Java9模块化实操指南&工具使用

前言
语法说明
- JavaSE模块间依赖关系
- 语法详解
工具使用
- Java & Javac
- Jlink
- Jmod
- Jdeps
- Maven Plugins
Maven Vs Java modules
模块化DEMO练习
总结
参考

前言

模块化是Java9正式引入的feature，全称是：Java Platform Module System (JPMS)，该特性的引入增强了Java的模块化和封装性；而且用户可利用JDK9提供的打包工具Jlink生成可执行镜像文件（该文件可不依JDK环境直接运行）。本文主要涉及到的内容如下：module-info.java的语法说明，Jlink, Jmod, Jdeps工具的使用；Maven modules与Java modules的关系；模块化实操练习DEMO；

语法说明

JavaSE模块间依赖关系

module graph

语法详解

Java9模块化代码编写的核心类是module-info.java，该类必须在模块的根路径上定义（例如：maven项目中可以将module-info.java放置在main\src\java下）；
当前模块的所有定义都在module-info.java文件中，主要关键字包括：exports, module, open, opens, provides, requires, uses (with, to, transitive)；
module-info.java中模块名称必须定义且moduleName必须保证唯一（模块名可自定义，建议直接用模块包名做模块名），body（{}中的内容）可以为空；
当一个工程中有module-info.java时，会被当做一个模块来看待，访问外部模块中的类时会受外部模块定义的约束限制（例如：只能访问到其他模块exports的内容，更强的封装性），当工程中没有module-info.java时，则当成普通的jar访问；
默认情况下，在模块中的public类需要exports才能被外部其他模块访问到，exports的类中用public/protected修饰的嵌套类也可被外部模块访问到；

各关键字使用说明如下：

/**
 * 声明模块名称：algorithm.api，open：可选项；
 * 当用open修饰module时表示模块中的任何类都可以被外部访问到；
 * all packages in a given module should be accessible at runtime and via
 * reflection to all other modules
 */
[open] module algorithm.api {   

  // 声明当前模块依赖于另一模块java.base
  // java.base是默认requires，不用在module-info.java中明确声明；
  requires java.base;

  // 依赖的传递性，与maven的依赖继承性相似，任何依赖algorithm.api的模块同时也依赖java.desktop;
  // 去掉transitive则必须在依赖模块中明确依赖，即声明requires java.desktop;
  // JavaSE内部module间的依赖都已用transitive修饰，这使得我们对JavaSE module声明依赖更加简洁;
  requires transitive java.desktop;

  // 对java.xml的依赖在编译期必须，运行期非必须，
  // 类似maven中的<scope>provided<scope>，使用Jlink打包的jimage不包含java.xml的文件
  requires static java.xml;

  // 将当前模块指定包中的public类（包含用public/protected修饰的嵌套类）exports（公布），供给外部模块访问；
  // 只exports当前声明的package中的类，子package中的内容不被导出，需另声明；
  exports nl.frisodobber.java9.jigsaw.calculator.algorithm.api;

  // 将包中的类导出给指定的Modules，只能在限定的Module内使用；
  exports nl.frisodobber.java9.jigsaw.calculator.algorithm.api.extension to java.desktop, java.sql, calculator.gui;

   // 引入通过 provides…with 提供的service类，一般 provides…with 的定义在其他模块中
   // 代码中可以通过 ServiceLoader.load(Algorithm.class); 获取可用的service类；
  uses nl.frisodobber.java9.jigsaw.calculator.algorithm.api.Algorithm;


   // 通过 provides…with 指令，提供一个实现类；外部模块使用时可用过 uses 引入；
  provides nl.frisodobber.java9.jigsaw.calculator.algorithm.api.Algorithm with nl.frisodobber.java9.jigsaw.calculator.algorithm.add.Add;

  // 所有包内的public类（包含public/protected嵌套类）只能在运行中被访问
  // 包内的所有类以及所有类内部成员都可以通过反射访问到
  opens nl.frisodobber.java9.jigsaw.calculator.algorithm.api;

  // 限定访问包的模块
  opens nl.frisodobber.java9.jigsaw.calculator.algorithm.api.scala to java.desktop, java.sql;

  /**
   * By default, a module with runtime reflective access to a package can see the package’s public types
   * (and their nested public and protected types). However, code in other modules can access all types in
   * the exposed package and all members within those types, including private members via setAccessible,
   * as in earlier Java versions.
   */

}

工具使用

Java & Javac

可以通过java -h, javac --help查看所有与模块化相关的命令；

java --list-modules：列出可见模块；
java -d <moduleName> or java --describe-module <moduleName>：描述模块，moddule-info.java中定义的信息；

打包一个模块

手动打包模块：

# 首先编译源码  
> cd maven-java9-jigsaw
> javac
  --module-path fd-java9-jigsaw-algorithm-api/src/main/java
  -d classes/api
  fd-java9-jigsaw-algorithm-api/src/main/java/nl/frisodobber/java9/jigsaw/calculator/algorithm/api/Algorithm.java

# 其次打包jar文件
# TODO 需将下述cmd替换上一步打编译的内容
> jar --create
    --file target/jpms-hello-world.jar
    --main-class org.codefx.demo.jpms.HelloModularWorld
    -C target/classes      

maven工程直接用maven打包命令：mvn clean package

注：自己手动打包方式比较麻烦，实际项目中直接用 maven or gradle.

执行一个模块 java --module-path <path1>[;<path2>...] -m <moduleName>/<mainClass>
--module-path: 执行模块所处的路径，多个路径用 ; 分割；
-m or --module：指定要执行的模块 & 要执行的main函数所在的类；

Jlink

用Jlink创建一种名为jimage的镜像文件，可直接运行，无需JDK环境；jimage可以有效减小运行时镜像（剔除了无依赖的java module）；
Jlink使用时要求当前项目以及其所依赖的所有jar都有module-info.java文件（针对无module-inf.java的jar存在的场景解决的解决方案可关注视频靠后一部分的讲解： https://youtu.be/jpi2i1d7hqc）；

生成jimage示例：

> cd maven-java9-jigsaw
> mvn clean package -DskipTests
> jlink
  --module-path libs
  --add-modules calculator.gui,calculator.cli
  --compress 2  // gzip压缩，可选
  --output jimage

运行jimage：

> cd jimage/bin
> java -m calculator.gui/nl.frisodobber.java9.jigsaw.calculator.gui.Main

Jmod

// TODO diff between jmod and jar, how to use jmod;

生成jmod文件：

# 将jar转换成jmod文件
> cd libs
> jmod
  create calculator.gui
  --class-path fd-java9-jigsaw-gui-1.0-SNAPSHOT.jar
  --module-version 1.0

Jdeps

依赖对象分析工具，可分析模块相关依赖信息，具体命令可通过jdeps -h查看，简单示例：

> cd libs
> jdeps
  --module-path libs
  -m calculator.gui
  --list-deps

Maven Plugins

name	description
jlink	Build Java Run Time Image
jmod	Build Java JMod files

Maven Vs Java modules

maven的功能是打包&依赖管理（包含依赖包的存放/版本管理等）；
java9 module system的功能是模块的管理（定义&继承&类访问合法性约束）；
maven中的模块一般指代一个完整功能体，比如一个jar包&jar所有依赖；java9 module则特指module-info.java中定义的模块；
针对java module的工程来讲，maven仍是作为jar包管理&打包的工具，但java模块间的依赖管理&类访问约束是依赖java module system管理；
maven中有提供plugin用于方便的编译&打包java module，但是alpha版本，尚未release GA；
一个JPMS vs maven的传送门： https://stackoverflow.com/questions/39844602/project-jigsaw-vs-maven

模块化DEMO练习

可参照工程：https://github.com/itinycheng/maven-java9-jigsaw

总结

本章主要目的是讲解模块化的入门实操和模块化相关的工具使用，经过本章的学习相信大家可以顺利的在自己项目中引入模块化开发。为更方便直观的学习，我Fork了一个比较好的模块化Demo，并修改了原项目中的错误 & 升级Java版本到11，大家可以在该项目基础上做些实操练习，巩固所学，项目地址： https://github.com/itinycheng/maven-java9-jigsaw。

addition:
JPMS特性引入之后，Java在运行时也能获取Module相关信息，具体可关注Class.java中新增的变量/方法，比如：clazz.getModule(),clazz.forName(module, name), etc.

参考

https://openjdk.java.net/projects/jigsaw/
https://www.oracle.com/corporate/features/understanding-java-9-modules.html
https://dzone.com/articles/java-9-modules-introduction-part-1
https://dzone.com/articles/java-9-modules-part-2-intellij-and-maven
https://dzone.com/articles/java-9-modules-part-3-directives
https://dzone.com/articles/jlink-in-java-9
https://dzone.com/articles/getting-started-with-java-9-modulesproject-jigsaw
https://stackoverflow.com/questions/39844602/project-jigsaw-vs-maven