詳解Java 本地接口 JNI 使用方法

對(duì)于Java程序員來(lái)說(shuō)，Java語(yǔ)言的好處和優(yōu)點(diǎn)，我想不用我說(shuō)了，大家自然會(huì)說(shuō)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(rèn)java語(yǔ)言也有一些它本身的缺點(diǎn)。比如在性能、和底層打交道方面都有它的缺點(diǎn)。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(gè)標(biāo)準(zhǔn)的方式讓java程序通過(guò)虛擬機(jī)與原生代碼進(jìn)行交互，這也就是我們平常常說(shuō)的java本地接口（JNI——java native Interface）。它使得在 Java 虛擬機(jī) (VM) 內(nèi)部運(yùn)行的 Java 代碼能夠與用其它編程語(yǔ)言（如 C、C++ 和匯編語(yǔ)言）編寫(xiě)的應(yīng)用程序和庫(kù)進(jìn)行互操作。JNI 最重要的好處是它沒(méi)有對(duì)底層 Java 虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)施加任何限制。因此，Java虛擬機(jī)廠商可以在不影響虛擬機(jī)其它部分的情況下添加對(duì) JNI 的支持。程序員只需編寫(xiě)一種版本的本地應(yīng)用程序或庫(kù)，就能夠與所有支持 JNI 的 Java 虛擬機(jī)協(xié)同工作。我們來(lái)看一下為什么要與原生代碼進(jìn)行交互：

一：提高應(yīng)用程序性能。我們知道java對(duì)于c/c++、匯編語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，顯得比較“高級(jí)”。其實(shí)這里的高級(jí)就是簡(jiǎn)化了程序員的工作。很多底層的東西都讓java虛擬機(jī)做了。但畢竟相對(duì)于直接訪問(wèn)底層來(lái)講，java多了一步虛擬機(jī)的過(guò)程，所以在性能上比著這些原生語(yǔ)言稍微有點(diǎn)慢。

二：實(shí)現(xiàn)一些與底層相關(guān)的功能。Java平臺(tái)提供的標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)庫(kù)，還有強(qiáng)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(lèi)庫(kù)中還是無(wú)法完成。

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

JNI 接口函數(shù)和指針

     平臺(tái)相關(guān)代碼是通過(guò)調(diào)用 JNI 函數(shù)來(lái)訪問(wèn) Java 虛擬機(jī)功能的。JNI 函數(shù)可通過(guò)接口指針來(lái)獲得。接口指針是指針的指針，它指向一個(gè)指針數(shù)組，而指針數(shù)組中的每個(gè)元素又指向一個(gè)接口函數(shù)。每個(gè)接口函數(shù)都處在數(shù)組的某個(gè)預(yù)定偏移量中。下圖說(shuō)明了接口指針的組織結(jié)構(gòu)。

           JNI 接口的組織類(lèi)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(tái)相關(guān)代碼分開(kāi)。虛擬機(jī)可以很容易地提供多個(gè)版本的 JNI 函數(shù)表。例如，虛擬機(jī)可支持以下兩個(gè) JNI 函數(shù)表：

· 一個(gè)表對(duì)非法參數(shù)進(jìn)行全面檢查，適用于調(diào)試程序；

· 另一個(gè)表只進(jìn)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(dāng)前線程中有效。因此，本地方法不能將接口指針從一個(gè)線程傳遞到另一個(gè)線程中。實(shí)現(xiàn) JNI 的虛擬機(jī)可將本地線程的數(shù)據(jù)分配和儲(chǔ)存在 JNI 接口指針?biāo)赶虻膮^(qū)域中。

本地方法將JNI 接口指針當(dāng)作參數(shù)來(lái)接受。虛擬機(jī)在從相同的 Java 線程中對(duì)本地方法進(jìn)行多次調(diào)用時(shí)，保證傳遞給該本地方法的接口指針是相同的。但是，一個(gè)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(xiě)Java類(lèi)代碼

    其中，需要JNI實(shí)現(xiàn)的方法應(yīng)當(dāng)用native關(guān)鍵字聲明。在該類(lèi)中，用System．1oadLibrary()方法加載需要的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。關(guān)鍵代碼如下：  

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

  (2)編譯成字節(jié)代碼

    在這個(gè)過(guò)程中，由于采用了native關(guān)鍵字聲明，Java編譯器會(huì)忽視沒(méi)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(gè)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)一般是通過(guò)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(jī)是根據(jù)一定的命名規(guī)范完成對(duì)JNI方法的調(diào)用，所以手工編寫(xiě)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(jī)識(shí)別；然后是調(diào)用者類(lèi)名稱(全限定的類(lèi)名，其中用下劃線代替名稱分隔符)；最后是對(duì)應(yīng)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(gè)指向JNI運(yùn)行環(huán)境的指針；第二個(gè)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(gè)參數(shù)是對(duì)對(duì)象的引用，而靜態(tài)本地方法的第二個(gè)參數(shù)是對(duì)其Java類(lèi)的引用；其余的參數(shù)對(duì)應(yīng)通常Java方法的參數(shù)，參數(shù)類(lèi)型需要根據(jù)一定規(guī)則進(jìn)行映射。

    (4)編寫(xiě)相應(yīng)方法的實(shí)現(xiàn)代碼

    在編碼過(guò)程中，需要注意變量的長(zhǎng)度問(wèn)題，例如Java的整型變量長(zhǎng)度為32位，而C語(yǔ)言為16位，所以要仔細(xì)核對(duì)變量類(lèi)型映射表，防止在傳值過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題。

    (5)將JNI實(shí)現(xiàn)代碼編譯成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)

    編譯過(guò)程是利用C／C++編譯器實(shí)現(xiàn)的，在windows平臺(tái)上，編譯和連接的結(jié)果是動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLL文件。當(dāng)要使用生成的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)時(shí)，調(diào)用者類(lèi)中需要顯式調(diào)用該鏈接庫(kù)dll文件。

    經(jīng)過(guò)上述處理，基本上完成了一個(gè)包含本地化方法的Java類(lèi)的開(kāi)發(fā)。

附錄：將Jav類(lèi)型映射到本地 C 類(lèi)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(lèi)型用于描述主要指數(shù)和大?。?br />

typedef jint jsize;

故障排除

當(dāng)使用 JNI 從 Java 程序訪問(wèn)本機(jī)代碼時(shí)，您會(huì)遇到許多問(wèn)題。您會(huì)遇到的三個(gè)最常見(jiàn)的錯(cuò)誤是：

1）無(wú)法找到動(dòng)態(tài)鏈接。它所產(chǎn)生的錯(cuò)誤消息是：java.lang.UnsatisfiedLinkError。這通常指無(wú)法找到共享庫(kù)，或者無(wú)法找到共享庫(kù)內(nèi)特定的本機(jī)方法。

2）無(wú)法找到共享庫(kù)文件。當(dāng)用 System.loadLibrary(String libname) 方法（參數(shù)是文件名）裝入庫(kù)文件時(shí)，請(qǐng)確保文件名拼寫(xiě)正確以及沒(méi)有指定擴(kuò)展名。還有，確保庫(kù)文件的位置在類(lèi)路徑中，從而確保 JVM 可以訪問(wèn)該庫(kù)文件。

3）無(wú)法找到具有指定說(shuō)明的方法。確保您的 C/C++ 函數(shù)實(shí)現(xiàn)擁有與頭文件中的函數(shù)說(shuō)明相同的說(shuō)明。

結(jié)束語(yǔ)

            從 Java 調(diào)用 C 或 C++ 本機(jī)代碼（雖然不簡(jiǎn)單）是 Java 平臺(tái)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(jī)代碼需要賦予函數(shù)特殊的名稱，并創(chuàng)建共享庫(kù)文件。當(dāng)利用現(xiàn)有代碼庫(kù)時(shí)，更改代碼通常是不可取的。要避免這一點(diǎn)，在 C++ 中，通常創(chuàng)建代理代碼或代理類(lèi)，它們有專門(mén)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(kù)函數(shù)，這些庫(kù)函數(shù)的說(shuō)明和實(shí)現(xiàn)保持不變。

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