

模块类型

模块同样还具有类型,一共有四种。

系统模块

来自 JDK 和 JRE 的模块。可以使用 java --list-modules 列出,这里列出了一部分:

❯ .\java.exe --list-modules
java.base@17
java.compiler@17
java.datatransfer@17
java.desktop@17
java.instrument@17
java.logging@17
java.management@17
java.management.rmi@17
# 省略……

应用程序模块

在应用程序中创建以实现功能的所有模块,日常开发如果涉及到模块应该属于这一类。

自动模块

现有的 jar 文件,感觉像兼容旧的类库。它们其实不是模块。当我们将非模块 jar 添加到模块路径时,会创建具有 jar 名称的模块。该模块有以下特性:

  • 默认导出所有包。
  • 默认情况下可以访问所有其他模块的类。

未命名模块

添加到类路径中的 jar 和类。当我们将 jar 或类添加到类路径时,所有这些类都会添加到未命名的模块中

  • 只导出到其他未命名的模块和自动模块。这意味着,应用程序模块无法访问这些类。
  • 它可以访问所有模块的类。

模块描述符文件

一个模块只有一个module-info.java,而且它是有格式要求的,我们来了解一下。

声明模块

我们只需要在module-info.java这样做就能声明一个名称为cn.felord的模块:

module cn.felord {
}

模块名称应该是两个单词以上,并用英文句号.隔开,上面是一个空模块。

导出包

默认情况下,模块里下所有包都是私有的,即使被外部依赖也无法访问,一个模块之内的包还遵循之前的规则不受模块影响。我们可以使用 export 关键字公开特定的包,就像这样:

module cn.felord {
    exports cn.felord.pkg;
    exports cn.felord.util;
}

请注意cn.felord.pkgexports cn.felord.util不能是空包,导出的包必须声明Java对象。

不能导出具体的Java类。

定向导出包

还有一种是定向导出,该包仅仅向某模块公开。就像什么特供酒、特供烟一样。它的语法是:

exports <包名> to <目标模块1>,<目标模块2>,<目标模块3>,...

我们把上面的cn.felord.util定向导出给com.xxx:

module cn.felord {
    exports cn.felord.pkg to com.xxx,com.ooo;
    exports cn.felord.util to com.xxx;
}

在上述情况下,所有模块都可以访问 cn.felord.pkg,但只有com.xxx模块能访问 cn.felord.util

定向导包的作用域是模块

依赖

如果一个模块要访问从其它模块导出的包,则该模块必须使用requires关键字导入要访问的包所在的模块。就像上面,虽然cn.felord模块向com.ooo开放了cn.felord.pkg包, 即使com.ooo依赖了cn.felord也不能直接使用该包下面的类,需要这样做:

module com.ooo {
    exports com.ooo.pkg;
    // 注释掉 Pkg就变红了 cn.felord.util下面的类无法使用
    requires cn.felord;
}

requires的作用域是模块

静态依赖

有时我们只在编译时需要一些模块,它们在运行时是可选的。例如,测试或代码生成库。这就需要用到静态导入了,关键字是requires static,例如:

module com.xxx {
       // 移除pom 依赖编译不了
    requires static cn.felord;
}

在此示例中,cn.felord 在编译时是必需的,但在运行时是可选的,有点类似Maven中的<scope>compile</scope>

依赖传递

这看起来越来越像Maven了!a模块依赖b模块,b模块依赖c模块,如果a模块想用c模块公开的包的话,按照前面的规则需要再requires模块c。现在借助于requires transitive就可以这样干,因为b承上启下,我们可以这样:

module b {
    exports b.pkg;
    // 开启依赖传递
    requires transitive  c; 
}

module c {
   exports c.pkg
}

module a {
   requires b; 
}

所有依赖b的模块将自动依赖c导出的包,export to定向导出的包优先级最高。

使用服务

使用 uses 关键字,我们可以指定我们的模块需要或使用某些服务。这个服务通常是一个接口或抽象类。它不应该是一个实现类。

module com.xxx {
    requires com.ooo;
    // 移除pom 依赖编译不了
    requires static cn.felord;
    uses com.ooo.pkg.Read;
}

uses只能从模块自己的包中或者requiresrequires static以及requires transitive传递过来的接口或者抽象类。

uses用于指定所需要的服务类或者接口。

给予服务

我们可以通过 provides ... with ...语法,在模块中声明一些服务的实现供其它模块(通过uses)使用。

开放反射

反射 API 的 Java 9 封装和安全性得到了改进。使用反射,我们甚至可以访问对象的私有成员。

从 java 9 开始,默认情况下不打开。我们可以明确地通过open授予其它模块反射权限。

open com.xxx{
}

在这种情况下,com.xxx 模块的所有包都可以使用反射访问。

opens

我们不想全部开放反射访问的话还可以使用opens关键字来指定反射可以访问的包:

module com.xxx{
  opens com.xxx.reflect;
}

opens … to

当然我们还可以将特定的包开放给指定的模块来反射访问:

module com.xxx{
  opens com.xxx.reflect to com.ooo;
}

com.xxx模块的com.xxx.reflect包将开放给com.ooo模块来反射访问。

总结

模块的东西主要是理解,实际运用主要用来系统瘦身、依赖jar级别的隔离。这个自己用Java 9 以上版本建一个多模块的Maven或者Gradle项目,按照上面实验一下就明白了。

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