初识Java 9模块化编程

【51CTO.com原创稿件】本文是Java9系列文章的第一篇，我会通过几篇文章系统性地介绍Java9的新特性。Java9的发布对于Java语言来说是新的开始，希望Java能够一直走下去，因为它是太多程序员赖以为生的编程工具。

一、模块化问题

我一直认为，Java这门编程语言已经不再仅仅是一门语言，它是一个由使用者根据自身工程需要所构建起来的生态环境。既然是生态环境，它必然需要根据外部环境的变化不断调整自己，不断地吸收外部优良的设计方案，以用来不断地加强自身，也必然需要不断地改变扩大自己的范围，这样也就不再仅仅局限于语言本身。

我们学习模块化编程之前，应该想想为什么Java需要引入模块化设计思维?首先让我们看看自己打包的jar文件。我们每天在构建的应用程序，也许大家编码是基于某种框架，例如Spring Cloud，基于Spring Cloud可以很方便地启动微服务应用，但是Spring Cloud背后引用了大量的Java生态环境里的第三方库。

长期来看，应用程序如果缺乏结构化设计思维，最终一定会付出代价。回到刚才的问题，模块化编程为什么会出现?因为它的出现可以让我们更为简便、有效地管理库之间的依赖关系，进而减少了工程的复杂度。大家要问了，不是有Maven可以实现这样的功能吗?对的，Maven确实可以，现在Java在JDK库内设计思维上吸收了Maven的设计思维优点，这样JDK内部也有了模块化设计。

需要注意的是，模块化编程并不是一下子出现的，它会出现首先是基于Java本身就是面向抽象编程的，也就是说，模块化编程是构建在抽象层之上的。相较于Java8引入的lambda表达式，模块化编程关注的是整个应用程序的结构扩展问题，而lambda表达式更多的是提供了在一个类里面切换到lambda的方式。模块化带来的影响涉及到设计、编译、打包、部署等等，所以我前面讲了，它不仅仅是一个语言级的特性变化，它的意义比lambda表达式的引入大很多。

开始全文前最后一个问题，为什么JDK9一再推迟发布时间?JDK9的模块化工程为了达到预期目标，即功能之间的边界清晰目标，同时又要保持向后兼容、模块内定义良好且可读，这些多重要求导致了JDK9的长时间难产。这就好比我们编写的应用程序工程，通过20年的积累，成为了一个巨大无比的工程，这时候你再想把它按照模块切分，难度就非常高了。

Java语言已经积累了20年，现在才开始做模块化设计，其实是有点晚了，但是一旦做成了这件事情(JDK9的模块化)，后续的模块化进程就会变得快速起来，这也就是为什么可能半年后你就会发现JDK10发布了。

二、模块化编程

1. 什么是模块化编程

什么是模块化编程?模块化编程是将原有的系统分解为若干个自己管理的模块，但是这些模块之间又是互相通信(连接)的。模块，或者可以称之为组件，也就成了一个个可以识别的独立物件，它们可以包括代码、元数据描述，以及和其他模块之间的关系等。理想地看，这些物件从编译时期开始就是可以被识别的，生命周期贯穿整个运行时。这样也就可以想象了，我们的应用程序在运行时应该是由多个模块组成的。

作为一个Java模块，必须满足三个基本要求：

(1) 强封装性

对于封装的重要性应该不用和大家解释了，两个模块之间仅需要知道对方的封装接口、参数、返回值，而对于它内部的实现细节，其他调用方并不关心，内部怎么变化都没关系，只要能够继续调用并返回正确的值就行。

(2) 定义良好的接口

这里包含两层意思。一是模块之间的边界要划分清楚，不能存在重复的部分，二是对于无法封装的公开代码，如果进行了破坏性的修改，那么对其他调用方来说也是破坏性的，因此需要提供定义良好并且稳定的接口给其他调用模块调用。

(3) 显式依赖

这是点和面的关系。每一个点代表一个模块，两点之间的线代表模块之间的依赖关系，所有点就组成了模块调用关系图。只有拥有清晰的模块调用关系图，我们才能确保调用关系的正确性和模块配置的可用性。Java9之前，我们可以采用maven来帮助管理外部依赖关系。

模块化带来的是灵活、可理解、可重用这三大优点。模块化编程和当今很多软件架构概念是类同的，都是为了解决相似的抽象层问题，例如基于组件的开发、面向服务系统架构，或者更新的微服务架构。

前面提到了三个基本要求，强封装性、定义良好的接口、显式依赖，其实在Java9之前就已经支持了。比如封装，类型的封装可以通过使用包和访问修饰符(例如public、protected、private)的组合方式完成。例如protected，只有在同一个包内的类才能访问protected类里面的方法。这里你就可以提出一个问题来了。

如果我们想要让一些包外的类可以访问protected类，又不想让另外一些包外的类可以访问，这时候应该怎么处理呢?Java9之前没有很好的解决方案。对于第二个要求，定义良好的接口，这一点Java语言一直做得不错，从一开始就做得不错。你会发现接口方式在整个模块化编程中扮演了中心角色。

对于显式依赖，由于Java提供的import关键字所引入的jar包需要在编译时才会真正加载，当你把代码打入jar包的时候，你并不知道哪一个jar文件包含了你的jar包需要运行的类型。为了解决这个问题，我们可以利用一些外部工具，例如Maven、OSGi。Java9虽然从jvm核心层和语言层解决了依赖控制问题，但是Maven、OSGi还是有用武之地的，它们可以基于Java模块化编程平台之上继续持续自己的依赖管理工作。

图1：应用程序的jar包关系图

上面这张图包含了两个部分，一部分是应用程序，包含Application.jar的应用程序jar包、该jar包的两个依赖库(Google Guava和Hibernate Validator)，以及三个外部依赖jar包。我们可以通过maven工具完成库之间的依赖关系绑定功能。

Java9出现之前，Java运行时还需要包含rt.jar，如上图所示。从这张图上至少可以看出没有强有力的封装概念，为什么这么说?以Guava库为例，它内部的一些类是真的需要被Application.jar工程使用的，但是有一些类是不需要被使用的，但是由于这些类的访问限制符也是public的，所以外部包里的类是可以访问到的，所以说没有履行Java9的封装要求。

（编辑：济南站长网）

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