Java 9模組化概觀

從Java 7開始，就一直嚷嚷著要納入的模組化架構，到了Java 8不見推出，這中間又過了好幾年，最後來到了Java 9，而Java 9又因開發不及，從原定的2017年3月改到了2017年7月，如果沒有意外，目前看來，應該是可以如期推出。

而在最新的JDK9預覽版中，也可以玩玩Java模組平臺系統（Java Platform Module System），也就是JSR376的實作了。

JAR檔案的挑戰

撰寫Java的開發者都知道，目前的Java使用JAR檔案來包裝一堆類別檔案，而這些類別檔案會使用套件（package）來加以組織，在編譯或運行Java應用程式時，必須指定類別路徑（CLASSPATH），一開始這不是什麼問題，只是隨著Java應用的場合越來越多，挑戰也就越來越多。

舉例而言，JAR檔案定義在類別路徑中的順序，經常會有同名類別遮蓋的問題；JAR對包裝的類別沒有封裝機制，即使開發中的程式庫想隱藏底層使用到的實作品，然而，只要是public的類型，對客戶端就是可見的；簡而言之，JAR檔案充其量只是個方便傳送的器皿罷了，它沒辦法表示彼此之間的依賴關係，想想看，有多少次發生ClassNotFoundException時，你總是想不透，到底還缺少了哪個JAR檔案呢？

Java SE自己也身受其害。從10MB以下的JDK1.1，到現在200多MB的JDK8，JDK越來越肥大，在錯綜複雜的依賴關係下，有些標準API就算不需要，也必須全盤接受，這對現今的IoT是個挑戰，雖然Java 8之後有了compact profile，可定義三種Java SE的子集，然而，也只是在有限程度下緩解了這個問題。

而且，還有更多其他的問題待解決，這部份可以參考〈Project Jigsaw is Really Coming in Java 9〉（https://goo.gl/15XuYl），某些工具試圖解決部份問題，像是Maven、OSGi等，然而由於一些技術、政治或商業性考量，Java 9終究是採用了Jigsaw來解決（部份的）問題。

類別路徑淡出，模組路徑登場

具體來說，Java 9中的模組仍是使用JAR檔案，這是為了善用現有的工具，以緩解導入或遷移的負擔，一個模組化JAR檔案（modular JAR file）與一般JAR檔案之間的差別，在於根目錄下是否包含一個module-info.class，而它又是由一個module-info.java檔案編譯而來，這個.java是作為模組描述器（Module descriptor）使用。

一個最簡單的模組描述器，可以只包括module cc.openhome.app {}這樣的內容，雖然是個.java檔案，但它不是Java原始碼，開發者不用擔心module成為保留字，而影響了既有的Java原始碼，因為這一個不是Java的.java，以及編譯出來的.class，只是讓編譯器或執行環境能理解這是一個模組。

模組名稱必須是唯一的，與套件名稱類似的，建議使用網域名稱的相反模式，通常是套件名稱的前置部份，如果應用程式依賴在某些模組，在編譯的時候，必須使用--module-path（簡寫-p）或--module-source-path來指定模組路徑，執行時也要指定--module-path，或者是在想要指定起始模組時使用--module（簡寫-m）。

在Java 9推出之後，未來在開發上當然是鼓勵定義模組的，而類別路徑的指定方式，基於向後相容性（Backward compatibility）考量仍舊支援，實際上，一個模組化JAR檔案若是指定於類別路徑中，就會被當成是一般JAR檔案，然而，類別路徑未來應走向逐漸淡出的道路，既有的程式庫在可能的情況下，也要逐漸遷移至新的模組系統。

模組描述器概觀

最簡單的module-info.java，可以只包括module cc.openhome.app {}，這樣的模組描述器沒有指定任何依賴模組，這表示它依賴在最基本的java.base模組（若使用到java.sql等其他模組，就會編譯失敗）。Java SE 9將過往有著錯綜複雜依賴關係的標準API，畫分為java.logging、java.sql、java.xml等各個模組，而這些模組最終都依賴在一個java.base模組，它包含了java.lang、java.io等基本套件，而整個Java SE被定義為一個java.se模組。

一個有著依賴關係的模組描述器，會像是：

module cc.openhome.app {
requires cc.openhome.openscad;
requires public cc.openhome.math;
exports cc.openhome.turtle;
}

這部分表示了一些事情——cc.openhome.app模組依賴在cc.openhome.openscad，以及前者的類別對後者匯出（exports）的公開類別，具有讀取性（Readability）。而且，要注意的是，讀取性僅定義了模組的依賴關係圖，例如cc.openhome.app對cc.openhome.openscad是顯式（explicitly）依賴，然而，cc.openhome.openscad可能依賴在其他模組上，因而這些模組也被cc.openhome.app隱式（implicitly）依賴，而對於module cc.openhome.app {}，它也隱式依賴在java.base。

只有讀取性，並不代表著可使用被依賴模組中的類別，例如，若有模組requires cc.openhome.app，而上面的模組描述器中並沒有exports cc.openhome.turtle的話（cc.openhome.app中定義的套件），那麼就無法使用cc.openhome.turtle套件中的類別，這表示被public定義的類別不再是全域可見了，定義模組時可以使用exports決定其存取性（Accessibility），因而模組可以實現更強的封裝性（Strong encapsulation）。

有一個問題是，如果有模組requires cc.openhome.app，而cc.openhome.openscad模組中，傳回了cc.openhome.math套件中的類別類型，那麼，最前頭的模組可以也使用該類型嗎？

對此，簡單的想法是，讓開發者自行在一開始的模組描述器，也加上requires cc.openhome.openscad，不過，這作法麻煩也不可靠，如果cc.openhome.app願意的話，只要加上requires public cc.openhome.math，就可以解決這個問題。

相容性與遷移

無疑地，既有的應用程式，還是要能在Java 9上運行的，其中一個作法如前所述，一個模組化JAR檔案若是指定於類別路徑中，會被當成是一般JAR檔案，實際上，置於類別路徑中的類別，都會被歸類在一個未命名模組（unnamed module），未命名模組對任何模組都具有讀取性，對被模組匯出的套件中的任何類別具有存取性。

而在既有程式庫的遷移上，有一個簡單的情境是，如果某個JAR檔案未依賴類別路徑上的其他程式庫，而且經檢查僅依賴在java.base模組，那麼，這個JAR檔案可以進一步定義為模組化檔案；接著，若另一個JAR檔案依賴在這個JAR，就可以定義其依賴在新定義的模組，以及其他的java.sql等模組上，依此類推、完成遷移。整體而言，這是一種自底而上的遷移（Bottom-up migration）方式。

當然，實際的依賴情況可能更複雜，可以使用jdeps之類的工具來檢查相依關係，而開發者也需要瞭解更多模組化的細節，此時，Simon Ritter的演講〈Project Jigsaw in JDK 9: Modularity Comes To Java〉（https://goo.gl/3Scf6n）會是個好的開始。

在這之後，OpenJDK官方的〈The State of the Module System〉（https://goo.gl/HFN9Em）是個詳盡的文件。