Java native方法、JNI實例及常見錯誤分析

1.概述

　　今天在看java關於調用本機代碼子程序來獲得較快的執行時間，或者，你希望用一個專用的第三方的庫，例如統計學包。然而，因為Java程序被編譯為字節碼，字節碼有Java運行時系統解釋（或動態編譯），看起來在Java程序中調用本機代碼子程序是不可能。幸運的是，這個結論是錯誤的。Java提供了native關鍵字，該關鍵字用來聲明本機代碼方法。一旦聲明，這些方法可以在Java程序中被調用，就像調用其他Java方法一樣。

2.native關鍵字用法

　　既然Java提供了native方法，那么如何實現呢？native是與C++聯合開發的時候用的！使用native關鍵字說明這個方法是原生函數，也就是這個方法是用C/C++語言實現的，並且被編譯成了DLL，由Java調用。這些函數的實現體在DLL中，JDK的源碼中並不包含，你應該是看不到的。對於不同的平台它們也是不同的。這也是java的底層機制，實際上java就是在不同的平台上調用不同的native方法實現對操作系統的訪問的。總而言之:

1. native是用做java和其他語言(如C++)進行協作時使用，也就是native后的函數的實現不是用java寫的。
2. 既然都不是java，那就別管它的源代碼了，我們只需要知道這個方法已經被實現即可。
3. native的意思就是通知操作系統，這個函數你必須給我實現，因為我要使用。所以native關鍵字的函數都是操作系統實現的，java只能調用。
4. java是跨平台的語言，既然是跨平台，所付出的代價就是犧牲對底層的控制，而java要實現對底層的控制，就需要一些語言的幫助，這個就是native的作用了。

3.JNI簡介

　　native方法是通過java中的JNI實現的。JNI是Java Native Interface的縮寫。從Java1.1開始，Java Native Interface(JNI)標准成為java平台的一部分，它允許Java代碼和其他語言寫的代碼進行交互。JNI一開始是為了本地已編譯語言，尤其是C和C++而設計的，但是它並不妨礙你使用其他語言，只要調用約定受到支持就可以了。使用java與本地已編譯的代碼交互，通常會喪失平台可移植性。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，與硬件、操作系統進行交互，或者為了提高程序的性能。JNI標准至少保證本地代碼能工作在任何Java虛擬機實現下。

　　目前java與dll交互的技術主要有三種：jni、jawin和jacob。JNI(Java Native Interface)是sun提供的java與系統中的原生方法交互的技術(在windows\linux系統中，實現java與native method互調)。目前只能由C/C++實現。后兩個都是sourceforge上的開源項目，同時也都是基於JNI技術的windows系統上的應用庫。Jacob(Java-ComBridge)提供了java程序調用microsoft的com對象中的方法的能力。而除了com對象外，jawin(Java/Win32 integration project)還可以win32-dll動態鏈接庫中的方法。就功能而言：JIN>>jawin>jacob.就易用性而言，正好相反：jacob>jawin>>JNI

　　JVM封裝了各種操作系統實際的差異性的同時，提供了JNI技術，使得開發者可以通過java程序（代碼）調用到操作系統相關的技術實現的函數，從而與其他技術和系統交互，使用其他技術實現的功能；同時其他技術和系統也可以通過jni提供的相應原生接口調用java應用系統內部實現的功能。

　　在windows系統上，一般可執行的應用程序都是基於native的PE結構，windows上的jvm也是基於native結構實現的。Java應用體系都是構建與jvm之上。

　　JNI對於應用本身來說，可以看做一個代理模式。對於開發者來說，需要使用C/C++來實現一個的代理程序（jni程序）來實際操作目標原生函數，java程序中則是JVM通過加載並調用此JNI程序來間接地調用目標原生函數。

4.JNI的書寫步驟

1. 編寫帶有native聲明的方法的java類，生成java文件
2. 使用javac命令編譯所編寫的java類，生成.class文件
3. 使用javah -jni java類名生成擴展名為h的頭文件，也即為生成.h文件。
4. 使用C/C++(或者其他編程語言)實現本地方法，創建.h文件的實現，也就是創建.cpp文件實現.h文件實現的.h文件中的方法。
5. 將C/C++編寫的文件生成動態鏈接庫，生成dll文件

5.JNI實例

　　下列是所有操作都在目錄：D:\Native下進行的，這樣做的好處是便於控制。還有另外一個要求是我們的java類不含包名。不然在使用javah -jni class文件名會提示錯誤：找不到‘class’的類文件。

1. 編寫帶有native聲明的方法的java類：NativeDemo.java.

   public class NativeDemo {
       int i;
       public static void main(String[] args) {
           NativeDemo ob=new NativeDemo();
           
           ob.i=10;
           System.out.println("This is ob.i before the native method:"+
                           ob.i);
           
           ob.test();//call a native method.
           System.out.println("This is ob.i after the native method:"+
                   ob.i);
       }
       
       //declare native method    
       public native void test();
       
       //load DLL that contains static method 
       static{
           System.loadLibrary("NativeDemo");
       }
       
       
   }

   在編寫的Java類時候，一定要注意不要帶包名。尤其用eclipse時候自動添加包名。

2. 使用javac命令編譯所編寫的java類：D:\Native>javac NativeDemo.java。執行完上述命令以后生成D:\Native\NativeDemo.class
3. 使用javah -jni java類名生成擴展名為h的頭文件：D:\Native>javah -jni NativeDemo。執行完上述命令以后生成D:\Native\NativeDemo.h文件，該文件內容如下：

   /* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
   #include <jni.h>
   /* Header for class NativeDemo */
   
   #ifndef _Included_NativeDemo
   #define _Included_NativeDemo
   #ifdef __cplusplus
   extern "C" {
   #endif
   /*
    * Class:     NativeDemo
    * Method:    test
    * Signature: ()V
    */
   JNIEXPORT void JNICALL Java_NativeDemo_test
     (JNIEnv *, jobject);
   
   #ifdef __cplusplus
   }
   #endif
   #endif

   這個h文件相當於我們在java里面的接口，這里聲明了一個Java_NativeDemo_test(JNIEnv *, jobject).方法，然后在我們的　　　　 本地方法里面實現這個方法，也就是說我們在編寫C/C++程序的時候所使用的方法名必須和這里一致。

4. 使用C/C++實現本地方法：創建NativeDemo.c,代碼如下所示：

   *This file contains the C version of the test() method*/
   #include<jni.h>
   #include "NativeDemo.h"
   #include <stdio.h>
   
   JNIEXPORT void JNICALL Java_NativeDemo_test(JNIEnv *env,jobject obj)
   {
       jclass cls;
       jfieldID fid;
       jint i;
       
       printf("Starting the native method.\n");
       cls=(*env)->GetObjectClass(env, obj);
       fid=(*env)->GetFieldID(env, cls, "i","I");
       
       if(fid==0){
           printf("Could not get field id.\n");
           return;
       }
       
       i=(*env)->GetIntField(env ,obj,fid);
       printf("i=%d\n",i);
       (*env)->SetIntField(env,obj,fid,2*i);
       printf("Ending the native method.\n");
       
   }

   
    

5. 將C/C++編寫的文件生成動態連接庫：將D:\Program Files\Java\jdk1.7.0_07\include\jni.h和D:\Program Files\Java\jdk1.7.0_07\include\win32\jni_md.h這個兩個文件拷貝到D:\Native\目錄下。
6. 執行cl/LD: D:\Native\NativeDemo.c得到NativeDemo.dll文件。這里要用到visual studio 2010,要使用其中的cl命令，必須打開visual studio命令行，如下圖所示：

　　如果你電腦是32操作系統，就選用紅色方框進行編譯，如果64位操作系統選擇紅色方框下面那個進行編譯。具體操作如下：

　　執行完上述命令后，在D:\Program Files\Microsoft Visual Studio 10.0\VC可以看到生成的四個文件，分別是：

• NativeDemo.dll
• NativeDemo.exp
• NativeDemo.lib
• NativeDemo.obj

　　將其中的NativeDemo.dll拷貝到D:\Native\目錄下。

　　7.執行class得到結果

　　在cmd中運行：在D:\Native\目錄下：java NativeDemo 。運行結果如圖所示。

7.注意事項：

1. java源文件不要帶有包名。我測試沒有包名可以順利生成h文件。java源文件帶有包名在生成h文件時候，提示錯誤找不到“class類名”的類文件。
2. 在將jni.h和jni_md.h拷貝到D:\Native\目錄下，編譯時候出現錯誤：fatal error C1083:Cannot open include file:'jni.h'。這時候解決辦法是：將D:\Program Files\Java\jdk1.7.0_07\include\jni.h、D:\Program Files\Java\jdk1.7.0_07\include\win32\jawt_md.h、D:\Program Files\Java\jdk1.7.0_07\include\win32\jni_md.h拷貝到D:\Program Files\Microsoft Visual Studio 10.0\VC\include\目錄下就可以完美解決這個問題。
3. 在使用visual studio 2010命令提示符時候選擇相對應的32/64操作系統下進行編譯。否則會出現報錯。

8.參考資料：

　　http://blog.csdn.net/xw13106209/article/details/6989415