Java 9 的模塊（Module）系統

Java 的模塊在Java 9中正式實裝，一直沒時間來研究一下這個東西，今天就和大家一起學習一下這個功能。

Java模塊解決了什麼問題

最近很多同學問我，胖哥，該怎麼學習？該學習什麼？這裏胖哥也穿插說一下。不管學東西，一定要先搞清楚學了有什麼用，是學了馬上就能用上還是以後有用。我覺得在時間有限的情況下，一定要學當前立馬有用的東西。接下來咱們就一起來看看Java模塊到底有啥用。

我覺得模塊化最大的意義就是按照功能把代碼邏輯分割開來，就像你幹前端，我寫後端，他做測試，把整體大概念拆成小概念，用的時候自由組合，按需引用。事實上確實有這方面的作用，但是不僅僅就這麼多。

簡化類庫

JDK類庫目前太臃腫了，在一些微型設備上可能用不到全部的功能，在目前的情況下卻不得不引用全部的類庫。Java 9引入模塊功能後，JDK、JRE、甚至是JAR都可以把用不到的類庫排除掉，大大降低了依賴庫的規模。

真正的訪問隔離

在之前只要類是public的，可以直接在整個依賴可傳遞的範圍內訪問它。但是很多時候我們需要在某個範圍去限制一些類的訪問，讓這些類具有一些封閉性。在引入模塊後，我們就可以做到這些，把一些我們不想暴露的內部實現細節安全地隱藏起來。

什麼是模塊？

Java 9 引入的模塊是在Java包（package）的基礎上又引入的一個新的抽象層。基於package這一點很重要，這裏需要強調一下。

模塊的結構

Java 模塊可以由一個或者多個在一起的 Java 包組成。結構可以參考這個圖：

創建模塊

創建模塊需要如下幾個步驟：

創建一個文件夾，通常是一個包名，例如cn.felord.module。
然後在cn.felord.module下創建一個module-info.java文件，這個文件被稱爲模塊描述符文件。
在模塊描述符文件的同級別創建Java包。
最後在創建的包下編寫你的Java類文件即可。

創建模塊規則

創建模塊也必須遵守下面的規則：

模塊名稱必須是唯一的。
模塊描述符文件module-info.java 必須有。
包名稱必須是唯一的。即使在不同的模塊中，我們也不能有相同的包名。
每個模塊將創建一個 jar 文件。對於多個 jar，我們需要創建單獨的模塊。
一個項目可以由多個模塊組成。

模塊類型

模塊同樣還具有類型，一共有四種。

系統模塊

來自 JDK 和 JRE 的模塊。可以使用 java --list-modules 列出，這裏列出了一部分：

❯ .\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……

應用程序模塊

在應用程序中創建以實現功能的所有模塊，日常開發如果涉及到模塊應該屬於這一類。

自動模塊

現有的 jar 文件，感覺像兼容舊的類庫。它們其實不是模塊。當我們將非模塊 jar 添加到模塊路徑時，會創建具有 jar 名稱的模塊。該模塊有以下特性：

默認導出所有包。
默認情況下可以訪問所有其他模塊的類。

未命名模塊

添加到類路徑中的 jar 和類。當我們將 jar 或類添加到類路徑時，所有這些類都會添加到未命名的模塊中

只導出到其他未命名的模塊和自動模塊。這意味着，應用程序模塊無法訪問這些類。
它可以訪問所有模塊的類。

模塊描述符文件

一個模塊只有一個module-info.java，而且它是有格式要求的，我們來了解一下。

聲明模塊

我們只需要在module-info.java這樣做就能聲明一個名稱爲cn.felord的模塊：

module cn.felord {
}

模塊名稱應該是兩個單詞以上，並用英文句號.隔開，上面是一個空模塊。

導出包

默認情況下，模塊裏下所有包都是私有的，即使被外部依賴也無法訪問，一個模塊之內的包還遵循之前的規則不受模塊影響。我們可以使用 export 關鍵字公開特定的包，就像這樣：

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

請注意cn.felord.pkg和exports cn.felord.util不能是空包，導出的包必須聲明Java對象。

不能導出具體的Java類。

定向導出包

還有一種是定向導出，該包僅僅向某模塊公開。就像什麼特供酒、特供煙一樣。它的語法是：

exports <包名> to <目標模塊1>,<目標模塊2>,<目標模塊3>,...

我們把上面的cn.felord.util定向導出給com.xxx:

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

在上述情況下，所有模塊都可以訪問 cn.felord.pkg，但只有com.xxx模塊能訪問 cn.felord.util。

定向導包的作用域是模塊。

依賴

如果一個模塊要訪問從其它模塊導出的包，則該模塊必須使用requires關鍵字導入要訪問的包所在的模塊。就像上面，雖然cn.felord模塊向com.ooo開放了cn.felord.pkg包，即使com.ooo依賴了cn.felord也不能直接使用該包下面的類，需要這樣做：

module com.ooo {
    exports com.ooo.pkg;
    // 註釋掉 Pkg就變紅了 cn.felord.util下面的類無法使用
    requires cn.felord;
}

requires的作用域是模塊。

靜態依賴

有時我們只在編譯時需要一些模塊，它們在運行時是可選的。例如，測試或代碼生成庫。這就需要用到靜態導入了，關鍵字是requires static,例如：

module com.xxx {
       // 移除pom 依賴編譯不了
    requires static cn.felord;
}

在此示例中，cn.felord 在編譯時是必需的，但在運行時是可選的，有點類似Maven中的<scope>compile</scope>。

依賴傳遞

這看起來越來越像Maven了！a模塊依賴b模塊，b模塊依賴c模塊，如果a模塊想用c模塊公開的包的話，按照前面的規則需要再requires模塊c。現在藉助於requires transitive就可以這樣幹，因爲b承上啓下，我們可以這樣：

module b {
    exports b.pkg;
    // 開啓依賴傳遞
    requires transitive  c; 
}

module c {
   exports c.pkg
}

module a {
   requires b; 
}

所有依賴b的模塊將自動依賴c導出的包，export to定向導出的包優先級最高。

使用服務

使用 uses 關鍵字，我們可以指定我們的模塊需要或使用某些服務。這個服務通常是一個接口或抽象類。它不應該是一個實現類。

module com.xxx {
    requires com.ooo;
    // 移除pom 依賴編譯不了
    requires static cn.felord;
    uses com.ooo.pkg.Read;
}

uses只能從模塊自己的包中或者requires、requires static以及requires transitive傳遞過來的接口或者抽象類。

uses用於指定所需要的服務類或者接口。

給予服務

我們可以通過 provides ... with ...語法，在模塊中聲明一些服務的實現供其它模塊（通過uses）使用。

開放反射

反射 API 的 Java 9 封裝和安全性得到了改進。使用反射，我們甚至可以訪問對象的私有成員。

從 java 9 開始，默認情況下不打開。我們可以明確地通過open授予其它模塊反射權限。

open com.xxx{
}

在這種情況下，com.xxx 模塊的所有包都可以使用反射訪問。

opens

我們不想全部開放反射訪問的話還可以使用opens關鍵字來指定反射可以訪問的包：

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

opens … to

當然我們還可以將特定的包開放給指定的模塊來反射訪問：

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

com.xxx模塊的com.xxx.reflect包將開放給com.ooo模塊來反射訪問。

總結

模塊的東西主要是理解，實際運用主要用來系統瘦身、依賴jar級別的隔離。這個自己用Java 9 以上版本建一個多模塊的Maven或者Gradle項目，按照上面實驗一下就明白了。

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