Java 9模块化系统：Jigsaw与模块化编程的革新之旅


参考资源链接：[Java核心技术：深入解析与实战指南(英文原版第12版)](https://wenku.csdn.net/doc/11tbc1mpry?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. Java 9模块化系统概述

Java 9引入了模块化系统，标志着Java平台的重大演变。这一改变旨在解决传统Java应用在规模和复杂性方面的挑战，通过模块化来提升代码的封装性和可靠性。模块化系统不仅影响了Java应用的结构，还改变了开发和部署的方式。本章我们将概述Java模块化系统的基本概念和主要特点，以及它如何帮助开发人员构建更加健壮和可维护的应用程序。

## 1.1 Java模块化系统简述

Java模块化系统的核心是模块，它是一个封装的代码单元，可包含包和类型，并且可以声明与其他模块的依赖关系。Java 9中引入的模块化系统通过`module-info.java`文件定义模块，该文件声明模块的名字、依赖和其他元数据信息。这种结构化的封装方式有助于隔离内部实现细节，实现更高程度的封装性和模块的复用性。

## 1.2 Java模块化带来的变化

引入模块化后，Java程序的结构发生了根本变化，传统的类路径(classpath)被模块路径(module path)所替代。这种变化意味着运行时环境需要理解模块和它们之间的依赖关系，从而构建起一个更为精确的类加载器模型。模块化使得模块之间可以有明确的界限，这对于大型项目来说至关重要，它可以帮助开发团队避免命名冲突、减少不必要的依赖和提高系统的安全性。

# 2. 模块化编程的理论基础

### 2.1 Java模块化的历史和必要性

#### 2.1.1 从单体应用到模块化

在Java世界里，单体应用（Monolithic Applications）长期以来一直是构建应用的主流方式。单体应用将业务逻辑、数据访问、用户界面以及各种服务统统打包到一个巨大的、单一的二进制文件中，部署在一台服务器上。随着应用的逐渐庞大和复杂，单体应用面临着可维护性差、扩展困难、部署时间长等一系列问题。

随着技术的演进，模块化编程（Modular Programming）的概念应运而生。模块化允许我们将应用程序分解成一系列相互独立、自包含的模块。每个模块拥有清晰定义的接口和职责，便于单独开发、测试和维护。模块化编程带来了以下几个好处：

1. **增强可维护性**：模块化使得代码更加模块化，便于理解和管理。
2. **提升可扩展性**：通过模块化，我们可以轻松地添加或替换模块，从而扩展应用的功能。
3. **加快编译速度**：编译时仅需要关注改动的模块，减少了不必要的编译工作量。
4. **更好的封装性**：模块化有助于隐藏内部实现细节，仅暴露必要的接口给外部。
5. **促进团队协作**：模块可以由不同的开发团队独立开发，有助于并行工作，提高效率。

#### 2.1.2 模块化带来的优势和挑战

模块化带来的优势显而易见，但同时它也带来了新的挑战。对于Java开发者来说，从单体应用向模块化迁移需要克服以下几个主要问题：

1. **学习成本**：开发人员需要学习新的模块化构建和开发工具，以及模块化编程的最佳实践。
2. **模块划分**：如何合理地划分模块是模块化中的关键问题。划分不当会导致模块间的依赖关系复杂，甚至模块间耦合度依然较高。
3. **版本控制**：模块化应用需要妥善处理模块版本间的兼容性问题。
4. **运行时环境**：需要为模块化应用构建适当的运行时环境，以支持模块的动态加载和卸载。

### 2.2 模块化编程的核心概念

#### 2.2.1 模块的定义和特性

在模块化编程中，模块是定义了清晰的代码组织边界的一种结构。一个模块通常包含一组相关的类和资源，以及一个模块声明文件（module-info.java），描述了模块的名称、依赖关系以及对外暴露的公共API。

Java模块化具有以下特性：

- **封装性**：模块将内部实现细节隐藏起来，只通过明确的公共接口与外界交互。
- **依赖性**：模块声明文件中定义了模块所依赖的其他模块，系统将确保运行时加载必要的模块。
- **可配置性**：模块化系统支持多种配置方式，如服务提供者接口（SPI），允许灵活地扩展模块功能。

#### 2.2.2 模块之间的依赖关系

在Java 9引入的模块系统中，模块间的依赖关系由模块声明文件中的`requires`指令明确指定。正确的管理依赖关系是模块化编程的关键之一。

依赖关系分为以下几种类型：

- **普通依赖**：一个模块必须在运行时加载到其他模块。
- **可选依赖**：模块声明中的`requires optional`，表明虽然该模块需要另一个模块，但在没有该模块的情况下仍可运行。
- **静态依赖**：通过`requires static`指定的依赖，表明只有在代码中静态引用了该模块的功能时才需要加载。

#### 2.2.3 模块的版本控制

版本控制是模块化系统中的一个关键方面。Java模块化系统采用Maven等构建工具的标准版本命名方式来管理模块版本。

例如，模块版本可以表示为：

<主版本号>.<次版本号>.<增量版本号>.<修订版本号>

每个模块应该拥有独立的版本控制，并且在模块化系统中，当模块间存在兼容性问题时，需要明确版本间的兼容性规则和策略。

### 2.3 Jigsaw项目的贡献

#### 2.3.1 Jigsaw项目的目标和实现

Jigsaw项目是Java平台的一个模块化系统，旨在解决Java平台长期以来存在的“一次编写，到处运行”的问题。Jigsaw的目标是将Java平台本身模块化，并为Java应用的模块化提供支持。

Jigsaw项目通过以下方式实现其目标：

- **模块化平台**：将Java平台分为一系列模块，每一个模块都清晰定义了功能和依赖。
- **模块化语言规范**：Java语言规范引入了模块（module）的定义，让Java应用开发支持模块化。
- **模块化工具**：JDK提供了一套完整的工具集，包括编译器、模块化打包工具等，以支持模块化开发。

#### 2.3.2 Java平台模块系统的关键特性

Java平台模块系统，也就是Jigsaw模块系统，引入了一些关键特性，这些特性为Java模