深入理解JVM（③）Java的模块化

Posted 2020-12-13 纪莫

前言

JDK9引入的Java模块化系统（Java Platform Module System ，JPMS）是 对Java技术的一次重要升级，除了像之前JAR包那样充当代码的容器之外，还包括：

• 依赖其他模块的列表。
• 导出的包列表，即其他模块可以使用的列表。
• 开放的包列表，即其他模块可反射访问模块的列表。
• 使用的服务列表。
• 提供服务的实现列表。

模块化系统

可配置的封装隔离机制解决了原来类路径上跨文件的public类的可访问性的问题。public类型不再意味着所有地方代码都可以访问它们，未导出和未开放的类是不能够被外部使用。

举例说明：

新创建一个maven工程，并创建两个module。

在每个module的Language level 和 SDK 设置成JDK9

然后在每个module的顶层目录中创建module-info.java

在ExampleOne中创建两个不同package下的类，ExampleFirst和ExampleOne。

package com.jimoer.jdkmoduleOne.test;

public class ExampleFirst {

    private int id;

    private String name;

    private String sex;

    public int getId() {
        return id;
    }

    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getSex() {
        return sex;
    }

    public void setSex(String sex) {
        this.sex = sex;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "ExampleFirst{" +
                "id=" + id +
                ", name=‘" + name + ‘‘‘ +
                ", sex=‘" + sex + ‘‘‘ +
                ‘}‘;
    }
}

package com.jimoer.jdkmoduleOne;

public class ExampleOne {


    private int id;

    private String name;

    private String arg;

    public int getId() {
        return id;
    }

    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getArg() {
        return arg;
    }

    public void setArg(String arg) {
        this.arg = arg;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "ExampleOne{" +
                "id=" + id +
                ", name=‘" + name + ‘‘‘ +
                ", arg=‘" + arg + ‘‘‘ +
                ‘}‘;
    }
}

然后在ExampleOne的module-info.java中声明导出包的路径。

module exampleOne {

     // 导出包路径
    exports com.jimoer.jdkmoduleOne.test;

}

在ExampleTwo中声明requires为引入包

module exampleTwo {
    requires exampleOne;
}

然后在ExampleTwo中使用ExampleOne中的类

ublic class ExampleTwo {

    public static void main(String[] args) {

        ExampleFirst first = new ExampleFirst();

        first.setId(1);
        first.setName("余欢水");
        first.setSex("男");
        
        System.out.println(first);
    }
}

运行结果：

ExampleFirst{id=1, name=‘余欢水‘, sex=‘男‘}

但是当在ExampleTwo中引用ExampleOne中非导出包下的类时就会编译出错。

如上图提示，所有不被导出的包默认都被封装在模块里面。

模块的兼容性

为了使可配置的封装隔离机制能够兼容传统的类路径查找机制，JDK9提出了与“类路径”（ClassPath）相对应的“模块路径”（ModulePath）的概念。只要放在类路径上的JAR文件，都会被当作传统的JAR包来对待；相应地，只要放在模块路径上的JAR文件，即使没有使用JMOD后缀，甚至不包含module-info.class文件，也仍然会被当作一个模块来对待。

为了保证Java应用升级到JDK9之后依然使用传统的类路径，不会受到影响，制定了三条规则来保证兼容性。

• JAR文件在类路径的访问规则：所有类路径下的JAR文件及其他资源文件，都被视为自动打包在一个匿名模块（Unnamed Module）里，这个匿名模块几乎是没有任何隔离的，它可以看到和使用类路径上所有的包、JDK模块中所有的导出包，以及模块路径是哪个所有模块中导出的包。
• 模块在模块路径的访问规则：模块路径下的具名模块（Named Module）只能访问到她依赖定义中列明依赖的模块和包，匿名模块里所有的内容对具名模块来说都是不可见的，即具名模块看不见传统JAR包的内容。
• JAR文件在模块路径的访问规则：如果把一个传统的、不包含模块定义的JAR文件放置到模块路径中，它就会变成一个自动模块（Automatic Module）。

模块化下的类加载器

JDK9为了保证兼容性，依然保持了三层类加载器架构以及双亲委派模型。但是为了模块化系统的顺利实施，还是对类加载器做了一些改动。

• 首先，扩展类加载器（Extension Class Loader）被平台类加载器（Platform Class Loader）取代。因为模块化天然的支持扩展，自然不需要在存在扩展类加载器了。
• 其次，平台类加载器和应用类加载器都不再派生自java.net.URLClassLoader，如果有程序直接依赖了这种继承关系，或者依赖了URLClassLoader类特定方法，那代码很可能会在JDK9及更高版本的JDK中崩溃。
• 最后，JDK9中虽然仍然维持着三层类加载器和双亲委派架构，但类加载的委派关系也发生了变动。当平台及应用程序类加载器收到类加载请求，在委派给父加载器加载前，要先判断该类是否能够归属到某一个系统模块中，如果可以找到这样的归属关系，就要优先委派给负责哪个模块的加载器完成加载，这可以算是对双亲委派的第四次破坏。
  JDK9前后三层类加载器的架构图对比如下：