Java Native Interface 编程系列一

本文是《Java Native Interface Programmer’s Guide and Specification》的读书笔记

Java Native Interface可以让编程人员在Java里调用其他语言编写的方法，来弥补Java运行效率低下的缺点；

jni可以用来做什么？：

在Java应用中使用本地编程语言如c/c++编写的代码；
将Java虚拟机融入到由C/c++编写的的应用中；
实现一个Java虚拟机；
从技术层面理解语言的互操作性，特别是垃圾收集机制和多线程实现机制；

jni支持两种的本地代码：本地链接库和本地应用；

使用jni在本地链接库中编写可以让Java应用调用的本地方法（native methods），Java应用可以像调用Java编写的方法一样调用本地方法（本地方法是由其他语言编写的，如C/C++）；
jni允许调用接口（invocation interface）,在本地应用中嵌入Java虚拟机（java virtual mathine），本地应用可以调用实现了Java虚拟机的本地链接库，然后就可以调用接口来执行Java编写的组件；

使用jni的步骤为：

创建一个java Class（如HelloWorld.java）,在里面声明本地方法；
使用javac 命令编译源文件（HelloWorld.java）,这个命令会在当前目录下生成一个HelloWorld.class文件;
使用命令:javah -jni 来生成一个C的头文件（HelloWord.h），头文件里包含本地方法实现的原型；
用C语言编写本地方法的实现（HelloWorld.c）；
使用宿主环境的C编译器和链接器将本地方法的实现的文件（HelloWorld.c）编译为本地链接库（HelloWorld.dll 或者libHelloWorld.so）；
运行HelloWorld的程序，类文件（HelloWorld.class）和链接库（HelloWorld.dll或者libHelloWorld.so)都会在运行时加载；

下面以一个HelloWorld的例子来掌握使用jni编程的步骤：

本地方法的声明：

class HelloWorld {
/**本地方法的声明与普通的Java方法的声明区别就是多一个native的修饰
**/
    private native void print();//本地方法
    private void doSomething(){};//普通Java方法
    public static void main(String[] args) {
        new HelloWorld().print();
    }
    static {
    /**HelloWorld是链接库的名字，为了保证这个方法可以成功调用，必须创建好这个链接库（HelloWorld.dll在Win32里，libHelloWorld.so在Solaris中）***/
        System.loadLibrary("HelloWorld");
    }
}

native关键字表明这个方法是由其他语言实现的，但这个native方法被调用前，实现本地方法的本地链接库必须先被加载；如上面代码所示，在static区域加载这个本地链接库。Java虚拟机会在调用任何方法（本地方法或普通方法）前，自动初始化静态区域，这样就可以保证在调用本地方法时，链接库文件已经加载进来了。

编译原文件:使用命令

javac HelloWorld.java

这个命令执行成功后，会在当前目录下生成一个HelloWorld.class 文件；

生成头文件：使用命令：

 javah -jni HelloWorld

这个命令执行成功后，会生成一个HelloWorld.h的文件，头文件里最重要的就是本地方法的原型，也就是在用其他语言实现的的文件里，这个本地方法是以怎样一个形式出现的。上面的print()本地方法在头文件里的形式为：

JNIEXPORT void JNICALL
Java_HelloWorld_print (JNIEnv *, jobject);

JNIEXPORT和JNICALL是两个宏变量，用来保证可以从本地链接库导出这个本地方法并且C编译器会为这个本地方法生成正确的调用代码（怎样调用这个本地方法），函数名Java_HelloWorld_print，Java表明这是一个Java调用的方法，HelloWorld是原来的对象的名字，print是在Java里声明的方法的名字.我们发现本地方法的实现会包含两个参数，而我们声明本地方法是没有参数的，每一个本地方法的实现的第一个参数就是JNIEnv接口指针(包含所有的本地方法的入口指针)，第二个参数是原来对象的引用（HelloWorld对象）类似于C++中的this指针；

实现本地方法：在HelloWorld.c中实现本地方法：

#include <jni.h> //这个头文件里，包含本地代码调用JNI方法的信息，在实现的文件里必须包含这个头文件
#include <stdio.h>//C语言头文件，需要使用里面提供的方法时才需要包含进来
#include "HelloWorld.h"//包含有本地方法原型，实现时，也必须包含进来
JNIEXPORT void JNICALL
Java_HelloWorld_print(JNIEnv *env, jobject obj)
{
    printf("Hello World!\n");
    return;
}

在编写完本地方法的实现后，就要将HelloWorld.c编译成本地链接库了，不同的操作系统下生成本地链接库的命令也不一样，在Solaris中，可以使用下面的命令生成本地链接库

cc -G -I/java/include -I/java/include/solaris  HelloWorld.c -o libHelloWorld.so

参数G表明让C编译器生成链接库，而不是一般的Solaris文件；

在Win32中，可以使用下面的命令让C++编译器生成动态链接库（命令需要写在同一行里面）：

cl -Ic:\java\include -Ic:\java\include\win32
    -MD -LD HelloWorld.c -FeHelloWorld.dll

最后就可以运行HelloWorld应用了，需要注意的是，你必须将链接库的路径让Java虚拟机可以搜索到，不然会找不到链接库，导致程序出错