Project Jigsaw 详解 | Baeldung中文网

1. 引言

Project Jigsaw 是一个综合性项目，其新特性主要聚焦于两个核心目标：

在 Java 语言中引入模块系统
在 JDK 源码和 Java 运行时中实现该系统

本文将带你深入了解 Jigsaw 项目及其特性，最后通过一个简单的模块化应用案例收尾。

2. 模块化

简单来说，模块化是一种设计原则，帮助我们实现：

组件间的松耦合
组件间明确的契约和依赖关系
通过强封装隐藏实现细节

2.1. 模块化的基本单元

问题来了：模块化的基本单元是什么？在 Java 世界（尤其是 OSGi 生态）中，JAR 文件长期被视为模块化的基本单元。

JAR 文件确实能帮助我们将相关组件打包，但存在明显局限：

JAR 间缺乏显式的契约声明和依赖管理
JAR 内部元素的封装性较弱

2.2. JAR 地狱

JAR 文件还带来了另一个问题——JAR 地狱。当类路径上存在多个版本的 JAR 时，ClassLoader 会加载最先找到的类，导致不可预期的行为。

另一个痛点是：应用编译通过，但运行时因类路径缺失 JAR 而抛出 ClassNotFoundException，这种"编译成功，运行失败"的情况让人抓狂。

2.3. 新的模块化单元

鉴于 JAR 作为模块化单元的上述局限，Java 语言设计者引入了名为模块（module）的新语言结构。这标志着 Java 模块化系统的全面革新。

3. Project Jigsaw

该项目的核心动机包括：

为语言创建模块系统（由 JEP 261 实现）
将其应用于 JDK 源码（由 JEP 201 实现）
模块化 JDK 库（由 JEP 200 实现）
更新运行时以支持模块化（由 JEP 220 实现）
支持创建包含 JDK 子集的小型运行时（由 JEP 282 实现）

另一重要举措是封装 JDK 内部 API（如 sun.* 包和其他非标准 API）。这些 API 本不打算公开使用，也未被规划为长期维护。但由于它们强大的能力，许多开发者将其用于库、框架和工具开发。目前部分内部 API 已提供替代方案，其余则被迁移到内部模块中。

4. 模块化新工具

jdeps：分析代码库对 JDK API 和第三方 JAR 的依赖，并指明 JDK API 所在模块，极大简化模块化改造
jdeprscan：检测代码中是否使用了过时 API
jlink：通过组合应用模块和 JDK 模块创建定制化小型运行时
jmod：处理 jmod 文件（一种新的模块打包格式），支持包含原生代码、配置文件等 JAR 无法容纳的内容

5. 模块系统架构

Java 语言的模块系统将模块作为顶级结构（类似于包）。开发者可将代码组织为模块，并在模块定义文件中声明依赖关系。

模块定义文件名为 module-info.java，包含：

模块名称
对外开放的包
依赖的模块
消费的服务
提供的服务实现

后两项仅在通过 java.util.ServiceLoader 使用服务时需要。典型模块结构如下：

src
 |----com.baeldung.reader
 |     |----module-info.java
 |     |----com
 |          |----baeldung
 |               |----reader
 |                    |----Test.java
 |----com.baeldung.writer
      |----module-info.java
           |----com
                |----baeldung
                     |----writer
                          |----AnotherTest.java

上述结构定义了两个模块：com.baeldung.reader 和 com.baeldung.writer。每个模块的 module-info.java 定义其规范，代码分别位于 com/baeldung/reader 和 com/baeldung/writer 目录。

5.1. 模块定义关键术语

定义模块（即在 module-info.java 中）时需掌握以下术语：

**module**：模块定义的关键字，后跟模块名和定义体
**requires**：声明依赖的模块，后跟模块名
**transitive**：用于 requires 之后，表示依赖传递性（A 依赖 B，B 依赖 C，则 A 自动依赖 C）
**exports**：声明对外开放的包，后跟包名
**opens**：声明运行时可反射访问的包（Spring/Hibernate 等框架依赖此特性），也可用于模块级别开放整个模块
**uses**：声明消费的服务接口，后跟完整类名
**provides ... with ...**：声明提供的服务接口及其实现类

6. 简单模块化应用

我们按以下依赖关系图构建模块化应用：

com.baeldung.student.model 是根模块，定义模型类 com.baeldung.student.model.Student：

public class Student {
    private String registrationId;
    //其他字段、getter/setter略
}

通过 module-info.java 开放 com.baeldung.student.model 包：

module com.baeldung.student.model {
    exports com.baeldung.student.model;
}

com.baeldung.student.service 模块提供抽象 CRUD 接口 com.baeldung.student.service.StudentService：

public interface StudentService {
    public String create(Student student);
    public Student read(String registrationId);
    public Student update(Student student);
    public String delete(String registrationId);
}

其依赖 com.baeldung.student.model 并开放 com.baeldung.student.service 包：

module com.baeldung.student.service {
    requires transitive com.baeldung.student.model;
    exports com.baeldung.student.service;
}

com.baeldung.student.service.dbimpl 模块提供实现类 com.baeldung.student.service.dbimpl.StudentDbService：

public class StudentDbService implements StudentService {

    public String create(Student student) {
        // 数据库创建操作
        return student.getRegistrationId();
    }

    public Student read(String registrationId) {
        // 数据库读取操作
        return new Student();
    }

    public Student update(Student student) {
        // 数据库更新操作
        return student;
    }

    public String delete(String registrationId) {
        // 数据库删除操作
        return registrationId;
    }
}

它直接依赖 com.baeldung.student.service，并通过传递性依赖 com.baeldung.student.model：

module com.baeldung.student.service.dbimpl {
    requires transitive com.baeldung.student.service;
    requires java.logging;
    exports com.baeldung.student.service.dbimpl;
}

客户端模块 com.baeldung.student.client 使用服务实现：

public class StudentClient {

    public static void main(String[] args) {
        StudentService service = new StudentDbService();
        service.create(new Student());
        service.read("17SS0001");
        service.update(new Student());
        service.delete("17SS0001");
    }
}

其模块定义：

module com.baeldung.student.client {
    requires com.baeldung.student.service.dbimpl;
}

7. 编译与运行示例

我们为 Windows 和 Unix 平台提供了编译/运行脚本（见 core-java-9 项目）。

Windows 执行顺序：

compile-student-model
compile-student-service
compile-student-service-dbimpl
compile-student-client
run-student-client

Linux 执行顺序：

compile-modules
run-student-client

脚本中使用了两个关键参数：

--module-source-path：指定多模块源码路径
--module-path：替代传统 classpath，指定模块发现路径

Java 9 弃用了 classpath 概念，转而使用模块路径。可通过 --module-path 设置模块发现位置；--module-source-path 则用于编译多模块时指定源码路径。

8. 模块系统在 JDK 源码中的应用

每个 JDK 安装包都包含 src.zip（JDK Java API 源码）。解压后可见以 java、javafx、jdk. 开头的目录，每个目录代表一个模块：

java.*：JDK 核心模块
javafx.*：JavaFX 模块
jdk.*：JDK 工具模块

所有 JDK 模块和用户模块都隐式依赖 java.base 模块（包含常用 API 如集合、IO、并发等）。JDK 模块依赖关系如下：

通过查看 JDK 模块的 module-info.java 定义，可直观了解模块声明语法。

9. 结语

本文介绍了模块化应用的创建、编译和运行流程，并展示了 JDK 源码的模块化改造。还有更多激动人心的特性（如使用 jlink 创建小型运行时、模块化 JAR 等），我们将在后续文章中深入探讨。

Project Jigsaw 是 Java 的一次重大变革，其开发者生态（特别是工具和库作者）的接受度仍需时间检验。

本文代码可在 GitHub 获取。

Persistence

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