爆肝一个月，Java 从入门到精通20 - 模块

从Java 9开始JDK又引入了模块Module。什么是模块这要从Java 9之前的版本说起。我们知道.class文件是JVM看到的最小可执行文件而一个大型程序需要编写很多Class并生成一堆.class文件很不便于管理所以jar文件就是class文件的容器。在Java 9之前一个大型Java程序会生成自己的jar文件同时引用依赖的第三方jar文件而JVM自带的Java标准库实际上也是以jar文件形式存放的这个文件叫rt.jar一共有60多M。如果是自己开发的程序除了一个自己的app.jar以外还需要一堆第三方的jar包运行一个Java程序一般来说命令行写这样java -cp app.jar:a.jar:b.jar:c.jar com.liaoxuefeng.sample.Main注意JVM自带的标准库rt.jar不要写到classpath中写了反而会干扰JVM的正常运行。如果漏写了某个运行时需要用到的jar那么在运行期极有可能抛出ClassNotFoundException。所以jar只是用于存放class的容器它并不关心class之间的依赖。从Java 9开始引入的模块主要是为了解决“依赖”这个问题。如果a.jar必须依赖另一个b.jar才能运行那我们应该给a.jar加点说明啥的让程序在编译和运行的时候能自动定位到b.jar这种自带“依赖关系”的class容器就是模块。为了表明Java模块化的决心从Java 9开始原有的Java标准库已经由一个单一巨大的rt.jar分拆成了几十个模块这些模块以.jmod扩展名标识可以在$JAVA_HOME/jmods目录下找到它们java.base.jmodjava.compiler.jmodjava.datatransfer.jmodjava.desktop.jmod...这些.jmod文件每一个都是一个模块模块名就是文件名。例如模块java.base对应的文件就是java.base.jmod。模块之间的依赖关系已经被写入到模块内的module-info.class文件了。所有的模块都直接或间接地依赖java.base模块只有java.base模块不依赖任何模块它可以被看作是“根模块”好比所有的类都是从Object直接或间接继承而来。把一堆class封装为jar仅仅是一个打包的过程而把一堆class封装为模块则不但需要打包还需要写入依赖关系并且还可以包含二进制代码通常是JNI扩展。此外模块支持多版本即在同一个模块中可以为不同的JVM提供不同的版本。编写模块那么我们应该如何编写模块呢还是以具体的例子来说。首先创建模块和原有的创建Java项目是完全一样的以oop-module工程为例它的目录结构如下oop-module ├── bin ├── build.sh └── src ├── com │ └── itranswarp │ └── sample │ ├── Greeting.java │ └── Main.java └── module-info.java其中bin目录存放编译后的class文件src目录存放源码按包名的目录结构存放仅仅在src目录下多了一个module-info.java这个文件这就是模块的描述文件。在这个模块中它长这样module hello.world { requires java.base; // 可不写任何模块都会自动引入java.base requires java.xml; }其中module是关键字后面的hello.world是模块的名称它的命名规范与包一致。花括号的requires xxx;表示这个模块需要引用的其他模块名。除了java.base可以被自动引入外这里我们引入了一个java.xml的模块。当我们使用模块声明了依赖关系后才能使用引入的模块。例如Main.java代码如下package com.itranswarp.sample; // 必须引入java.xml模块后才能使用其中的类: import javax.xml.XMLConstants; public class Main { public static void main(String[] args) { Greeting g new Greeting(); System.out.println(g.hello(XMLConstants.XML_NS_PREFIX)); } }如果把requires java.xml;从module-info.java中去掉编译将报错。可见模块的重要作用就是声明依赖关系。下面我们用JDK提供的命令行工具来编译并创建模块。首先我们把工作目录切换到oop-module在当前目录下编译所有的.java文件并存放到bin目录下命令如下$ javac -d bin src/module-info.java src/com/itranswarp/sample/*.java如果编译成功现在项目结构如下oop-module ├── bin │ ├── com │ │ └── itranswarp │ │ └── sample │ │ ├── Greeting.class │ │ └── Main.class │ └── module-info.class └── src ├── com │ └── itranswarp │ └── sample │ ├── Greeting.java │ └── Main.java └── module-info.java注意到src目录下的module-info.java被编译到bin目录下的module-info.class。下一步我们需要把bin目录下的所有class文件先打包成jar在打包的时候注意传入--main-class参数让这个jar包能自己定位main方法所在的类$ jar --create --file hello.jar --main-class com.itranswarp.sample.Main -C bin .现在我们就在当前目录下得到了hello.jar这个jar包它和普通jar包并无区别可以直接使用命令java -jar hello.jar来运行它。但是我们的目标是创建模块所以继续使用JDK自带的jmod命令把一个jar包转换成模块$ jmod create --class-path hello.jar hello.jmod于是在当前目录下我们又得到了hello.jmod这个模块文件这就是最后打包出来的传说中的模块运行模块要运行一个jar我们使用java -jar xxx.jar命令。要运行一个模块我们只需要指定模块名。试试$ java --module-path hello.jmod --module hello.world结果是一个错误Error occurred during initialization of boot layer java.lang.module.FindException: JMOD format not supported at execution time: hello.jmod原因是.jmod不能被放入--module-path中。换成.jar就没问题了$ java --module-path hello.jar --module hello.world Hello, xml!那我们辛辛苦苦创建的hello.jmod有什么用答案是我们可以用它来打包JRE。打包JRE前面讲了为了支持模块化Java 9首先带头把自己的一个巨大无比的rt.jar拆成了几十个.jmod模块原因就是运行Java程序的时候实际上我们用到的JDK模块并没有那么多。不需要的模块完全可以删除。过去发布一个Java应用程序要运行它必须下载一个完整的JRE再运行jar包。而完整的JRE块头很大有100多M。怎么给JRE瘦身呢现在JRE自身的标准库已经分拆成了模块只需要带上程序用到的模块其他的模块就可以被裁剪掉。怎么裁剪JRE呢并不是说把系统安装的JRE给删掉部分模块而是“复制”一份JRE但只带上用到的模块。为此JDK提供了jlink命令来干这件事。命令如下$ jlink --module-path hello.jmod --add-modules java.base,java.xml,hello.world --output jre/我们在--module-path参数指定了我们自己的模块hello.jmod然后在--add-modules参数中指定了我们用到的3个模块java.base、java.xml和hello.world用,分隔。最后在--output参数指定输出目录。现在在当前目录下我们可以找到jre目录这是一个完整的并且带有我们自己hello.jmod模块的JRE。试试直接运行这个JRE$ jre/bin/java --module hello.world Hello, xml!要分发我们自己的Java应用程序只需要把这个jre目录打个包给对方发过去对方直接运行上述命令即可既不用下载安装JDK也不用知道如何配置我们自己的模块极大地方便了分发和部署。访问权限前面我们讲过Java的class访问权限分为public、protected、private和默认的包访问权限。引入模块后这些访问权限的规则就要稍微做些调整。确切地说class的这些访问权限只在一个模块内有效模块和模块之间例如a模块要访问b模块的某个class必要条件是b模块明确地导出了可以访问的包。举个例子我们编写的模块hello.world用到了模块java.xml的一个类javax.xml.XMLConstants我们之所以能直接使用这个类是因为模块java.xml的module-info.java中声明了若干导出module java.xml { exports java.xml; exports javax.xml.catalog; exports javax.xml.datatype; ... }只有它声明的导出的包外部代码才被允许访问。换句话说如果外部代码想要访问我们的hello.world模块中的com.itranswarp.sample.Greeting类我们必须将其导出module hello.world { exports com.itranswarp.sample; requires java.base; requires java.xml; }因此模块进一步隔离了代码的访问权限。喜欢这个系列的同学可以关注我爆肝一个月Python 从入门到精通