classpath 和 jar

在Java中精钮，關(guān)于什么是classpath.classpath是JVM用到的一個(gè)環(huán)境變量，它用來(lái)指示JVM如何搜索class.
因?yàn)镴ava是編譯型語(yǔ)言爽待，源碼文件是.java,而編譯后的.class文件才是真正可以被JVM執(zhí)行的字節(jié)碼腐魂。因此咧最，JVM需要知道捂人，如何要加載一個(gè)abc.xyz.Hello的類，應(yīng)該去哪搜索對(duì)應(yīng)的Hello.class文件矢沿。
所以先慷，classpath就是一組目錄的集合，它設(shè)置的搜索路徑與操作系統(tǒng)相關(guān)咨察。例如论熙，在Windows系統(tǒng)上，用;分隔摄狱，帶空格的目錄用""括起來(lái)脓诡，可能長(zhǎng)這樣：

C:\work\project1\bin;C:\shared;"D:\My Documents\project1\bin"

在Linux系統(tǒng)上，用:分隔媒役，可能長(zhǎng)這樣：

/usr/shared:/usr/local/bin:/home/liaoxuefeng/bin

現(xiàn)在我們假設(shè)classpath是.;C\work\project1\bin;C:\shared,當(dāng)JVM加載abc.xyz.Hello這個(gè)類時(shí)祝谚，會(huì)依次查找：

• <當(dāng)前目錄>\abc\xyz\Hello.class

• C:\work\project1\bin\abc\xyz\Hello.class

• C:\shared\abc\xyz\Hello.class
  注意到.代表當(dāng)前目錄。如果JVM在某個(gè)路徑下找到了對(duì)應(yīng)的class文件酣衷，就不再往后繼續(xù)搜索交惯。如果所有路徑下都沒(méi)有找到，就報(bào)錯(cuò)穿仪。
  classpath的設(shè)定方法有兩種：
  在系統(tǒng)環(huán)境變量中設(shè)置classpath環(huán)境變量席爽，不推薦；
  在啟動(dòng)JVM時(shí)設(shè)置classpath變量啊片，推薦只锻。
  強(qiáng)烈不推薦在系統(tǒng)環(huán)境變量中設(shè)置classpath，那樣會(huì)污染整個(gè)系統(tǒng)環(huán)境紫谷。在啟動(dòng)JVM時(shí)設(shè)置classpath才是推薦的做法齐饮。實(shí)際上就是給java命令傳入-classpath或-cp參數(shù)：

java -classpath .;C:\work\project1\bin;C:\shared abc.xyz.Hello

或者使用-cp的簡(jiǎn)寫：

java -cp .;C:\work\project1\bin;C:\shared abc.xyz.Hello

沒(méi)有設(shè)置系統(tǒng)環(huán)境變量捐寥，也沒(méi)有傳入-cp參數(shù)，那么JVM默認(rèn)的classpath為.,即當(dāng)前目錄：

java abc.xyz.Hello

上述命令告訴JVM只在當(dāng)前目錄搜索Hello.class祖驱。
在IDE中運(yùn)行Java程序握恳，IDE自動(dòng)傳入的-cp參數(shù)是當(dāng)前工程的bin目錄和引入的jar包。
通常捺僻，我們?cè)谧约壕帉懙?code>class中睡互，會(huì)引用Java核心庫(kù)的class，例如陵像，String、ArrayList等寇壳。這些class應(yīng)該上哪去找醒颖？
有很多"如何設(shè)置classpath"的文章會(huì)說(shuō)明把JVM自帶的rt.jar放入classpath,但事實(shí)上，根本不需要告訴JVM如何去Java核心庫(kù)查找class壳炎。

image.png

image.png

C:\work> java -cp . com.example.Hello

JVM根據(jù)classpath設(shè)置的.在當(dāng)前目錄下查找com.example.Hello，即實(shí)際搜索文件必須位于com/example/Hello.class铲球。如果指定的.class文件不存在挺庞，或者目錄結(jié)構(gòu)和包名對(duì)不上，均會(huì)報(bào)錯(cuò)稼病。

jar 包

如果有很多的.class文件选侨，散落在各層目錄中，不便于管理然走。如果能把目錄打一個(gè)包援制，變成一個(gè)文件，就方便多了芍瑞。
jar包就是用來(lái)干這個(gè)事的晨仑，它可以把package組織的目錄層級(jí)，以及各個(gè)目錄下的所有的文件（包括.class文件和其他文件）都打成一個(gè)jar文件拆檬，這樣一來(lái)洪己，無(wú)論是備份，還是發(fā)給客戶竟贯，就簡(jiǎn)單多了码泛。
jar 包實(shí)際上就是一個(gè)zip格式的壓縮文件，而jar包相當(dāng)于目錄澄耍。如果我們要執(zhí)行一個(gè)jar包的class,就可以把jar包放到classpath中：

java -cp ./hello.jar abc.xyz.Hello

這樣JVM會(huì)自動(dòng)在hello.jar文件里去搜索某個(gè)類噪珊。
那么問(wèn)題來(lái)了：如何創(chuàng)建jar包晌缘？
因?yàn)閖ar包就是zip包，所以痢站，直接在資源管理器中磷箕，找到正確的目錄，點(diǎn)擊右鍵阵难，在彈出的快捷菜單中選擇“發(fā)送到”,“壓縮（Zipped）文件夾”,就制作了一個(gè)zip文件岳枷。然后，把后綴從.zip改為.jar呜叫，一個(gè)jar包就創(chuàng)建成功空繁。
假設(shè)編譯輸出的目錄結(jié)構(gòu)就是這樣：

image.png

image.png

java -jar hello.jar

jar包還可以包含其它jar包惠昔，這個(gè)時(shí)候菱属，就需要在MANIFEST.MF文件里配置classpath了。
在大型項(xiàng)目中舰罚，不可能手動(dòng)編寫MANIFEST.MF文件纽门，再手動(dòng)創(chuàng)建zip包。Java社區(qū)提供了大量的開(kāi)源構(gòu)建工具营罢，例如Maven,可以非常方便地創(chuàng)建jar包赏陵。
小結(jié)：
JVM通過(guò)環(huán)境變量classpath決定搜索class的路徑和順序。
不推薦設(shè)置系統(tǒng)環(huán)境變量classpath饲漾，始終建議通過(guò)-cp命令傳入蝙搔；
jar包相當(dāng)于目錄，可以包含很多.class文件考传，方便下載和使用吃型；
MANIFEST.MF文件可以提供jar包的信息，如Main-Class僚楞，這樣可以直接運(yùn)行jar包

模塊

從Java 9 開(kāi)始勤晚，JDK又引入了模塊（module）
.class文件是JVM看到的最小可執(zhí)行文件枉层，而一個(gè)大型程序需要編寫很多Class，并生成一堆.class文件赐写，很不便于管理鸟蜡，所以，jar文件就是class文件的容器挺邀。
在Java 9之前揉忘，一個(gè)大型Java程序會(huì)生成自己的jar文件，同時(shí)引用依賴的第三方j(luò)ar文件端铛，而JVM自帶的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)泣矛，實(shí)際上也是以jar文件形式存放的，這個(gè)文件叫rt.jar禾蚕，一共有60多M您朽。
如果是自己開(kāi)發(fā)的程序，除了一個(gè)自己的app.jar以外夕膀，還需要一堆第三方的jar包，運(yùn)行一個(gè)Java程序美侦，一般來(lái)說(shuō)产舞，命令行寫這樣：

java -cp app.jar:a.jar:b.jar:c.jar com.liaoxuefeng.sample.Main

image.png

• java.base.jmod
• java.compiler.jmod
• java.datatransfer.jmod
• java.desktop.jmod
• ...
  這些.jmod文件每一個(gè)都是一個(gè)模塊峡眶，模塊名就是文件名。例如：模塊java.base對(duì)應(yīng)的文件就是java.base.jmod植锉。模塊之間的依賴關(guān)系已經(jīng)被寫入到模塊內(nèi)的module_info.class文件了辫樱。所有的模塊都直接或間接地依賴java.base模塊，只有java.base模塊不依賴任何模塊俊庇，它可以被看作是“很模塊”狮暑，好比所有的類都是從Object直接或間接繼承而來(lái)鸡挠。

把一堆class封裝為jar僅僅是一個(gè)打包的過(guò)程，而把一堆class封裝為模塊則不但需要打包心例，還需要寫入依賴關(guān)系宵凌，并且還可以包含二進(jìn)制代碼（通過(guò)JNI擴(kuò)展）.此外，模塊支持多版本止后，即在同一個(gè)模塊中可以為不同的JVM提供不同的版本瞎惫。

編寫模塊

首先，創(chuàng)建模塊和原有的創(chuàng)建Java項(xiàng)目是完全一樣的译株，以oop-module工程為例瓜喇，它的目錄結(jié)構(gòu)如下：

image.png

module hello.world {
    requires java.base; // 可不寫，任何模塊都會(huì)自動(dòng)引入java.base
    requires java.xml;
}

其中夯缺，module是關(guān)鍵字蚤氏，后面的hello.world是模塊名稱，它的命名規(guī)范與包一致踊兜「捅酰花括號(hào)的requires xxx;表示這個(gè)模塊需要引用的其它模塊名。除了java.base可以被自動(dòng)引入外捏境，這里我們引入了一個(gè)java.xml模塊于游。

當(dāng)我們使用模塊聲明了依賴關(guān)系后，才能使用引入的模塊垫言。例如贰剥，Main.java代碼如下：

package com.itranswarp.sample;

// 必須引入java.xml模塊后才能使用其中的類:
import javax.xml.XMLConstants;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Greeting g = new Greeting();
        System.out.println(g.hello(XMLConstants.XML_NS_PREFIX));
    }
}

如果把requires java.xml; 從module-info.java中去掉，編譯將報(bào)錯(cuò)筷频○海可見(jiàn)，模塊的重要作用就是聲明依賴關(guān)系截驮。
下面笑陈，我們用JDK提供的命令行工具來(lái)編譯創(chuàng)建模塊。
首先葵袭，我們把工作目錄切換到oop-module,在當(dāng)前目錄下編譯所有的.java文件涵妥，并存放到bin目錄下，命令如下：

$ javac -d bin src/module-info.java src/com/itranswarp/sample/*.java

如果編譯成功∑挛現(xiàn)在項(xiàng)目結(jié)構(gòu)如下：

image.png

$ jar --create --file hello.jar --main-class com.itranswarp.sample.Main -C bin .

現(xiàn)在我們就在當(dāng)前目錄下得到了hello.jar這個(gè)jar包帆锋，它和普通jar包并無(wú)區(qū)別吵取，可以直接使用命令java -jar hello.jar來(lái)運(yùn)行它。但是我們的目標(biāo)是創(chuàng)建模塊锯厢，所以皮官，繼續(xù)使用JDK自帶的jmod命令把一個(gè)jar包轉(zhuǎn)換成模塊：

$ jmod create --class-path hello.jar hello.jmod

于是，在當(dāng)前目錄下我們又得到了hello.jmod這個(gè)模塊文件实辑，這就是最后打包出來(lái)的傳說(shuō)中的模塊捺氢！

運(yùn)行模塊

要運(yùn)行一個(gè)jar,我們使用java -jar xxx.jar命令。要運(yùn)行一個(gè)模塊剪撬，我們只需要指定模塊名摄乒。試試：

$ java --module-path hello.jmod --module hello.world

結(jié)果是一個(gè)錯(cuò)誤：

Error occurred during initialization of boot layer
java.lang.module.FindException: JMOD format not supported at execution time: hello.jmod

原因是.jmod不能被放入--module-path中。換成.jar就沒(méi)問(wèn)題了：

$ java --module-path hello.jar --module hello.world
Hello, xml!

那我們辛辛苦苦創(chuàng)建的hello.jmod有什么用残黑？答案是我們可以用它來(lái)打包JRE

打包JRE

為了支持模塊化馍佑，Java 9 首先帶頭把自己的一個(gè)巨大無(wú)比的rt.jar拆成了幾十個(gè).jmod模塊，原因就是梨水，運(yùn)行Java程序的時(shí)候拭荤，實(shí)際上我們用到的JDK模塊，并沒(méi)有那么多冰木。不需要的模塊穷劈，完全可以刪除笼恰。
過(guò)去發(fā)布一個(gè)Java應(yīng)用程序踊沸，要運(yùn)行它，必須下載一個(gè)完整的JRE社证，再運(yùn)行jar包逼龟。而完整的JRE塊頭很大，有100多M追葡。怎么給JRE瘦身呢腺律？

現(xiàn)在，JRE自身的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)已經(jīng)分拆成了模塊宜肉，只需要帶上程序用到的模塊匀钧，其他的模塊就可以被裁剪掉。怎么裁剪JRE呢谬返？并不是說(shuō)把系統(tǒng)安裝的JRE給刪掉部分模塊之斯，而是“復(fù)制”一份JRE，但只帶上用到的模塊遣铝。為此佑刷，JDK提供了jlink命令來(lái)干這件事莉擒。命令如下：

$ jlink --module-path hello.jmod --add-modules java.base,java.xml,hello.world --output jre/

我們?cè)?code>--module-path參數(shù)指定了我們自己的模塊hello.jmod，然后瘫絮，在--add-modules參數(shù)中指定了我們用到的3個(gè)模塊java.base涨冀、java.xml和hello.world，用,分隔麦萤。最后鹿鳖，在--output參數(shù)指定輸出目錄。
現(xiàn)在频鉴，在當(dāng)前目錄下栓辜，我們可以找到jre目錄，這是一個(gè)完整的并且?guī)в形覀冏约?code>hello.jmod模塊的JRE垛孔。試試直接運(yùn)行這個(gè)JRE：

$ jre/bin/java --module hello.world
Hello, xml!

要分發(fā)我們自己的Java應(yīng)用程序藕甩，只需要把這個(gè)jre目錄打個(gè)包給對(duì)方發(fā)過(guò)去，對(duì)方直接運(yùn)行上述命令即可周荐，既不用下載安裝JDK狭莱，也不用知道如何配置我們自己的模塊，極大地方便了分發(fā)和部署概作。

訪問(wèn)權(quán)限

前面講過(guò)腋妙，Java的class訪問(wèn)權(quán)限分為public、protected讯榕、private和默認(rèn)的包訪問(wèn)權(quán)限骤素。引入模塊后，這些訪問(wèn)權(quán)限的規(guī)則就要稍微做些調(diào)整愚屁。

確切地說(shuō)济竹，class的這些訪問(wèn)權(quán)限只在一個(gè)模塊內(nèi)有效，模塊和模塊之間霎槐，例如送浊，a模塊要訪問(wèn)b模塊的某個(gè)class，必要條件是b模塊明確地導(dǎo)出了可以訪問(wèn)的包丘跌。
舉個(gè)例子：我們編寫的模塊hello.world用到了模塊java.xml的一個(gè)類javax.xml.XMLConstants袭景，我們之所以能直接使用這個(gè)類，是因?yàn)槟Kjava.xml的module-info.java中聲明了若干導(dǎo)出：

module java.xml {
    exports java.xml;
    exports javax.xml.catalog;
    exports javax.xml.datatype;
    ...
}

只有它聲明的導(dǎo)出的包闭树，外部代碼才被允許訪問(wèn)耸棒。換句話說(shuō)，如果外部代碼想要訪問(wèn)我們的hello.world模塊中的com.itranswarp.sample.Greeting類报辱，我們必須將其導(dǎo)出：

module hello.world {
    exports com.itranswarp.sample;

    requires java.base;
    requires java.xml;
}

因此与殃，模塊進(jìn)一步隔離了代碼的權(quán)限。

小結(jié)

Java 9引入的模塊目的是為了管理依賴；
使用模塊可以按需打包JRE奈籽；
使用模塊對(duì)類的訪問(wèn)權(quán)限有了進(jìn)一步限制饥侵。