Java模块化系统JPMS入门

Java 9 引入了 Java Platform Module System（JPMS），这是 Java 语言发展史上的重大变革。本文介绍模块化的核心概念和基本用法。

为什么需要模块化

1. 更小的运行时：只打包需要的模块，构建精简 JRE
2. 强封装性：明确控制哪些包可以对外暴露
3. 可靠的配置：编译期检查模块依赖
4. 改进安全性：内部实现细节不再暴露

模块基础

module-info.java

每个模块根目录下需要声明模块描述符：

module com.example.app {
    // 依赖其他模块
    requires java.base;        // 默认隐式依赖
    requires java.sql;
    requires com.example.lib;
    
    // 导出包（其他模块可访问）
    exports com.example.app.api;
    
    // 开放包（允许反射访问）
    opens com.example.app.entity;
    
    // 提供服务实现
    provides com.example.spi.Logger 
        with com.example.app.FileLogger;
    
    // 消费服务
    uses com.example.spi.Logger;
}

核心指令

指令	说明
requires	声明依赖模块
requires transitive	传递依赖
exports	导出包
exports to	定向导出
opens	开放包（反射）
opens to	定向开放
provides with	提供服务实现
uses	消费服务

模块依赖示例

库模块

// com.example.lib/module-info.java
module com.example.lib {
    exports com.example.lib.api;      // 对外暴露API
    exports com.example.lib.dto;
    
    opens com.example.lib.entity;     // 允许反射（JPA等框架需要）
    
    requires static java.compiler;    // 可选依赖（编译期需要，运行期可选）
}

应用模块

// com.example.app/module-info.java
module com.example.app {
    requires com.example.lib;
    requires java.logging;
    
    exports com.example.app.controller;
    
    opens com.example.app to spring.core;  // 对Spring开放
}

编译与运行

编译模块

# 编译库模块
javac -d out/lib $(find lib -name "*.java")

# 编译应用模块，指定模块路径
javac --module-path out/lib -d out/app $(find app -name "*.java")

运行模块

# 运行主模块
java --module-path out/lib:out/app -m com.example.app/com.example.app.Main

# 查看模块列表
java --list-modules

# 查看模块详情
java --describe-module java.base

打包 JMOD

# 创建模块化的JAR
jar --create --file out/app.jar --main-class com.example.app.Main -C out/app .

# 创建JMOD（用于jlink）
jmod create --class-path out/app out/app.jmod

自定义运行时镜像

使用 jlink 创建精简的 JRE：

jlink --module-path $JAVA_HOME/jmods:out/app \
      --add-modules com.example.app \
      --launcher app=com.example.app/com.example.app.Main \
      --output myapp-runtime

# 运行自定义运行时
./myapp-runtime/bin/app

效果：运行时镜像仅包含必要的模块，体积可从 200MB+ 减少到 50MB 以下。

未命名模块与自动模块

未命名模块（Unnamed Module）

类路径（classpath）上的所有类都属于未命名模块：

• 可以读取所有模块
• 所有模块可以读取它
• 用于兼容性过渡

自动模块（Automatic Module）

将普通 JAR 放在模块路径上，自动成为模块：

• 模块名从 JAR 文件名或 Automatic-Module-Name 属性推断
• 导出所有包
• 依赖所有模块

java --module-path libs:out/app --class-path legacy-lib.jar -m com.example.app

迁移策略

自下而上迁移

1. 从最底层的库开始模块化
2. 逐步向上迁移依赖项目
3. 顶层应用最后迁移

关键步骤

# 1. 使用jdeps分析依赖
jdeps --recursive --class-path libs app.jar

# 2. 生成模块描述符建议
jdeps --generate-module-info out app.jar

# 3. 解决循环依赖
# 通过重构代码或使用服务加载器(ServiceLoader)打破循环

与现有框架集成

Spring Boot

Spring 5+ 支持 JPMS：

module com.example.demo {
    requires spring.web;
    requires spring.boot;
    requires spring.boot.autoconfigure;
    
    opens com.example.demo to spring.core, spring.beans, spring.context;
}

注意事项

1. 反射访问需要 opens：Hibernate、Jackson 等框架需要反射，需要开放相应包
2. 资源加载方式变化：使用 Module.getResourceAsStream()
3. SPI 变化：推荐使用 provides/uses 替代 META-INF/services

总结

场景	建议
新建项目	直接使用模块化
类库开发	添加 module-info.java，支持模块化用户
遗留项目	先保证在模块路径上可用（自动模块）
云原生部署	使用 jlink 构建精简运行时

模块化是 Java 平台现代化的重要一步，虽然迁移有成本，但长期收益显著：更小的部署包、更清晰的依赖关系、更好的封装性。