如何在Linux平台下使用JNI提高Java效率

Java的出现给大家开发带来的极大的方便但是如果我们有大量原有的经过广泛测试的非Java代码将它们全部用Java来重写恐怕会带来巨大的工作量和长期的测试如果我们的应用中需要访问到特定的设备甚至是仅符合公司内部信息交互规范的设备或某个特定的操作系统才有的特性Java就显得有些力不从心了面对这些问题Sun公司在JDK中就定义了JNI规范它规定了Java应用程序对本地方法的调用规则

实现步骤及相关函数使用

本文将一步步说明在Linux平台下如何实现本地共享库与Java协同工作Hello World程序是目前标准的入门第一步那么我也以类似的应用最为样例

第一步定义一个 Java 类 Hello 它提供SayHello方法

此时应注意两点

为要使用的每个本地方法编写本地方法声明其声明方式与普通Java方法接口没什么不同只是必须指定 native 关键字如下所示

public native void SayHello(String strName);

在这个函数中我们将根据传进的人名向某人问好

必须显式地加载本地代码库我们需在类的一个静态块中加载这个库

static

{

SystemloadLibrary(hello);

}

再加上必要的异常处理就生成如下源文件Hellojava

public class Hello

{

static

{

try

{

//此处即为本地方法所在链接库名

SystemloadLibrary(hello);

}

catch(UnsatisfiedLinkError e)

{

Systemerrprintln

( Cannot load hello library:\n +

etoString() );

}

}

public Hello()

{

}

//声明的本地方法

public native void SayHello(String strName);

}

编译后生成Helloclass文件

第二步生成本地链接库具体过程如下

要为以上定义的类生成 Java 本地接口头文件需使用javahJava 编译器的 javah 功能将根据Hello类生成必要的声明此命令将生成Helloh文件我们在共享库的代码中要包含它javah不使默认内部命令需要指明路径它在JDK的bin目录下在我的Linux环境下命令如下

/home/jbuilder/jdk/bin/javah Hello

生成的Helloh 文件 内容如下所示

/* DO NOT EDIT THIS FILE

it is machine generated */

#include

/* Header for class Hello */

#ifndef _Included_Hello

#define _Included_Hello

#ifdef __cplusplus

extern C {

#endif

/*

* Class: Hello

* Method:SayHello

* Signature: (Ljava/lang/String;)V

*/

JNIEXPORT void JNICALL Java_Hello_SayHello

(JNIEnv * jobject jstring);

#ifdef __cplusplus

}

#endif

#endif

在与Helloh相同的路径下创建一个CPP文件Hellocpp内容如下

#include Helloh

#include

//与Helloh中函数声明相同

JNIEXPORT void JNICALL Java_Hello_SayHello

(JNIEnv * env jobject arg jstring instring)

{

//从instring字符串取得指向字符串UTF编码的指针

const jbyte *str =

(const jbyte *)env>GetStringUTFChars

( instring JNI_FALSE );

printf(Hello%s\nstr);

//通知虚拟机本地代码不再需要通过str访问Java字符串

env>ReleaseStringUTFChars

( instring (const char *)str );

return;

}

所有的JNI调用都使用了JNIEnv*类型的指针习惯上在CPP文件中将这个变量定义为evn它是任意一个本地方法的第一个参数env指针指向一个函数指针表在VC中可以直接用>操作符访问其中的函数

jobject 指向在此 Java 代码中实例化的 Java 对象 LocalFunction的一个句柄相当于this指针后续的参数就是本地调用中有Java程序传进的参数本例中只有一个String型参数对于字符串型参数因为在本地代码中不能直接读取Java字符串而必须将其转换为C/C++字符串或Unicode以下是三个我们经常会用到的字符串类型处理的函数

参数array 数组对象

isCopy 如果进行拷贝指向以JNI_TRUE填充的jboolean否则指向以JNI_FALSE填充的jboolean

例如 jboolean * GetBooleanArrayElements(jbooleanArray array jboolean *isCopy)

void ReleaseXxxArrayElements(xxxArray arrayxxx *elems jint mode)

通知虚拟机不再需要从GetXxxArrayElements得到的指针

参数array 数组对象

elems 不再需要的指向数组元素的指针

mode ＝在更新数组元素后释放elems缓沖器

JNI_COMMIT＝在更新数组元素后不释放elems缓沖器

JNI_ABORT＝不更新数组元素释放elems缓沖器

例如void ReleaseBooleanArrayElements(jbooleanArray arrayjboolean *elems jint mode)

xxxArray NewXxxArray(jsize len)

产生一个新的数组通常在反值类型为数组型时用到

参数len 数组中元素的个数

例如jbooleanArray NewBooleanArray(jsize len)

编译生成共享库

使用GCC时必须通知编译器在何处查找此Java本地方法的支持文件并且显式通知编译器生成位置无关的代码在我的环境中按如下过程编译

gccI/home/jbuilder/jdk/includeI/home

/jbuilder/jdk/include/linux fPIC c Helloc

生成Helloo

gcc shared Wlsonamelibhelloso

o libhelloso Helloo

生成libhelloso

接下来将生成的共享库拷贝为标准文件名

cp libhelloso libhelloso

最后通知动态链接程序此共享文件的路径

export LD_LIBRARY_PATH=`pwd`

:$LD_LIBRARY_PATH

编写一个简单的Java程序来测试我们的本地方法

将如下源码存为ToSayjava

import Hello;

import javautil*;

public class ToSay

{

public static void main(String argv[])

{

ToSay say = new ToSay();

}

public ToSay()

{

Hello h = new Hello();

//调用本地方法向John问好

hSayHello(John);

}

}

用javac编译ToSayjava生成ToSayclass向执行普通Java程序一样使用java ToSay我们会看到在屏幕上出现HelloJohn到这里我们就将整个的本地调用编写过程大概浏览了一遍

应用中注意事项

．如果可以通过TCP/IP实现Java代码与本地C/C++代码的交互工作那么最好不使用以上提到的JNI的方式因为一次JNI调用非常耗时大概要花～个毫秒

．在一个Applet应用中不要使用JNI因为在 applet 中可能引发安全异常

．将所有本地方法都封装在单个类中这个类调用单个 DLL对于每种目标操作系统都可以用特定于适当平台的版本替换这个 DLL这样就可以将本地代码的影响减至最小并有助于将以后所需的移植问题包含在内

．本地方法要简单尽量将生成的DLL 对任何第三方运行时 DLL 的依赖减到最小使本地方法尽量独立以将加载DLL 和应用程序所需的开销减到最小如果必须要运行时 DLL则应随应用程序一起提供它们

．本地代码运行时没有有效地防数组越界错误错误指针引用带来的间接错误等所以必须保证保证本地代码的稳定性因为丝毫的错误都可能导致Java虚拟机崩溃

结束语

JNI调用规范给我们复用原有其它语言的代码提供了简单易用的接口可以节省大量的财力使我们可以在享受Java带来的开发速度的同时不必放弃旧有资源

const char* GetStringUTFChars

(jstring stringjboolean* isCopy)

返回指向字符串UTF编码的指针如果不能创建这个字符数组返回null这个指针在调用ReleaseStringUTFChar()函数之前一直有效

参数string Java字符串对象

isCopy 如果进行拷贝指向以JNI_TRUE填充的jboolean否则指向以JNI_FALSE填充的jboolean

void ReleaseStringUTFChars(jstring str const char* chars)

通知虚拟机本地代码不再需要通过chars访问Java字符串

参数string Java字符串对象

chars 由GetStringChars返回的指针

jstring NewStringUTF(const char *utf)

返回一个新的Java字符串并将utf内容拷贝入新串如果不能创建字符串对象

返回null通常在反值类型为string型时用到

参数utf UTF编码的字符