Java中的native关键字与JNI

一、先说一下大致的意思：

　　jdk提供的类库源代码中有一些方法没有实现，这些方法前有native关键字，如object类中的 ：

native Object clone() throws CloneNotSupportedException; 
public final native Class getClass();  

　　使用native关键字说明这个方法是原生函数，也就是这个方法是用C/C++语言实现的，并且被编译成了DLL，由java去调用。 这些函数的实现体在DLL中，JDK的源代码中并不包含，你应该是看不到的。对于不同的平台它们也是不同的。这也是java的底层机制，实际上java就是在不同的平台上调用不同的native方法实现对操作系统的访问的。

　　native的意思就是通知操作系统，这个函数你必须给我实现，因为我要使用。 所以native关键字的函数都是操作系统实现的， java只能调用。

二、详解native关键字：　

 1. 什么是Native Method
　　简单地讲，一个Native Method就是一个java调用非java代码的接口。一个Native Method是这样一个java的方法：该方法的实现由非java语言实现，比如C。这个特征并非java所特有，很多其它的编程语言都有这一机制，比如在C＋＋中，你可以用extern "C"告知C＋＋编译器去调用一个C的函数。
   "A native method is a Java method whose implementation is provided by non-java code."
   在定义一个native method时，并不提供实现体（有些像定义一个java interface），因为其实现体是由非java语言在外面实现的。，下面给了一个示例：   

package java.lang; 
public class Object { 
    ......
    public final native Class<?> getClass(); 
    public native int hashCode(); 
    protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException; 
    public final native void notify(); 
    public final native void notifyAll(); 
    public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException; 
    ......
} 

        标识符native可以与所有其它的java标识符连用，但是abstract除外。这是合理的，因为native暗示这些方法是有实现体的，只不过这些实现体是非java的，但是abstract却显然的指明这些方法无实现体。native与其它java标识符连用时，其意义同非Native Method并无差别。

    一个native method方法可以返回任何java类型，包括非基本类型，而且同样可以进行异常控制。这些方法的实现体可以自制一个异常并且将其抛出，这一点与java的方法非常相似。
    native method的存在并不会对其他类调用这些本地方法产生任何影响，实际上调用这些方法的其他类甚至不知道它所调用的是一个本地方法。JVM将控制调用本地方法的所有细节。

    如果一个含有本地方法的类被继承，子类会继承这个本地方法并且可以用java语言重写这个方法（这个似乎看起来有些奇怪），同样的如果一个本地方法被fianl标识，它被继承后不能被重写。
   本地方法非常有用，因为它有效地扩充了jvm.事实上，我们所写的java代码已经用到了本地方法，在sun的java的并发（多线程）的机制实现中，许多与操作系统的接触点都用到了本地方法，这使得java程序能够超越java运行时的界限。有了本地方法，java程序可以做任何应用层次的任务。

2.为什么要使用Native Method
   java使用起来非常方便，然而有些层次的任务用java实现起来不容易，或者我们对程序的效率很在意时，问题就来了。
   与java环境外交互：
   有时java应用需要与java外面的环境交互。这是本地方法存在的主要原因，你可以想想java需要与一些底层系统如操作系统或某些硬件交换信息时的情况。本地方法正是这样一种交流机制：它为我们提供了一个非常简洁的接口，而且我们无需去了解java应用之外的繁琐的细节。
   与操作系统交互：
   JVM支持着java语言本身和运行时库，它是java程序赖以生存的平台，它由一个解释器（解释字节码）和一些连接到本地代码的库组成。然而不管怎样，它毕竟不是一个完整的系统，它经常依赖于一些底层（underneath在下面的）系统的支持。这些底层系统常常是强大的操作系统。通过使用本地方法，我们得以用java实现了jre的与底层系统的交互，甚至JVM的一些部分就是用C写的，还有，如果我们要使用一些java语言本身没有提供封装的操作系统的特性时，我们也需要使用本地方法。
    Sun's Java
    Sun的解释器是用C实现的，这使得它能像一些普通的C一样与外部交互。jre大部分是用java实现的，它也通过一些本地方法与外界交互。例如：类java.lang.Thread 的 setPriority()方法是用java实现的，但是它实现调用的是该类里的本地方法setPriority0()。这个本地方法是用C实现的，并被植入JVM内部，在Windows 95的平台上，这个本地方法最终将调用Win32 SetPriority() API。这是一个本地方法的具体实现由JVM直接提供，更多的情况是本地方法由外部的动态链接库（external dynamic link library）提供，然后被JVM调用。

3.JVM怎样使Native Method跑起来：
    我们知道，当一个类第一次被使用到时，这个类的字节码会被加载到内存，并且只会回载一次。在这个被加载的字节码的入口维持着一个该类所有方法描述符的list，这些方法描述符包含这样一些信息：方法代码存于何处，它有哪些参数，方法的描述符（public之类）等等。
    如果一个方法描述符内有native，这个描述符块将有一个指向该方法的实现的指针。这些实现在一些DLL文件内，但是它们会被操作系统加载到java程序的地址空间。当一个带有本地方法的类被加载时，其相关的DLL并未被加载，因此指向方法实现的指针并不会被设置。当本地方法被调用之前，这些DLL才会被加载，这是通过调用java.system.loadLibrary()实现的。
  
   最后需要提示的是，使用本地方法是有开销的，它丧失了java的很多好处。如果别无选择，我们可以选择使用本地方法。 

可以将native方法比作Java程序同Ｃ程序的接口，其实现步骤：
１、在Java中声明native()方法，然后编译；
２、用javah产生一个.h文件；
３、写一个.cpp文件实现native导出方法，其中需要包含第二步产生的.h文件（注意其中又包含了JDK带的jni.h文件）；
４、将第三步的.cpp文件编译成动态链接库文件；
５、在Java中用System.loadLibrary()方法加载第四步产生的动态链接库文件，这个native()方法就可以在Java中被访问了。 

具体实现方法可以从网上查找，这里就不写了

不过，又引出两个东西：javah.exe命令和JNI 

自己写了一个调用VB的DLL的例子，不过还没写完，调用函数部分不会写，只写了加载DLL的过程

JAVA部分：

public class TestNativeMothod {
    public static void main(String[] args) {        
        //PROCESS LOGIC        
    }
    
    public native String callNativeMothod();    
    static { 
        System.loadLibrary("TestNativeMethodProj");
    }
}

VB部分：

Option Explicit
Public Function callNativeMothod() As String
    callNativeMothod = "This is a method implemented by VB"
End Function

三、JNI的使用步骤

JNI（Java Native Interface）的书写步骤

      ·编写带有native声明的方法的java类
      ·使用javac命令编译所编写的java类
      ·使用javah ?jni java类名生成扩展名为h的头文件
      ·使用C/C++（或者其他编程想语言）实现本地方法
      ·将C/C++编写的文件生成动态连接库

1) 编写java程序：
　　这里以HelloWorld为例。
　　代码1：

class HelloWorld {
public native void displayHelloWorld();
　　static {
　　　　System.loadLibrary("hello");
　　}
　　public static void main(String[] args) {
　　　　new HelloWorld().displayHelloWorld();
　　}
}

　　声明native方法：如果你想将一个方法做为一个本地方法的话，那么你就必须声明改方法为native的，并且不能实现。其中方法的参数和返回值在后面讲述。

　　Load 动态库：System.loadLibrary("hello");加载动态库（我们可以这样理解：我们的方法displayHelloWorld()没 有实现，但是我们在下面就直接使用了，所以必须在使用之前对它进行初始化）这里一般是以static块进行加载的。同时需要注意的是 System.loadLibrary();的参数“hello”是动态库的名字。
main()方法

2) 编译没有什么好说的了
　　javac HelloWorld.java
3) 生成扩展名为h的头文件
　　javah ?jni HelloWorld
头文件的内容：

/* 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

（这 里我们可以这样理解：这个h文件相当于我们在java里面的接口，这里声明了一个Java_HelloWorld_displayHelloWorld (JNIEnv *, jobject);方法，然后在我们的本地方法里面实现这个方法，也就是说我们在编写C/C++程序的时候所使用的方法名必须和这里的一致）。
4) 编写本地方法
实现和由javah命令生成的头文件里面声明的方法名相同的方法。
代码2：

#include 
#include "HelloWorld.h"
#include

JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloWorld_displayHelloWorld(JNIEnv *env, jobject obj) 
{
    printf("Hello world!
");
    return;
}

　　注 意代码2中的第1行，需要将jni.h（该文件可以在%JAVA_HOME%/include文件夹下面找到）文件引入，因为在程序中的JNIEnv、 jobject等类型都是在该头文件中定义的；另外在第2行需要将HelloWorld.h头文件引入（我是这么理解的：相当于我们在编写java程序的 时候，实现一个接口的话需要声明才可以，这里就是将HelloWorld.h头文件里面声明的方法加以实现。当然不一定是这样）。然后保存为 HelloWorldImpl.c就 ok了。
5) 生成动态库
　　这里以在Windows中为例，需要生成dll文件。在保存HelloWorldImpl.c文件夹下面，使用VC的编译器cl成。
　　cl -I%java_home%include -I%java_home%includewin32 -LD HelloWorldImp.c -Fehello.dll
　　注 意：生成的dll文件名在选项-Fe后面配置，这里是hello，因为在HelloWorld.java文件中我们loadLibary的时候使用的名字 是hello。当然这里修改之后那里也需要修改。另外需要将-I%java_home%include -I%java_home%includewin32参数加上，因为在第四步里面编写本地方法的时候引入了jni.h文件。

6) 运行程序
　　java HelloWorld就ok。

JNI（Java Native Interface）调用中考虑的问题

      在首次使用JNI的时候有些疑问，后来在使用中一一解决，下面就是这些问题的备忘：

      1。 java和c是如何互通的？
      其实不能互通的原因主要是数据类型的问题，jni解决了这个问题，例如那个c文件中的jstring数据类型就是java传入的String对象，经过jni函数的转化就能成为c的char*。
      对应数据类型关系如下表：
        Java 类型 本地c类型 说明
        boolean jboolean 无符号，8 位
        byte jbyte 无符号，8 位
        char jchar 无符号，16 位
        short jshort 有符号，16 位
        int jint 有符号，32 位
        long jlong 有符号，64 位
        float jfloat 32 位
        double jdouble 64 位
        void void N/A

      2. 如何将java传入的String参数转换为c的char*，然后使用?
java 传入的String参数，在c文件中被jni转换为jstring的数据类型，在c文件中声明char* test，然后test = (char*)(*env)->GetStringUTFChars(env, jstring, NULL);注意：test使用完后，通知虚拟机平台相关代码无需再访问：(*env)->ReleaseStringUTFChars(env, jstring, test);

      3. 将c中获取的一个char*的buffer传递给java？
这个char*如果是一般的字符串的话，作为string传回去就可以了。如果是含有’’的buffer，最好作为bytearray传出，因为可以制定copy的length，如果copy到string，可能到’’就截断了。
      有两种方式传递得到的数据：
      一种是在jni中直接new一个byte数组，然后调用函数(*env)->SetByteArrayRegion(env, bytearray, 0, len, buffer);将buffer的值copy到bytearray中，函数直接return bytearray就可以了。
      一种是return错误号，数据作为参数传出，但是java的基本数据类型是传值，对象是传递的引用，所以将这个需要传出的byte数组用某个类包一下，如下：

class RetObj{
    public byte[] bytearray;
}

 

这个对象作为函数的参数retobj传出，通过如下函数将retobj中的byte数组赋值便于传出。代码如下：

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. 不知道占用多少空间的buffer，如何传递出去呢？
      在jni的c文件中new出空间，传递出去。java的数据不初始化，指向传递出去的空间即可。