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  • JAVA中native方法调用

    在Java中native是关键字。它一般在本地声明，异地用C和C++来实现。它的声明有几点要注意：1）native与访问控制符前后的关系不受限制。2）必须在返回类型之前。3）它一般为非抽象类方法。4）native方法在异地实现，象抽象方法一样，所以没有方法体，以分号结束。如下列5种声明：

             native public void f();                         正确。

             private native void f();                        正确。

             protected int native f();                      错误，返回类型位置不对，返回类型必须在native之后。

             public abstract native void f();            native必然不是abstract的。

             native int f(){}                                     错误，因为存在方法体{}

             public static native f();                         正确。static与native方法位置随意。

           下例是比较典型的native的使用方式，用loadLibrary导入存在源文件目录下的*.dll文件，然后定义native方法时，与c/c++实现的函数有相同的参数和返回类型。

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    1. public class OpticalFlowCalculateDll{ 
    2.  
    3.     static{ 
    4.  
    5.         System.loadLibrary("OpticalFlow"); 
    6.  
    7.     } 
    8.  
    9.      
    10.  
    11.     public native static void setImage();     
    12.  
    13.     public native static int[] getGoodFeatureListForTrack();     
    14.  
    15.     public native static int[] getMatchedFeatureList();     
    16.  
    17.     public native static int getFeatureListSize();     
    18.  
    19.     public native static void dispose(); 
    20.  
    21. }    
    [java] view plain copy
     
    1. public class OpticalFlowCalculateDll{  
    2.   
    3.     static{  
    4.   
    5.         System.loadLibrary("OpticalFlow");  
    6.   
    7.     }  
    8.   
    9.       
    10.   
    11.     public native static void setImage();      
    12.   
    13.     public native static int[] getGoodFeatureListForTrack();      
    14.   
    15.     public native static int[] getMatchedFeatureList();      
    16.   
    17.     public native static int getFeatureListSize();      
    18.   
    19.     public native static void dispose();  
    20.   
    21. }     

    再展开来说JNI，JNI是Java Native Interface的缩写，中文为JAVA本地调用。从Java 1.1开始，Java Native Interface (JNI)标准成为java平台的一部分，它允许Java代码和其他语言写的代码进行交互。JNI一开始是为了本地已编译语言，尤其是C和C++而设计的，但是它并不妨碍你使用其他语言，只要调用约定受支持就可以了。JNI是JDK的一部分，用于为Java提供一个本地代码的接口。通过使用JNI编写的程序能够确保你的代码能够完全的移植到所有的平台。JNI使得运行在JVM虚拟机上的Java代码能够操作使用其它语言编写的应用程序和库，比如 C/C++以及汇编语言等。此外JNI提供的某些API还允许你把JVM嵌入到本地应用程序中。

    　　

    　　使用java与本地已编译的代码交互，通常会丧失平台可移植性。但是，有些情况下这样做是可以接受的，甚至是必须的，比如，使用一些旧的库，与硬件、操作系统进行交互，或者为了提高程序的性能。JNI标准至少保证本地代码能工作在任何Java 虚拟机实现下。

    JNI的设计目的:

    　　·标准的java类库可能不支持你的程序所需的特性。

    　　·或许你已经有了一个用其他语言写成的库或程序，而你希望在java程序中使用它。

    　　·你可能需要用底层语言实现一个小型的时间敏感代码，比如汇编，然后在你的java程序中调用这些功能。

           本文将通过一个实例来阐述使用VC++6.0来实现JNI的完整过程。使用JNI来整合本地代码和Java代码的步骤是确定的，没有再创作的余地，所以读者可以通过本文的步骤来逐步认识到，其实Java也是"没有什么不可以"的。

    一、JNI的实现任务描述：在Java中调用windows下的消息框函数，并且从Java中传递一个字符串作为MessageBox函数的显示文本参数，显示在消息框的中间。下面让我们一起进入这一奇妙的旅程。

    Step 1：写一个Java类，在这个类中包含了需要调用的本地方法的描述。

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    1. //WinMsgBox.java  
    2.  
    3. package edu.netcom.jni;  
    4.  
    5. public class WinMsgBox  
    6.  
    7. {  
    8.  
    9. static{  
    10.  
    11. System.loadLibrary("WinMsgDll");    // (1)  
    12.  
    13. }  
    14.  
    15. public native void showMsgBox(String str); // (2)  
    16.  
    17. } 
    [java] view plain copy
     
    1. //WinMsgBox.java   
    2.   
    3. package edu.netcom.jni;   
    4.   
    5. public class WinMsgBox   
    6.   
    7. {   
    8.   
    9. static{   
    10.   
    11. System.loadLibrary("WinMsgDll");    // (1)   
    12.   
    13. }   
    14.   
    15. public native void showMsgBox(String str); // (2)   
    16.   
    17. }  

    (1)中WinMsgDll是动态链接文件的文件名，不用加扩展名，因为在不同的平台下动态链接文件扩展名是不同的，由JVM自动识别，比如在 Solaris下，会被转换为WinMsgDll.so；而Win32环境下会转换为WinMsgDll.dll。这个文件名必须和Step 4中生成的文件名一致。这个文件的存放位置也很重要，它只能被放在JVM属性值java.library.path中指定的文件夹中。这个属性值可以使用 System.getProperty("java.library.path");来查看。一般情况下，至少放在这几个位置是确定可靠的，windows安装目录下的system32下面，JDK安装目录下的bin下面，以及调用主类文件的当前目录。

    (2)中指明了你必须用本地代码实现的方法。

    Step 2：提示符下使用命令javac -d . WinMsgBox.java编译Step 1编写的java文件。

    此时会在当前目录下建立一个edu/netcom/jni目录结构，并且一个WinMsgBox.class文件存在其中。

    Step 3：提示符下使用命令javah -jni edu.netcom.jni.WinMsgBox，此时会在当前目录下产生一个edu_netcom_jni_WinMsgBox.h文件，注意这个文件名是由（包名+类名）组成，中间用（_）隔开。此文件内容如下：

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    1. /* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */  
    2.  
    3. #include <jni.h>                       // (1)  
    4.  
    5. /* Header for class edu_netcom_jni_WinMsgBox */ 
    6.  
    7. #ifndef _Included_edu_netcom_jni_WinMsgBox  
    8.  
    9. #define _Included_edu_netcom_jni_WinMsgBox  
    10.  
    11. #ifdef __cplusplus  
    12.  
    13. extern "C" {  
    14.  
    15. #endif  
    16.  
    17. /*
    19. * Class:     edu_netcom_jni_WinMsgBox
    21. * Method:    showMsgBox
    23. * Signature: (Ljava/lang/String;)V       // (2)
    25. */  
    26.  
    27. JNIEXPORT void JNICALL Java_edu_netcom_jni_WinMsgBox_showMsgBox  
    28.  
    29. (JNIEnv *, jobject, jstring);           // (3) 
    30.  
    31. #ifdef __cplusplus  
    32.  
    33. }  
    34.  
    35. #endif  
    36.  
    37. #endif 
    [cpp] view plain copy
     
    1. /* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */   
    2.   
    3. #include <jni.h>                       // (1)   
    4.   
    5. /* Header for class edu_netcom_jni_WinMsgBox */  
    6.   
    7. #ifndef _Included_edu_netcom_jni_WinMsgBox   
    8.   
    9. #define _Included_edu_netcom_jni_WinMsgBox   
    10.   
    11. #ifdef __cplusplus   
    12.   
    13. extern "C" {   
    14.   
    15. #endif   
    16.   
    17. /*  
    18.  
    19. * Class:     edu_netcom_jni_WinMsgBox  
    20.  
    21. * Method:    showMsgBox  
    22.  
    23. * Signature: (Ljava/lang/String;)V       // (2)  
    24.  
    25. */   
    26.   
    27. JNIEXPORT void JNICALL Java_edu_netcom_jni_WinMsgBox_showMsgBox   
    28.   
    29. (JNIEnv *, jobject, jstring);           // (3)  
    30.   
    31. #ifdef __cplusplus   
    32.   
    33. }   
    34.   
    35. #endif   
    36.   
    37. #endif  

    (1)包含的jni.h存在于JDK安装目录下的include下面。

    (2)(Ljava/lang/String;)V这是函数的标记符，当从本地方法端访问Java端的方法时，会用到这个标记符。JNI中为每种数据类型也定义了标记符，标记符的规则请查看JNI标准文档。

    (3)在WinMsgBox.java中本地方法void showMsgBox(String str);的定义，被映射为JNIEXPORT void JNICALL Java_edu_netcom_jni_WinMsgBox_showMsgBox(JNIEnv *, jobject, jstring); 其中函数名的映射规则是（Java_包名_类名_方法名），如果存在重载的方法，则在后面还会增加每个参数的标记符。每一个方法映射到本地C函数后都会增加两个参数：JNIEnv *和jobject，关于这两个参数的用法将在后面阐述。另外，所有Java中的数据类型都会按一定规则进行映射为本地数据类型，这些数据类型都是在 jni.h中定义的。下面分别按照基本数据类型，和对象类型列出。

    Step 4：使用VC来编写本地方法的实现函数，最后编译成.dll文件。过程如下：

    1) 选择new->projects(选择Win32 Dynamic-Link Library，以Step 1中指定的库名WinMsgDll作为工程名)->OK->An ampty DLL project->Finish。

    2) 选择Tools->Options->Directories(添加目录D:/J2SDK1.4.2_03/INCLUDE和D: /J2SDK1.4.2_03/INCLUDE/WIN32)。在这些目录中包含JNI所需的头文件。

    3) 将Step 3生成的edu_netcom_jni_WinMsgBox.h拷贝到WinMsgDll工程文件夹中。然后FileView中添加这个头文件。

    4) 添加源文件WinMsgDll.cpp，内容如下：

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    1. include "windows.h"  
    2.  
    3. #include "edu_netcom_jni_WinMsgBox.h"  
    4.  
    5. /*
    7. * Class:     edu_netcom_jni_WinMsgBox
    9. * Method:    showMsgBox
    11. * Signature: (Ljava/lang/String;)V
    13. */  
    14.  
    15. JNIEXPORT void JNICALL Java_edu_netcom_jni_WinMsgBox_showMsgBox  
    16.  
    17. (JNIEnv * env, jobject obj, jstring str){  
    18.  
    19. const char *msg;  
    20.  
    21. msg = env->GetStringUTFChars(str,0);  
    22.  
    23. MessageBox(NULL,msg,"Java invoke",MB_OK);  
    24.  
    25. env->ReleaseStringUTFChars(str,msg);  
    26.  
    27. } 
    [cpp] view plain copy
     
    1. include "windows.h"   
    2.   
    3. #include "edu_netcom_jni_WinMsgBox.h"   
    4.   
    5. /*  
    6.  
    7. * Class:     edu_netcom_jni_WinMsgBox  
    8.  
    9. * Method:    showMsgBox  
    10.  
    11. * Signature: (Ljava/lang/String;)V  
    12.  
    13. */   
    14.   
    15. JNIEXPORT void JNICALL Java_edu_netcom_jni_WinMsgBox_showMsgBox   
    16.   
    17. (JNIEnv * env, jobject obj, jstring str){   
    18.   
    19. const char *msg;   
    20.   
    21. msg = env->GetStringUTFChars(str,0);   
    22.   
    23. MessageBox(NULL,msg,"Java invoke",MB_OK);   
    24.   
    25. env->ReleaseStringUTFChars(str,msg);   
    26.   
    27. }  

    5) 编译生成WinMsgBox.dll文件。并将这个.dll文件拷贝到Step 1中说明的目录中。

    注意：

    1) 我们知道dll文件有两种指明导出函数的方法，一种是在.def文件中定义，另一种是在定义函数时使用关键字 __declspec(dllexport)。而在JNI中函数定义中的关键字JNIEXPORT实际在jni_md.h中如下定义，#define JNIEXPORT __declspec(dllexport)，可见JNI默认的导出函数使用第二种。使用第二种方式产生的导出函数名会根据编译器发生变化，在有的情况下会发生找不到导出函数的问题（我们在JSP中使用JNI时就发生了这种问题，百思不得其解，后来强行加入一个.def文件就解决了）。因此最好是使用第一种方法自己定义一个.def文件来指明导出函数，这种情况下会强制使用第一种方式产生导出函数。本例中可以加入一个WinMsgDll.def文件，内容如下：

    LIBRARY      "WinMsgDll"

    DESCRIPTION 'message Windows Dynamic Link Library'

    EXPORTS

        ; Explicit exports can Go here

    Java_edu_netcom_jni_WinMsgBox_showMsgBox

    2) 从本例中，我们可以看到WinMsgBox.java决定了edu_netcom_jni_WinMsgBox.h，而后者又决定了 WinMsgDll.dll，也就是说，这是一个"牵一发而动全身"的过程，如果你改动了WinMsgBox.java，就一定要把整个步骤都走一遍（这一点一定要切记，因为这也是我们跌得鼻青脸肿后才得出的警世良言）。

    3) 生成的.dll文件一定要正确拷贝到Step 1说明的目录中，本例中是将生成的WinMsgDll.dll和Step 5中的测试文件放在同一个目录下的（这也是我们困惑了很久才解决的问题）。

    Step 5：编写一个测试文件来测试对WinMsgDll.dll的调用。测试文件TestJNI.java内容如下：

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    1. //TestJNI.java  
    2.  
    3. import edu.netcom.jni.WinMsgBox;  
    4.  
    5. public class TestJNI  
    6.  
    7. {  
    8.  
    9. public static void main(String[] args){  
    10.  
    11.      WinMsgBox box = new WinMsgBox();  
    12.  
    13.      box.showMsgBox("Wonderful!!");  
    14.  
    15.    }  
    16.  
    17. }  
    [java] view plain copy
     
    1. //TestJNI.java   
    2.   
    3. import edu.netcom.jni.WinMsgBox;   
    4.   
    5. public class TestJNI   
    6.   
    7. {   
    8.   
    9. public static void main(String[] args){   
    10.   
    11.      WinMsgBox box = new WinMsgBox();   
    12.   
    13.      box.showMsgBox("Wonderful!!");   
    14.   
    15.    }   
    16.   
    17. }   

    编译，运行，windows下的对话框跃然屏幕中间。
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