Jigsaw 项目：Java 模块系统新手引导

前言

随着 2017 年 10 月 Java 9 的发布，Java 能够使用模块系统了，但是中文互联网上的资料太少，许多关于 Java 模块系统的文章都只是介绍了模块系统的好处，或者给了一些毫无组织的代码片段，新手在第一次使用模块系统时往往不知道如何下手。

好在 OpenJDK 官方文档给出了一个很详细的新手引导，即使是从没使用过模块系统的人，按照新手引导也能完成自己的第一个 Java 模块。我在这里只是将其翻译成中文（英语水平有限，如有纰漏，欢迎指出），希望更多人能学会如何使用模块系统，加速 Java 类库的模块化进程。

原文地址：Project Jigsaw: Module System Quick-Start Guide

Jigsaw 项目：模块系统新手引导

这篇文档给开始使用模块系统的开发者提供了一个简单示例。

示例中的文件路径使用前斜杠(/)，路径分隔符是冒号(:)。使用微软的 Windows 操作系统的开发者在路径中应当使用后斜杠()，路径分隔符为分号(;)。

Greetings

第一个示例是一个名叫com.greetings的模块，它只是简单的打印一句“Greetings”。这个模块由两个源文件组成：模块声明文件(module-info.java)和主类。

为了方便，模块的源码放在一个和模块名相同的目录中。

src/com.greetings/com/greetings/Main.java
src/com.greetings/module-info.java

$ cat src/com.greetings/module-info.java

$ cat src/com.greetings/com/greetings/Main.java
package com.greetings;
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Greetings!");
    }
}

源码被下面的命令编译到目标目录mods/com.greetings中去：

$ mkdir -p mods/com.greetings

$ javac -d mods/com.greetings 
    src/com.greetings/module-info.java 
    src/com.greetings/com/greetings/Main.java

现在我们用下面的命令来运行示例：

$ java --module-path mods -m com.greetings/com.greetings.Main

--module-path是模块路径，它的值是一个或多个包含模块的目录。-m选项指定主模块，分隔符后面的值是主模块中包含 main 方法的类的类名。

Greetings world

第二个示例更新了org.astro模块的模块声明文件来声明依赖。模块org.astro导出了 API 包org.astro。

src/org.astro/module-info.java
src/org.astro/org/astro/World.java
src/com.greetings/com/greetings/Main.java
src/com.greetings/module-info.java

$ cat src/org.astro/module-info.java
module org.astro {
    exports org.astro;
}

$ cat src/org.astro/org/astro/World.java
package org.astro;
public class World {
    public static String name() {
        return "world";
    }
}

$ cat src/com.greetings/module-info.java
module com.greetings {
    requires org.astro;
}

$ cat src/com.greetings/com/greetings/Main.java
package com.greetings;
import org.astro.World;
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.format("Greetings %s!%n", World.name());
    }
}

模块被依次编译。编译com.greetings模块的javac命令指定了一个模块路径，所以对模块org.astro的引用、以及它所导出的包中的类型都可以被找到。

$ mkdir -p mods/org.astro mods/com.greetings

$ javac -d mods/org.astro 
    src/org.astro/module-info.java src/org.astro/org/astro/World.java

$ javac --module-path mods -d mods/com.greetings 
    src/com.greetings/module-info.java src/com.greetings/com/greetings/Main.java

这个示例的运行方式和第一个例子完全一样：

$ java --module-path mods -m com.greetings/com.greetings.Main
Greetings world!

多模块编译

在前面的示例中，模块com.greetings和模块org.astro是分别编译的。其实在一个javac命令中编译多个模块也是可以的：

$ mkdir mods

$ javac -d mods --module-source-path src $(find src -name "*.java")

$ find mods -type f
mods/com.greetings/com/greetings/Main.class
mods/com.greetings/module-info.class
mods/org.astro/module-info.class
mods/org.astro/org/astro/World.class

打包

目前为止，示例中被编译的模块散落在文件系统中。为了更方便的传输与部署，通常会将模块打包成一个modular JAR（模块化的 JAR 包）。一个 modular JAR 相当于一个包含了一个 module-info.class 在它的顶层目录的普通 JAR 包。下面的例子在目录 mlib 中创建了一个org.astro@1.0.jar和com.greetings.jar。

$ mkdir mlib

$ jar --create --file=mlib/org.astro@1.0.jar 
    --module-version=1.0 -C mods/org.astro .

$ jar --create --file=mlib/com.greetings.jar 
    --main-class=com.greetings.Main -C mods/com.greetings .

$ ls mlib
com.greetings.jar   org.astro@1.0.jar

在这个例子中，模块org.astro被打包时标识了它的版本号是 1.0 。模块com.greetings被打包时标识了它的主类是com.greetings.Main。我们现在可以不需要指定主类来执行模块com.greetings了：

$ java -p mlib -m com.greetings
Greetings world!

通过使用-p来代替--module-path，命令可以被缩短。

jar 工具有许多新的选项（通过jar -help查看），其中一个就是打印一个 modular JAR 的模块声明。

$ jar --describe-module --file=mlib/org.astro@1.0.jar
org.astro@1.0 jar:file:///d/mlib/org.astro@1.0.jar/!module-info.class
exports org.astro
requires java.base mandated

缺少导入或缺少导出

现在我们来看看对于前面的例子，如果在模块com.greetings的模块声明中，我们不小心漏写了引用项(requires)将会发生什么。

$ cat src/com.greetings/module-info.java
module com.greetings {
    // requires org.astro;
}

$ javac --module-path mods -d mods/com.greetings 
    src/com.greetings/module-info.java src/com.greetings/com/greetings/Main.java
src/com.greetings/com/greetings/Main.java:2: error: package org.astro is not visible
    import org.astro.World;
              ^
  (package org.astro is declared in module org.astro, but module com.greetings does not read it)
1 error

我们现在修复了这个模块声明，但是却引入了另一个错误，这次我们漏写了模块org.astro的模块声明中的导出项(exports)：

$ cat src/com.greetings/module-info.java
module com.greetings {
    requires org.astro;
}
$ cat src/org.astro/module-info.java
module org.astro {
    // exports org.astro;
}

$ javac --module-path mods -d mods/com.greetings 
    src/com.greetings/module-info.java src/com.greetings/com/greetings/Main.java
$ javac --module-path mods -d mods/com.greetings 
    src/com.greetings/module-info.java src/com.greetings/com/greetings/Main.java
src/com.greetings/com/greetings/Main.java:2: error: package org.astro is not visible
    import org.astro.World;
              ^
  (package org.astro is declared in module org.astro, which does not export it)
1 error

服务

服务能够让服务消费者模块和服务提供者模块解耦。

这个例子有一个服务消费者模块和一个服务提供者模块：
- 模块com.socket导出了网络套接字的 API 。这个 API 在包com.socket中所以这个包被导出。这个 API 是可拔插的，允许不同的实现。服务类型是相同模块中的com.socket.spi.NetworkSocketProvider类型，因此包com.socket.spi也被导出。
- 模块org.fastsocket是一个服务提供者模块。它提供了一个对com.socket.spi.NetworkSocketProvider的实现。它不对导出任何包。

下面的是模块com.socket的源码：

$ cat src/com.socket/module-info.java
module com.socket {
    exports com.socket;
    exports com.socket.spi;
    uses com.socket.spi.NetworkSocketProvider;
}

$ cat src/com.socket/com/socket/NetworkSocket.java
package com.socket;

import java.io.Closeable;
import java.util.Iterator;
import java.util.ServiceLoader;

import com.socket.spi.NetworkSocketProvider;

public abstract class NetworkSocket implements Closeable {
    protected NetworkSocket() { }

    public static NetworkSocket open() {
        ServiceLoader<NetworkSocketProvider> sl
            = ServiceLoader.load(NetworkSocketProvider.class);
        Iterator<NetworkSocketProvider> iter = sl.iterator();
        if (!iter.hasNext())
            throw new RuntimeException("No service providers found!");
        NetworkSocketProvider provider = iter.next();
        return provider.openNetworkSocket();
    }
}


$ cat src/com.socket/com/socket/spi/NetworkSocketProvider.java
package com.socket.spi;

import com.socket.NetworkSocket;

public abstract class NetworkSocketProvider {
    protected NetworkSocketProvider() { }

    public abstract NetworkSocket openNetworkSocket();
}

下面的是模块org.fastsocket的源码：

$ cat src/org.fastsocket/module-info.java
module org.fastsocket {
    requires com.socket;
    provides com.socket.spi.NetworkSocketProvider
        with org.fastsocket.FastNetworkSocketProvider;
}

$ cat src/org.fastsocket/org/fastsocket/FastNetworkSocketProvider.java
package org.fastsocket;

import com.socket.NetworkSocket;
import com.socket.spi.NetworkSocketProvider;

public class FastNetworkSocketProvider extends NetworkSocketProvider {
    public FastNetworkSocketProvider() { }

    @Override
    public NetworkSocket openNetworkSocket() {
        return new FastNetworkSocket();
    }
}

$ cat src/org.fastsocket/org/fastsocket/FastNetworkSocket.java
package org.fastsocket;

import com.socket.NetworkSocket;

class FastNetworkSocket extends NetworkSocket {
    FastNetworkSocket() { }
    public void close() { }
}

为了简洁，我们同时编译两个模块。在实践中服务消费者模块和服务提供者模块几乎总是分别编译的。

$ mkdir mods
$ javac -d mods --module-source-path src $(find src -name "*.java")

最后我们修改我们的com.greetings模块来使用 API 。

$ cat src/com.greetings/module-info.java
module com.greetings {
    requires com.socket;
}

$ cat src/com.greetings/com/greetings/Main.java
package com.greetings;

import com.socket.NetworkSocket;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        NetworkSocket s = NetworkSocket.open();
        System.out.println(s.getClass());
    }
}


$ javac -d mods/com.greetings/ -p mods $(find src/com.greetings/ -name "*.java")

最后我们来运行它：

$ java -p mods -m com.greetings/com.greetings.Main
class org.fastsocket.FastNetworkSocket

输出结果证明服务提供者是存在的，并且它被NetworkSocket作为工厂使用。

链接

jlink 是一个链接工具，可以沿着依赖链来链接一组模块，创建一个用户模块运行时镜像（见 JEP 220）。

该工具目前要求模块路径中的模块都是被用 modular JAR 或者 JMOD 格式打包的。JDK 构建用 JMOD 格式打包标准的、和 JDK 指定的模块。

下面的例子创建了一个包含com.greetings模块以及其传递依赖的运行时镜像：

jlink --module-path $JAVA_HOME/jmods:mlib --add-modules com.greetings --output greetingsapp

--module-path的值是包含了要打包的模块的路径。在微软的 Windows 操作系统中要将路径分隔符 ':' 替换为 ';' 。

$JAVA_HOME/jmods是包含了java.base.jmod和其他标准 JDK 模块的目录。

模块路径中的mlib目录包含了模块com.greetings的部件(artifact)。

jlink 工具支持许多高级的选项来自定义生成了镜像，用jlink --help查看更多选项。

--patch-module

从 Doug Lea 的 CVS 中查看java.util.concurrent包中的 class 文件的开发者将会习惯使用-Xbootclasspath/p编译源文件和部署这些 class 文件。

-Xbootclasspath/p已经被移除，在一个模块中，用来覆盖 class 文件的模块替换选项是--patch-module。它也可以被用于增加模块的内容。javac也支持在编译代码时加上--patch-module选项，“犹如”某个模块的一部分一样。

这里有一个编译新版本的java.util.concurrent.ConcurrentHashMap并且在运行时使用它的例子：

javac --patch-module java.base=src -d mypatches/java.base 
    src/java.base/java/util/concurrent/ConcurrentHashMap.java

java --patch-module java.base=mypatches/java.base ...