Java jvm級別native關鍵詞、JNI詳解

1.native關鍵詞的引入

　　再完美的編程語言也有自己的不足之處，當然Java也不例外，Java的不足之處除了體現在運行速度（這點往往被一些其他編程語言使用者所詬病）上要比傳統的C++慢許多之外，Java無法直接訪問到操作系統底層（如系統硬件等)，為此Java使用native(原生的)關鍵詞來擴展Java程序的功能。native關鍵字說明其修飾的方法是一個原生態方法，方法對應的實現不是在當前文件，而是在用其他語言（如C和C++）實現的文件中。Java語言本身不能對操作系統底層進行訪問和操作，但是可以通過JNI接口調用其他語言來實現對底層的訪問。JNI是Java Native Interface的縮寫，它提供了若干的API實現了Java和其他語言的通信（主要C&C++）。從Java1.1開始，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編程語言，只要調用約定受支持就可以了。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。例如，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標准至少要保證本地代碼能工作在任何Java 虛擬環境。簡而言之，JNI功能即為：Java和本地代碼間的雙向交互。JNI允許Java代碼使用以其他語言編寫的代碼和代碼庫。Invocation API（JNI的一部分）可以用來將Java虛擬機（JVM）嵌入到本機應用程序中，從而允許程序員從本機代碼內部調用Java代碼。

2.JNI的使用場合

1、JAVA程序和本地程序使用TCP/IP或者IPC進行交互。

2、當用JAVA程序連接本地數據庫時，使用JDBC提供的API。

3、JAVA程序可以使用分布式對象技術，如JAVA IDL API。

這些方案的共同點是，JAVA和C處於不同的線程，或者不同的機器上。這樣，當本地程序崩潰時，不會影響到JAVA程序。

下面這些場合中，同一進程內JNI的使用無法避免：

1、程序當中用到了JAVA API不提供的特殊系統環境才會有的特征。而跨進程操作又不現實。

2、可能想訪問一些己有的本地庫，但又不想付出跨進程調用時的代價，如效率，內存，數據傳遞方面。

3、JAVA程序當中的一部分代碼對效率要求非常高，如算法計算，圖形渲染等。

總之，只有當必須在同一進程中調用本地代碼時，再使用JNI。

3.JNI的書寫步驟

第一步：編寫帶有native聲明的方法的Java類

第二步：使用javac命令編譯編寫的Java類

第三步：使用java -jni 來生成后綴名為.h的頭文件

第四步：使用其他語言（C、C++）實現本地方法

第五步：將本地方法編寫的文件生成動態鏈接庫

第六步：運行程序

4.一個JNI的簡單應用例子（以HelloJNI為例子）

第一步：編寫帶有native聲明的方法的Java類

public class HelloJNI {
    public native void displayHelloJNI();//所有native關鍵詞修飾的都是對本地的聲明
    static {
        System.loadLibrary("hello");//載入本地庫
    }
    public static void main(String[] args) {
        new JNI().displayHelloJNI();
    }
}

聲明native方法：如果想將一個方法做為一個本地方法的話，那么就必須聲明該方法為native，並且不能實現。 Load動態庫：System.loadLibrary("hello");加載動態庫（可以這樣理解：方法 displayHelloJNI()沒有實現，但是在后續步驟中就直接使用了，所以必須在使用之前對它進行初始化），這里一般是以static塊進行加載的。同時需要注意的是System.loadLibrary()的參數“hello”是動態庫的名字。

第二步：使用javac命令編譯編寫的Java類

javac HelloJNI.java

注意：JDK環境變量的配置

第三步：使用java -jni 來生成后綴名為.h的頭文件（ 生成擴展名為h的頭文件javah HelloJNI）

頭文件javah HelloJNI內容如下：

/*DO NOT EDI TTHIS FILE - it is mach inegenerated*/
#include<jni.h>
/*Header for class HelloJNI*/
 
#ifndef_Included_HelloJNI
#define_Included_HelloJNI
#ifdef__cplusplus
extern"C"{
#endif
/*
*Class:HelloJNI
*Method:displayHelloJNI
*Signature:()V
*/
JNIEXPORTvoidJNICALL
Java_HelloJNI_displayHelloJNI(JNIEnv*,jobject);
 
#ifdef__cplusplus
}
#endif
#endif

注意：這個h文件相當於在java里面的接口，這里聲明了一個Java_HelloJNI_displayHelloJNI (JNIEnv *, jobject)方法，然后在本地方法里面實現這個方法，也就是說在編寫C/C++程序的時候所使用的方法名必須和這里的一致

第四步：使用其他語言（C、C++）實現本地方法（編寫本地方法實現和由javah命令生成的頭文件里面聲明的方法名相同的方法）

#include"jni.h"
#include"HelloJNI.h"
 
//#includeotherheaders
 
JNIEXPORT void JNICALL
Java_HelloJNI_displayHelloJNI(JNIEnv*env,jobject obj)
{
printf("HelloJNI!\n");
return;
}

注意：代碼第一行需要將jni.h（該文件可以在%JAVA_HOME%/include文件夾下面找到）文件引入，因為在程序中的JNIEnv、 jobject等類型都是在該頭文件中定義的；另外在第2行需要將HelloJNI.h頭文件引入，然后保存為 HelloJNIImpl.c。

第五步：將本地方法編寫的文件生成動態鏈接庫

這里以在Windows中為例，需要生成dll文件。在保存HelloWorldJNI.c文件夾下面，使用VC的編輯器cl為：cl -I%java_home%\include -I%java_home%\include\win32 -LD HelloJNIImp.c -Fehello.dll 注意：生成的dll文件名在選項-Fe后面配置，這里是hello，因為在HelloJNI.java文件中我們loadLibary的時候使用的名字是hello。當然這里修改之后那里也需要修改。另外需要將-I%java_home%\include -I%java_home%\include\win32參數加上，因為在第四步里面編寫本地方法的時候引入了jni.h文件。

如果配置了MinGW,也可以這樣來編譯：gcc -Wall -D_JNI_IMPLEMENTATION_ -Wl,--kill-at -Id:/java/include –Id:/java/include/win32 -shared -o (輸出的dll文件名，如sum.dll) (輸入的c/c++源文件,如abc.c)。

第六步：運行程序

運行javaHelloJNI;如果用eclipse/myeclipse，需將dll或so文件放在項目下，而不是src及其子目錄下;如果用命令行編譯，把dll文件放在該包的同目錄下。