詳解Java 本地接口 JNI 使用方法

對于Java程序員來說，Java語言的好處和優(yōu)點，我想不用我說了，大家自然會說出很多一套套的。但雖然我們作為java程序員，但我們不得不承認java語言也有一些它本身的缺點。比如在性能、和底層打交道方面都有它的缺點。所以java就提供了一些本地接口，他主要的作用就是提供一個標準的方式讓java程序通過虛擬機與原生代碼進行交互，這也就是我們平常常說的java本地接口（JNI——java native Interface）。它使得在 Java 虛擬機 (VM) 內(nèi)部運行的 Java 代碼能夠與用其它編程語言（如 C、C++ 和匯編語言）編寫的應用程序和庫進行互操作。JNI 最重要的好處是它沒有對底層 Java 虛擬機的實現(xiàn)施加任何限制。因此，Java虛擬機廠商可以在不影響虛擬機其它部分的情況下添加對 JNI 的支持。程序員只需編寫一種版本的本地應用程序或庫，就能夠與所有支持 JNI 的 Java 虛擬機協(xié)同工作。我們來看一下為什么要與原生代碼進行交互：

一：提高應用程序性能。我們知道java對于c/c++、匯編語言來說，顯得比較“高級”。其實這里的高級就是簡化了程序員的工作。很多底層的東西都讓java虛擬機做了。但畢竟相對于直接訪問底層來講，java多了一步虛擬機的過程，所以在性能上比著這些原生語言稍微有點慢。

二：實現(xiàn)一些與底層相關(guān)的功能。Java平臺提供的標準類庫，還有強大的API，雖然能完成大部分功能。但有些和底層硬件打交道的功能在java API提供的類庫中還是無法完成。

三：與已有的使用原生代碼編寫的程序進行集成。在于操作系統(tǒng)上由c或者c++等原生語言編寫的軟件進行集 0成的時候，可以用JNI。

JNI 接口函數(shù)和指針

     平臺相關(guān)代碼是通過調(diào)用 JNI 函數(shù)來訪問 Java 虛擬機功能的。JNI 函數(shù)可通過接口指針來獲得。接口指針是指針的指針，它指向一個指針數(shù)組，而指針數(shù)組中的每個元素又指向一個接口函數(shù)。每個接口函數(shù)都處在數(shù)組的某個預定偏移量中。下圖說明了接口指針的組織結(jié)構(gòu)。

           JNI 接口的組織類似于 C++ 虛擬函數(shù)表或 COM 接口。使用接口表而不使用硬性編入的函數(shù)表的好處是使 JNI 名字空間與平臺相關(guān)代碼分開。虛擬機可以很容易地提供多個版本的 JNI 函數(shù)表。例如，虛擬機可支持以下兩個 JNI 函數(shù)表：

· 一個表對非法參數(shù)進行全面檢查，適用于調(diào)試程序；

· 另一個表只進行 JNI 規(guī)范所要求的最小程度的檢查，因此效率較高。

JNI 接口指針只在當前線程中有效。因此，本地方法不能將接口指針從一個線程傳遞到另一個線程中。實現(xiàn) JNI 的虛擬機可將本地線程的數(shù)據(jù)分配和儲存在 JNI 接口指針所指向的區(qū)域中。

本地方法將JNI 接口指針當作參數(shù)來接受。虛擬機在從相同的 Java 線程中對本地方法進行多次調(diào)用時，保證傳遞給該本地方法的接口指針是相同的。但是，一個本地方法可被不同的 Java 線程所調(diào)用，因此可以接受不同的 JNI 接口指針。                     

(1)編寫Java類代碼

    其中，需要JNI實現(xiàn)的方法應當用native關(guān)鍵字聲明。在該類中，用System．1oadLibrary()方法加載需要的動態(tài)鏈接庫。關(guān)鍵代碼如下：  

 ／／Compute.java
 public class Compute{
 public native double sqrt(double params);
 static{
 ／／調(diào)用動態(tài)鏈接庫
 System．loadLibrary(“compute”)；
 }

  (2)編譯成字節(jié)代碼

    在這個過程中，由于采用了native關(guān)鍵字聲明，Java編譯器會忽視沒有代碼體的JNI方法部分。   

 (3)生成相關(guān)JNI方法的頭文件

    這個過程的實現(xiàn)一般是通過利用jlavah-jni  * class生成的(-jni可以省略），也可以手工生成該文件；但是由于 Java 虛擬機是根據(jù)一定的命名規(guī)范完成對JNI方法的調(diào)用，所以手工編寫頭文件需要特別小心。

    上述文件產(chǎn)生的頭文件部分代碼如下： 

 ／／Compute.h
 extern“C”{
 JNIEXPORT jdoubleJNICALL Java_Compute_comp(JNI-Env *, jobject, jdoubleArray)；

    JNI函數(shù)名稱分為三部分：首先是Java關(guān)鍵字，供Java虛擬機識別；然后是調(diào)用者類名稱(全限定的類名，其中用下劃線代替名稱分隔符)；最后是對應的方法名稱，各段名稱之間用下劃線分割。

    JNI函數(shù)的參數(shù)也由三部分組成：首先是JNIEnv *,是一個指向JNI運行環(huán)境的指針；第二個參數(shù)隨本地方法是靜態(tài)還是非靜態(tài)而有所不同一一非靜態(tài)本地方法的第二個參數(shù)是對對象的引用，而靜態(tài)本地方法的第二個參數(shù)是對其Java類的引用；其余的參數(shù)對應通常Java方法的參數(shù)，參數(shù)類型需要根據(jù)一定規(guī)則進行映射。

    (4)編寫相應方法的實現(xiàn)代碼

    在編碼過程中，需要注意變量的長度問題，例如Java的整型變量長度為32位，而C語言為16位，所以要仔細核對變量類型映射表，防止在傳值過程中出現(xiàn)問題。

    (5)將JNI實現(xiàn)代碼編譯成動態(tài)鏈接庫

    編譯過程是利用C／C++編譯器實現(xiàn)的，在windows平臺上，編譯和連接的結(jié)果是動態(tài)鏈接庫DLL文件。當要使用生成的動態(tài)鏈接庫時，調(diào)用者類中需要顯式調(diào)用該鏈接庫dll文件。

    經(jīng)過上述處理，基本上完成了一個包含本地化方法的Java類的開發(fā)。

附錄：將Jav類型映射到本地 C 類型

為了使用方便，特提供以下定義。

 #define JNI_FALSE 0
 #define JNI_TRUE 1

jsize 整數(shù)類型用于描述主要指數(shù)和大小：

typedef jint jsize;

故障排除

當使用 JNI 從 Java 程序訪問本機代碼時，您會遇到許多問題。您會遇到的三個最常見的錯誤是：

1）無法找到動態(tài)鏈接。它所產(chǎn)生的錯誤消息是：java.lang.UnsatisfiedLinkError。這通常指無法找到共享庫，或者無法找到共享庫內(nèi)特定的本機方法。

2）無法找到共享庫文件。當用 System.loadLibrary(String libname) 方法（參數(shù)是文件名）裝入庫文件時，請確保文件名拼寫正確以及沒有指定擴展名。還有，確保庫文件的位置在類路徑中，從而確保 JVM 可以訪問該庫文件。

3）無法找到具有指定說明的方法。確保您的 C/C++ 函數(shù)實現(xiàn)擁有與頭文件中的函數(shù)說明相同的說明。

結(jié)束語

            從 Java 調(diào)用 C 或 C++ 本機代碼（雖然不簡單）是 Java 平臺中一種良好集成的功能。雖然 JNI 支持 C 和 C++，但 C++ 接口更清晰一些并且通常比 C 接口更可取。正如您已經(jīng)看到的，調(diào)用 C 或 C++ 本機代碼需要賦予函數(shù)特殊的名稱，并創(chuàng)建共享庫文件。當利用現(xiàn)有代碼庫時，更改代碼通常是不可取的。要避免這一點，在 C++ 中，通常創(chuàng)建代理代碼或代理類，它們有專門的 JNI 所需的命名函數(shù)。然后，這些函數(shù)可以調(diào)用底層庫函數(shù)，這些庫函數(shù)的說明和實現(xiàn)保持不變。

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