JNI (Java Native Interface)是什么

zyme007

JNI是Java Native Interface的縮寫。從Java 1.1開始，Java Native Interface (JNI)標(biāo)準(zhǔn)成為java平臺(tái)的一部分，它允許Java代碼和其他語(yǔ)言寫的代碼進(jìn)行交互。JNI一開始是為了本地已編譯語(yǔ)言，尤其是C和C++而設(shè)計(jì)的，但是它并不妨礙你使用其他語(yǔ)言，只要調(diào)用約定受支持就可以了。 使用java與本地已編譯的代碼交互，通常會(huì)喪失平臺(tái)可移植性。但是，有些情況下這樣做是可以接受的，甚至是必須的，比如，使用一些舊的庫(kù)，與硬件、操作系統(tǒng)進(jìn)行交互，或者為了提高程序的性能。JNI標(biāo)準(zhǔn)至少保證本地代碼能工作在任何Java 虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)下。
一、JNI（Java Native Interface）的設(shè)計(jì)目的
1.The standard Java class library may not support the platform-dependent features needed by your application.
2.You may already have a library or application written in another programming language and you wish to make it accessible to Java applications
3.You may want to implement a small portion of time-critical code in a lower-level programming language, such as assembly, and then have your Java application call these functions
4.編寫帶有native聲明的方法的java類
5.使用javac命令編譯所編寫的java類
6.使用javah ?jni java類名生成擴(kuò)展名為h的頭文件
7.使用C/C++實(shí)現(xiàn)本地方法
8.將C/C++編寫的文件生成動(dòng)態(tài)連接庫(kù)

二、JNI（Java Native Interface）的書寫步驟
1) 編寫java程序：這里以HelloWorld為例。
代碼1：
class HelloWorld {
  public native void displayHelloWorld();
  static {
   System.loadLibrary("hello");
  }
  public static void main(String[] args) {
   new HelloWorld().displayHelloWorld();
  }
}

聲明native方法：如果你想將一個(gè)方法做為一個(gè)本地方法的話，那么你就必須聲明改方法為native的，并且不能實(shí)現(xiàn)。其中方法的參數(shù)和返回值在后面講述。 Load動(dòng)態(tài)庫(kù)：System.loadLibrary("hello");加載動(dòng)態(tài)庫(kù)（我們可以這樣理解：我們的方法displayHelloWorld()沒有實(shí)現(xiàn)，但是我們?cè)谙旅婢椭苯邮褂昧�，所以必須在使用之前�?duì)它進(jìn)行初始化）這里一般是以static塊進(jìn)行加載的。同時(shí)需要注意的是System.loadLibrary();的參數(shù)"hello"是動(dòng)態(tài)庫(kù)的名字。 main()方法是函數(shù)得入口點(diǎn)。
2) 編譯 javac HelloWorld.java
3) 生成擴(kuò)展名為h的頭文件 javah HelloWorld 頭文件的內(nèi)容：
/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include /* Header for class HelloWorld */
#ifndef _Included_HelloWorld
#define _Included_HelloWorld
#ifdef __cplusplus extern "C" {
#endif

/*
* Class: HelloWorld
* Method: displayHelloWorld
* Signature: ()V
*/

JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloWorld_displayHelloWorld(JNIEnv *, jobject);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif
(這里我們可以這樣理解：這個(gè)h文件相當(dāng)于我們?cè)趈ava里面的接口，這里聲明了一個(gè)Java_HelloWorld_displayHelloWorld (JNIEnv *, jobject);方法，然后在我們的本地方法里面實(shí)現(xiàn)這個(gè)方法，也就是說我們?cè)诰帉慍/C++程序的時(shí)候所使用的方法名必須和這里的一致)。
4) 編寫本地方法（c/c++程序）實(shí)現(xiàn)和由javah命令生成的頭文件里面聲明的方法名相同的方法。
代碼2：
  #include "jni.h"
  #include "HelloWorld.h"
  #include ......
  JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloWorld_displayHelloWorld(JNIEnv *env, jobject obj) {
    printf("Hello world! ");
    return;
  }
  
  注意第1行，需要將jni.h(該文件可以在%JAVA_HOME%/include文件夾下面找到)文件引入，因?yàn)樵诔绦蛑械腏NIEnv、jobject等類型都是在該頭文件中定義的；另外在第2行需要將HelloWorld.h頭文件引入（我是這么理解的：相當(dāng)于我們?cè)诰帉慾ava程序的時(shí)候，實(shí)現(xiàn)一個(gè)接口的話需要聲明才可以，這里就是將HelloWorld.h頭文件里面聲明的方法加以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然不一定是這樣）。然后保存為HelloWorldImpl.c就ok了。
5) 生成動(dòng)態(tài)庫(kù)這里以在Windows中為例，需要生成dll文件。在保存HelloWorldImpl.c文件夾下面，使用VC的編譯器cl生成。
  命令行如下:
  cl -I%java_home%\include -I%java_home%\include\win32 -LD HelloWorldImp.c -Fehello.dll
  注意：生成的dll文件名在選項(xiàng)-Fe后面配置，這里是hello，因?yàn)樵贖elloWorld.java文件中我們loadLibary的時(shí)候使用的名字是hello。當(dāng)然這里修改之后那里也需要修改。另外需要將-I%java_home%\include -I%java_home%\include\win32參數(shù)加上，因?yàn)樵诘谒牟嚼锩婢帉懕镜胤椒ǖ臅r(shí)候引入了jni.h文件。
6) 運(yùn)行程序 java HelloWorld就ok。
三、JNI(Java Native Interface)的簡(jiǎn)要使用例子 下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的例子實(shí)現(xiàn)打印一句話的功能，但是用的c的printf最終實(shí)現(xiàn)。一般提供給java的jni接口包括一個(gè)so文件（封裝了c函數(shù)的實(shí)現(xiàn)）和一個(gè)java文件（需要調(diào)用path的類）。
1． JNI的目的是使java方法中能夠調(diào)用c實(shí)現(xiàn)的一些函數(shù)，比如以下的java類，就需要調(diào)用一個(gè)本地函數(shù)testjni（一般聲明為private native類型），
    首先需要?jiǎng)?chuàng)建文件weiqiong.java，內(nèi)容如下：
    class weiqiong {
     static {
      System.loadLibrary("testjni");//載入靜態(tài)庫(kù)，test函數(shù)在其中實(shí)現(xiàn)
     }
     private native void testjni(); //聲明本地調(diào)用
     public void test() {
      testjni();
     }
     public static void main(String args[]) {
      weiqiong haha = new weiqiong();
      haha.test();
     }
    }
2．然后執(zhí)行javac weiqiong.java，如果沒有報(bào)錯(cuò)，會(huì)生成一個(gè)weiqiong.class。
3．然后執(zhí)行javah weiqiong，會(huì)生成一個(gè)文件weiqiong.h文件，其中有一個(gè)函數(shù)的聲明如下：
  JNIEXPORT void JNICALL Java_weiqiong_testjni(JNIEnv *, jobject);
4．創(chuàng)建文件testjni.c將上面那個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)，內(nèi)容如下：
  #include "jni.h"
  #include weiqiong.h
  
  JNIEXPORT void JNICALL Java_weiqiong_testjni(JNIEnv *env, jobject obj) {
   printf("haha---------go into c!!! ");
  }
5．為了生成.so文件，創(chuàng)建makefile文件如下：
  libtestjni.so:testjni.o makefile
  gcc -Wall -rdynamic -shared -o libtestjni.so testjni.o
  testjni.o:testjni.c weiqiong.h gcc -Wall -c testjni.c -I./ -I/usr/java/j2sdk1.4.0/include -I/usr/java/j2sdk1.4.0/include/linux
  cl: rm -rf *.o *.so
  注意：gcc前面是tab空，j2sdk的目錄根據(jù)自己裝的j2sdk的具體版本來寫，生成的so文件的名字必須是loadLibrary的參數(shù)名前加“l(fā)ib”。
6．export LD_LIBRARY_PATH=.，由此設(shè)置library路徑為當(dāng)前目錄，這樣java文件才能找到so文件。一般的做法是將so文件copy到本機(jī)的LD_LIBRARY_PATH目錄下。
7．執(zhí)行java weiqiong，打印出結(jié)果：“haha---------go into c!!!”

四．JNI（Java Native Interface）調(diào)用中考慮的問題 在首次使用JNI的時(shí)候有些疑問，后來在使用中一一解決，下面就是這些問題的備忘：
1。 java和c是如何互通的？
  其實(shí)不能互通的原因主要是數(shù)據(jù)類型的問題，jni解決了這個(gè)問題，例如那個(gè)c文件中的jstring數(shù)據(jù)類型就是java傳入的String對(duì)象 ，經(jīng)過jni函數(shù)的轉(zhuǎn)化就能成為c的char*。 對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)類型關(guān)系如下表：
  Java 類型   本地C類型   說明
  boolean    jboolean    無符號(hào)，8 位
  byte      jbyte     無符號(hào)，8 位
  char      jchar     無符號(hào)，16 位
  short     jshort     有符號(hào)，16 位
  int      jint      有符號(hào)，32 位
  long      jlong     有符號(hào)，64 位
  float     jfloat     32 位
  double     jdouble    64 位
  void      void      N/A
  JNI 還包含了很多對(duì)應(yīng)于不同 Java 對(duì)象的引用類型
2. 如何將java傳入的String參數(shù)轉(zhuǎn)換為c的char*，然后使用?
  java傳入的String參數(shù)，在c文件中被jni轉(zhuǎn)換為jstring的數(shù)據(jù)類型，在c文件中聲明char* test，然后test = (char*)(*env)->GetStringUTFChars(env, jstring, NULL);
  注意：test使用完后，通知虛擬機(jī)平臺(tái)相關(guān)代碼無需再訪問：(*env)->ReleaseStringUTFChars(env, jstring, test);
3. 將c中獲取的一個(gè)char*的buffer傳遞給java？
  這個(gè)char*如果是一般的字符串的話，作為string傳回去就可以了。如果是含有’\0’的buffer，最好作為bytearray傳出，因?yàn)榭梢灾贫╟opy的length，如果copy到string，可能到’\0’就截?cái)嗔恕?
  有兩種方式傳遞得到的數(shù)據(jù)：
   一種是在jni中直接new一個(gè)byte數(shù)組，然后調(diào)用函數(shù)(*env)->SetByteArrayRegion(env, bytearray, 0, len, buffer);將buffer的值copy到bytearray中，函數(shù)直接return bytearray就可以了。
   一種是return錯(cuò)誤號(hào)，數(shù)據(jù)作為參數(shù)傳出，但是java的基本數(shù)據(jù)類型是傳值，對(duì)象是傳遞的引用，所以將這個(gè)需要傳出的byte數(shù)組用某個(gè)類包一下，
   如下：
   class RetObj {
    public byte[] bytearray;
   }
   這個(gè)對(duì)象作為函數(shù)的參數(shù)retobj傳出，通過如下函數(shù)將retobj中的byte數(shù)組賦值便于傳出。代碼如下：
    jclass cls;
    jfieldID fid;
    jbyteArray bytearray;
    bytearray = (*env)->NewByteArray(env,len);
    (*env)->SetByteArrayRegion(env, bytearray, 0, len, buffer);
    cls = (*env)->GetObjectClass(env, retobj);
    fid = (*env)->GetFieldID(env, cls, "retbytes", "[B"]);
    (*env)->SetObjectField(env, retobj, fid, bytearray);
4. 不知道占用多少空間的buffer，如何傳遞出去呢？
   在jni的c文件中new出空間，傳遞出去。java的數(shù)據(jù)不初始化，指向傳遞出去的空間即可。
五．JNI中對(duì)JAVA傳入數(shù)據(jù)的處理
  如果傳入的是bytearray的話，作如下處理得到buffer：
    char *tmpdata = (char*)(*env)->GetByteArrayElements(env, bytearray, NULL);
    (*env)->ReleaseByteArrayElements(env, bytearray, tmpdata, 0);
六．JAVA調(diào)用本地接口后的數(shù)據(jù)處理問題
1． java得到的數(shù)據(jù)是String的話，直接處理就可以了。
2． 得到的如果是bytearray的話，作如下處理：
  DataInputStream in = new DataInputStream(new ByteArrayInputStream(bytearray));
  byte []byte1 = new byte[36]; in.read(byte1,0,36);
  String string = new String(byte1);
  System.out.println("讀出的第一個(gè)字段為："+string);


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