Java模块化系统：引领代码革命与性能飞跃

JDK工程结构的问题

在说Java模块化系统之前，先来说说Java9之前的JDK在工程结构上的问题，从JDK本身的问题说起，Java从1996年发布第一版到2017年发布Java9，中间经历了近20年的时间，在这期间发布了无数个大大小小的版本用来支撑新的特性。

在Java新特性越来越丰富的同时，也带来了相应的问题。JDK8是一个广泛使用的版本，我们就以JDK8为例，先来看看目录结构

在JDK8以及之前的版本，我们安装的时候会安装两部分内容

JDK（Java Development Kit）主要用于开发者提供了开发工具和环境
JRE（Java Runtime Environment）主要提供Java运行时环境

JDK是开发Java应用的完整套装，而JRE则是为了支持已编译的Java程序在任何计算机上运行而设计的环境。JDK内部包含了JRE，以方便开发者在开发的同时也能直接运行和测试他们的代码

在jre/bin目录下有一个rt.jar文件，表示的是runtime，即运行时。JVM会加载这整个文件来支持Java运行时环境，而rt.jar文件的大小已经达到50-60M，也就是说在运行你的Java程序之前，就需要花这么多内存来加载Java运行时环境，我们来看看rt.jar中包含哪些内容

我们使用解压工具打开rt.jar可以清晰的看到，里面包括的内容很全，基本上包括了Java的方方面面，都给你加载进去了。就算你只写一个HelloWord，它也给你加载了Applet、awt等你根本不会用到的东西。现在的服务器和个人电脑随便都是8G、16G以上的内存，对于rt.jar占用的这点内存可能没什么感觉，但在一些对于内存很敏感的领域，Java这种方式就显得不太合理。Java官方可能也意识到了这个问题，所以在Java9的时候推出了Java平台模块系统（Java Platform Module System，JPMS）

Java平台模块系统（Java Platform Module System，JPMS）

JPMS是在Java9发布的，其实从Java7开始官方就在准备JPMS，本来准备在Java8中引入JPMS的，实在是改动太大，到Java9中才正式发布。其实做过开发的都会想的到，模块化相当于要从整体上重构整个系统，结构调整巨大，对于整个系统考验是很大的，这可能也是JPMS从Java7开始准备，直到Java9才发布的原因。

前面我们说过，在Java8及之前的版本中，其实是包括JDK和JRE两个部分的。但从Java9之后，就没有专门的JRE了，因为模块化之后，自己可以选择JVM加载哪些模块，相当于按需加载就行了，你写HelloWord可能只需要一个加载java.base就行了。下面是JDK11的结构

在JDK安装目录下有一个jmods目录，在该目录下就定义了JDK中各个模块，以.jmod结尾的文件就是JDK中定义的各个模块，我们打开java.base.jmod文件看一下

可以看到在java.base中class/java/目录中，包括了一些Java基础用到的lang、math、nio等基础包，没有包插applet、awt等不常用的包。这样按模块化划分之后，一方面可以更好的管理JDK的各个模块，另外一方面对于使用者来说，也不用像旧版JDK那样一股脑把所有的内容加载到JVM中，这样更加合理，也更节省资源。

Java模块化系统以克服当前所存在的局限时，主要设定了两个目标

对JDK本身进行模块化
提供一个应用程序可以使用的模块系统

上面我们已经看到了JDK本身模块化的改造，下面我们就来看看应用程序是如何使用模块系统的

应用程序模块化实现

应用程序实现模块化只需要简单的三步就可以完成

定义模块
导出模块
引用模块

先整体看一下，我们定义了三个模块userModule、OrderModule、GoodsModule，项目的结构如下：

module-info.java文件

module-info.java文件是用来定义模块的，在模块的src目录下定义一个module-info.java文件，内容如下

java 复制代码

module UserModule {
    
}

简单的定义了一个UserModule的模块，里面内容是空的现在三个模块是独立的，假如在OrderModule中需要使用UserModuler的UserService，直接使用肯定是引用不到的，需要进行exports

exports

如果需要将模块中的内容对外，需要在module-info.java中把相应的包exports出去

java 复制代码

module UserModule {
    exports com.user;
}

如上所示，表示UserModule将com.user包对外提供服务

requires

如果需要引用其他模块的内容，需要先使用requires将模块引用进当前模块，如下

java 复制代码

module OrderModule {
    requires UserModule;
}

如上所示，表示OrderModule引用了UserModule，如此在OrderModule中就可以使用UserModule中exports出来的包

java 复制代码

    public static void main(String[] args) {
        UserService userService = new UserService();
        userService.register();
    }

如上所示，在OrderModule中就可以直接引入UserService了

如果你只想将UserModule开放给GoodsModule，可以这样写

java 复制代码

module UserModule {
    exports com.user to GoodsModule;
}

这样就算OrderModule引用了UserModel，也没办法使用UserService，因为UserModule只开放给GoodsModule了

以上就是一个使用模块化来实现模块之间相关调用的简单例子，当然实际的模块化系统不可能这么简单，此处只起到一个抛转引玉的作用，如果对模块化系统比较感兴趣可以去JDK官网了解详细的信息

模块化的好处

1、强封装性

类和包可以被模块化，只有模块之间声明的接口是对外可见的，提高了代码的封装性，减少了不必要的耦合

2、明确的依赖管理

块之间通过requires声明依赖，明确指出了哪些模块需要哪些其他模块，避免了隐式依赖和类路径冲突

3、运行时性

JVM可以仅加载运行应用程序所需的模块，减少了内存占用，提高了启动速度和运行时性能

4、安全性和隔离

模块边界强化了安全性，限制了代码的访问权限，降低了攻击面

通过模块化，Java开发者可以构建更加健壮、高效且易于维护的大型应用程序

你的项目有用到模块化吗？欢迎给我留言讨论！