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用 JNI 进行 Java 编程

智云科技 发布于 2022年12月11日 评论关闭 阅读(174)

从 java 程序调用 C/C++ 代码

概述

当无法用 Java 语言编写整个应用程序时， JNI 允许您使用本机代码。在下列典型情况下，您可能决定使用本机代码：

  • 希望用更低级、更快的编程语言去实现对时间有严格要求的代码。
  • 希望从 Java 程序访问旧代码或代码库。
  • 需要标准 Java 类库中不支持的依赖于平台的特性。

从 Java 代码调用 C/C++ 的六个步骤

从 Java 程序调用 C 或 C ++ 代码的过程由六个步骤组成。 我们将在下面几页中深入讨论每个步骤，但还是先让我们迅速地浏览一下它们。

  1. 编写 Java 代码 。我们将从编写 Java 类开始，这些类执行三个任务：声明将要调用的本机方法；装入包含本机代码的共享库；然后调用该本机方法。
  2. 编译 Java 代码 。在使用 Java 类之前，必须成功地将它们编译成 字节码 。
  3. 创建 C/C++ 头文件 。C/C++ 头文件将声明想要调用的本机函数说明。然后，这个头文件与 C/C++ 函数实现（请参阅步骤 4）一起来创建共享库（请参阅步骤 5）。
  4. 编写 C/C++ 代码 。这一步实现 C 或 C++ 源代码文件中的函数。C/C++ 源文件必须包含步骤 3 中创建的头文件。
  5. 创建共享库文件 。从步骤 4 中创建的 C 源代码文件来创建共享库文件。
  6. 运行 Java 程序 。运行该代码，并查看它是否有用。我们还将讨论一些用于解决常见错误的技巧。

步骤 1：编写 Java 代码

我们从编写 Java 源代码文件开始，它将声明本机方法（或方法），装入包含本机代码的共享库，然后实际调用本机方法。

这里是名为 Sample1.java 的 Java 源代码文件的示例： 

public class Sample1
{
 public native int intMethod(int n);
 public native boolean booleanMethod(boolean bool);
 public native String stringMethod(String text);
 public native int intArrayMethod(int[] intArray);
 public static void main(String[] args)
 {
  System .loadLibrary("Sample1");
 Sample1 sample = new Sample1();
 int square = sample.intMethod(5);
 boolean bool = sample.booleanMethod(true);
 String text = sample.stringMethod("JAVA");
 int  sum  = sample.intArrayMethod(
 new int[]{1,1,2,3,5,8,13} );
 System.out.println("intMethod: " + square);
 System.out.println("booleanMethod: " + bool);
 System.out.println("stringMethod: " + text);
 System.out.println("intArrayMethod: " + sum);
 }
}

这段代码做了些什么？

首先，请注意对 native 关键字的使用，它只能随方法一起使用。native 关键字告诉 Java 编译器：方法是用 Java 类之外的本机代码实现的，但其声明却在 Java 中。只能在 Java 类中 声明 本机方法，而不能实现它，所以本机方法不能拥有方法主体。

现在，让我们逐行研究一下代码：

  • 从第 3 行到第 6 行，我们声明了四个 native 方法。
  • 在第 10 行，我们装入了包含这些本机方法的实现的共享库文件。（到步骤 5 时，我们将创建该共享库文件。）
  • 最终，从第 12 行到第 15 行，我们调用了本机方法。注：这个操作和调用非本机 Java 方法的操作没有差异。

注 ：基于 UNIX 的平台上的共享库文件通常含有前缀“lib”。在本例中，第 10 行可能是 System.loadLibrary(“libSample1”); 。请一定要注意您在 步骤 5：创建共享库文件 中生成的共享库文件名。

步骤 2：编译 Java 代码

接下来，我们需要将 Java 代码编译成字节码。完成这一步的方法之一是使用随 SDK 一起提供的 Java 编译器 javac。 用来将 Java 代码编译成字节码的命令是： 

javac Sample1.java

步骤 3：创建 C/C++ 头文件

第三步是创建 C/C++ 头文件，它定义本机函数说明。完成这一步的方法之一是使用 javah.exe，它是随 SDK 一起提供的本机方法 C 存根生成器工具。这个工具被设计成用来创建头文件，该头文件为在 Java 源代码文件中所找到的每个 native 方法定义 C 风格的函数。这里使用的命令是： 

javah Sample1

在 Sample1.java 上运行 javah.exe 的结果

下面的 Sample1.h 是对我们的 Java 代码运行 javah 工具所生成的 C/C++ 头文件： 

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
# include  <jni.h>
/* Header for class Sample1 */
 
#ifndef _Included_Sample1
#define _Included_Sample1
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
# endif 
JNIEXPORT jint JNICALL Java_Sample1_intMethod
 (JNIEnv *, jobject, jint);
JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_Sample1_booleanMethod
 (JNIEnv *, jobject, jboolean);
 
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_Sample1_stringMethod
 (JNIEnv *, jobject, jstring);
JNIEXPORT jint JNICALL Java_Sample1_intArrayMethod
 (JNIEnv *, jobject, jintArray);
 
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

关于 C/C++ 头文件

正如您可能已经注意到的那样，Sample1.h 中的 C/C++ 函数说明和 Sample1.java 中的 Java native 方法声明有很大差异。JNIEXPORT 和 JNICALL 是用于导出函数的、依赖于编译器的指示符。返回类型是映射到 Java 类型的 C/C++ 类型。 附录 A：JNI 类型 中完整地说明了这些类型。

除了 Java 声明中的一般参数以外，所有这些函数的参数表中都有一个指向 JNIEnv 和 jobject 的指针。指向 JNIEnv 的指针实际上是一个指向 函数指针 表的指针。正如将要在步骤 4 中看到的，这些函数提供各种用来在 C 和 C++ 中操作 Java 数据的能力。

jobject 参数引用当前对象。因此，如果 C 或 C++ 代码需要引用 Java 函数，则这个 jobject 充当引用或指针，返回调用的 Java 对象。函数名本身是由前缀“Java_”加全限定类名，再加下划线和方法名构成的。

步骤 4：编写 C/C++ 代码

当谈到编写 C/C++ 函数实现时，有一点需要牢记：说明必须和 Sample1.h 的函数声明完全一样。我们将研究用于 C 实现和 C++ 实现的完整代码，然后讨论两者之间的差异。

C 函数实现

以下是 Sample1.c，它是用 C 编写的实现： 

#include "Sample1.h"
#include <string.h>
 
JNIEXPORT jint JNICALL Java_Sample1_intMethod
 (JNIEnv *env, jobject obj, jint num) {
 return num * num;
}
 
JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_Sample1_booleanMethod
 (JNIEnv *env, jobject obj, jboolean boolean) {
 return !boolean;
}
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_Sample1_stringMethod
 (JNIEnv *env, jobject obj, jstring string) {
 const char *str = (*env)->GetStringUTFChars(env, string, 0); 
 char cap[128];
 strcpy(cap, str);
 (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, string, str);
 return (*env)->NewStringUTF(env, strupr(cap));
}
 
JNIEXPORT jint JNICALL Java_Sample1_intArrayMethod
 (JNIEnv *env, jobject obj, jintArray array) {
 int i, sum = 0;
 jsize len = (*env)->GetArrayLength(env, array);
 jint *body = (*env)->GetIntArrayElements(env, array, 0);
 for (i=0; i<len; i++)
 {	sum += body[i]; }
 (*env)->ReleaseIntArrayElements(env, array, body, 0);
 return sum;
}
 
void main(){}

C++ 函数实现

以下是 Sample1.cpp（C++ 实现） 

1. #include "Sample1.h"
 2. #include <string.h>
 3.
 4.JNIEXPORT jint JNICALL Java_Sample1_intMethod
 5. (JNIEnv *env, jobject obj, jint num) {
 6. return num * num;
 7. }
 8.
 9. JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_Sample1_booleanMethod
10. (JNIEnv *env, jobject obj, jboolean boolean) {
11. return !boolean;
12. }
13.
14. JNIEXPORT jstring JNICALL Java_Sample1_stringMethod
15. (JNIEnv *env, jobject obj, jstring string) {
16. const char *str = env->GetStringUTFChars(string, 0);
17. char cap[128];
18. strcpy(cap, str);
19. env->ReleaseStringUTFChars(string, str);
20. return env->NewStringUTF(strupr(cap));
21. }
22. 
23. JNIEXPORT jint JNICALL Java_Sample1_intArrayMethod
24. (JNIEnv *env, jobject obj, jintArray array) {
25. int i, sum = 0;
26. jsize len = env->GetArrayLength(array);
27. jint *body = env->GetIntArrayElements(array, 0);
28. for (i=0; i<len; i++)
29. {	sum += body[i];
30. }
31. env->ReleaseIntArrayElements(array, body, 0);
32. return sum;
33. }
34.
35. void main(){}

C 和 C++ 函数实现的比较

C 和 C++ 代码几乎相同；唯一的差异在于用来访问 JNI 函数的方法。在 C 中，JNI 函数调用由“(*env)->”作前缀，目的是为了取出函数指针所引用的值。在 C++ 中，JNIEnv 类拥有处理函数指针查找的内联成员函数。下面将说明这个细微的差异，其中，这两行代码访问同一函数，但每种语言都有各自的语法。 

C 语法： 	jsize len = (*env)->GetArrayLength(env,array);
C++ 语法： 	jsize len =env->GetArrayLength(array);

步骤 5：创建共享库文件

接下来，我们创建包含本机代码的共享库文件。大多数 C 和 C++ 编译器除了可以创建机器代码可执行文件以外，也可以创建共享库文件。用来创建共享 库文件 的命令取决于您使用的编译器。下面是在 Windows 和 Solaris 系统上执行的命令。 

Windows： 	cl -Ic:\ jdk \include -Ic:\jdk\include\win32 -LD Sample1.c -FeSample1.dll
Solaris： 	cc -G -I/usr/local/jdk/include -I/user/local/jdk/include/solaris Sample1.c -o 
 Sample1.so

Jerikc:

Ubuntu Linux :

gcc -shared -I /usr/lib/ jvm /java-6-sun-1.6.0.20/include -I /usr/lib/jvm/java-6-sun-1.6.0.20/include/linux -I /usr/include Sample1.c -o Sample1.so

解释一下上面的操作，当然我的系统是Ubuntu10.04，不过关于jdk安装之后的路径应该大同小异，自己做下适当的调整即可

/usr/lib/jvm/java-6-sun-1.6.0.20/include下包含的jni.h

/usr/lib/jvm/java-6-sun-1.6.0.20/include/linux下包含的是jni-mid.h

-shared 是设置生成share object的标志

libtest.so 即为我们需要的动态链接库（等同于Windows下的*.dll文件）

步骤 6：运行 Java 程序

最后一步是运行 Java 程序，并确保代码正确工作。因为必须在 Java 虚拟机中执行所有 Java 代码，所以需要使用 Java 运行时环境。完成这一步的方法之一是使用 java，它是随 SDK 一起提供的 Java 解释器。所使用的命令是： 

java Sample1

当运行 Sample1.class 程序时，应该获得下列结果： 

PROMPT>java Sample1
intMethod: 25
booleanMethod: false
stringMethod: JAVA
intArrayMethod: 33
PROMPT>

故障排除

当使用 JNI 从 Java 程序访问本机代码时，您会遇到许多问题。您会遇到的三个最常见的错误是：

  • 无法找到动态链接 。它所产生的错误消息是：java.lang.UnsatisfiedLinkError。这通常指无法找到共享库，或者无法找到共享库内特定的本机方法。
  • 无法找到共享库文件 。当用 System.loadLibrary(String libname) 方法（参数是文件名）装入库文件时，请确保文件名拼写正确以及 没有 指定扩展名。还有，确保库文件的位置在类路径中，从而确保 JVM 可以访问该库文件。
  • 无法找到具有指定说明的方法 。确保您的 C/C++ 函数实现拥有与头文件中的函数说明相同的说明。

从 Java 调用 C 或 C++ 本机代码（虽然不简单）是 Java 平台中一种良好集成的功能。虽然 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。

正如您已经看到的，调用 C 或 C++ 本机代码需要赋予函数特殊的名称，并创建共享库文件。当利用现有代码库时，更改代码通常是不可取的。要避免这一点，在 C++ 中，通常创建 代理代码 或代理类，它们有专门的 JNI 所需的命名函数。然后，这些函数可以调用底层库函数，这些库函数的说明和实现保持不变。

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文章来源：智云一二三科技

文章标题：用 JNI 进行 Java 编程

文章地址：https://www.zhihuclub.com/183541.shtml

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