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Java 模块化系统（JPMS）

java 2025/8/16 5:05:31

在介绍一个

Java 模块化系统（JPMS）

一、理论说明

1. 模块化的定义

Java 模块化系统（Java Platform Module System, JPMS）是 Java 9 引入的一项重大特性，它为 Java 平台和应用程序提供了模块化架构。模块化允许将代码组织成独立的模块单元，每个模块明确声明其依赖关系和对外暴露的 API，从而提高代码的可维护性、安全性和可扩展性。

2. 模块化与传统 JAR 的区别

特性	传统 JAR	模块化 JAR
结构	类的集合，无明确边界	显式声明模块名、依赖和导出
依赖管理	全路径类名，容易冲突	显式声明 `requires`，编译时检查
访问控制	仅包可见性（`public`/`protected`）	模块级导出（`exports`），更精细控制
加载机制	全盘加载所有 JAR	基于模块图，按需加载
安全性	类路径污染风险	更严格的访问控制，减少反射滥用

二、核心概念

1. 模块声明（`module-info.java`）

每个模块必须包含一个 module-info.java 文件，用于声明模块名、依赖和导出的包。

// module-info.java
module com.example.myapp {// 声明依赖的模块requires java.base;requires java.sql;// 导出包供其他模块使用exports com.example.api;// 可选：仅允许特定模块访问exports com.example.internal to com.example.client;// 声明服务提供者provides com.example.Service with com.example.impl.ServiceImpl;// 使用服务uses com.example.Service;
}

2. 模块路径（Module Path）

模块化系统引入了新的类路径概念 —— 模块路径，用于替代传统的类路径（Classpath）。模块路径上的 JAR 文件必须是模块化的（包含 module-info.class）。

# 编译模块化应用
javac --module-path mods -d out $(find src -name "*.java")# 运行模块化应用
java --module-path mods --module com.example.myapp/com.example.Main

三、模块类型

1. 命名模块（Named Modules）

显式声明了 module-info.java 的模块，如：

module com.example.util {exports com.example.util;
}

2. 自动模块（Automatic Modules）

传统 JAR 文件在模块路径上会被自动转换为自动模块，模块名由 JAR 文件名推导（如 my-library-1.0.jar 变为 my.library）。自动模块隐式导出所有包，依赖所有其他模块。

3. 系统模块（System Modules）

Java 平台自身的模块（如 java.base、java.sql），由 JDK 提供。

四、服务机制（Service）

模块系统提供了服务发现机制，允许模块声明和使用服务接口，解耦服务提供者和使用者。

1. 定义服务接口

// com.example.api.Service.java
package com.example.api;public interface Service {void execute();
}

2. 实现服务

// com.example.impl.ServiceImpl.java
package com.example.impl;import com.example.api.Service;public class ServiceImpl implements Service {@Overridepublic void execute() {System.out.println("执行服务");}
}

3. 声明服务提供者

在提供者模块的 module-info.java 中声明：

module com.example.impl {exports com.example.impl;provides com.example.api.Service with com.example.impl.ServiceImpl;
}

4. 使用服务

在使用者模块中通过 ServiceLoader 加载服务：

import com.example.api.Service;
import java.util.ServiceLoader;public class Main {public static void main(String[] args) {ServiceLoader<Service> loader = ServiceLoader.load(Service.class);loader.forEach(Service::execute);}
}

五、模块化优势

1. 强封装性

模块仅导出明确声明的包，内部实现对外部不可见，减少了意外依赖。

2. 依赖清晰

模块间依赖显式声明，编译时检查，避免类路径冲突和版本地狱。

3. 性能优化

JVM 可以基于模块图进行更高效的类加载和资源分配。

4. 安全性增强

通过限制反射访问和更严格的访问控制，减少安全漏洞。

5. 可维护性提升

代码按功能划分为独立模块，便于团队协作和系统演进。

六、应用实例

1. 创建简单模块化应用

假设有两个模块：com.example.api 和 com.example.impl。

`com.example.api` 模块

// module-info.java
module com.example.api {exports com.example.api;
}// com.example.api.Greeting.java
package com.example.api;public interface Greeting {String sayHello();
}

`com.example.impl` 模块

// module-info.java
module com.example.impl {requires com.example.api;exports com.example.impl;
}// com.example.impl.EnglishGreeting.java
package com.example.impl;import com.example.api.Greeting;public class EnglishGreeting implements Greeting {@Overridepublic String sayHello() {return "Hello, World!";}
}

编译和运行

# 编译模块
javac -d api-module src/api/module-info.java src/api/com/example/api/*.java
javac --module-path api-module -d impl-module src/impl/module-info.java src/impl/com/example/impl/*.java# 运行应用
java --module-path api-module:impl-module -m com.example.impl/com.example.impl.Main