什么是JNI
本篇内容主要讲解“什么是JNI”,感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷,实用性强。下面就让小编来带大家学习“什么是JNI”吧!
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首先回顾一下jni
的主要功能,从jdk1.1开始jni
标准就成为了java平台的一部分,它提供的一系列的API允许java和其他语言进行交互,实现了在java代码中调用其他语言的函数。通过jni
的调用,能够实现这些功能:
通常情况下我们一般使用jni
用来调用c或c++中的代码,在上一篇文章中我们用了下面的流程来描述了native
方法的调用过程:
Java Code -> JNI -> C/C++ Code
但是准确的来说这一过程并不严谨,因为最终被执行的不是原始的c/c++代码,而是被编译连接后的动态链接库。因此我们将这个过程从单纯的代码调用层面上进行升级,将jni
的调用过程提高到了jvm和操作系统的层面,来加点细节进行一下完善:
看到这里,可能有的小伙伴就要提出疑问了,不是说java语言是跨平台的吗,这种与操作系统本地编译的动态链接库进行的交互,会不会使java失去跨平台的可移植性?
针对这一问题,大家可以回想一下以前安装jdk的经历,在官网的下载列表中提供了各个操作系统的不同版本jdk,例如windows
、linux
、mac os
版本等等,在这些jdk中,针对不同系统有着不同的jvm实现。而java语言的跨平台性恰好是和它底层的jvm密不可分的,正是依靠不同的操作系统下不同版本jvm的“翻译”工作,才能使编译后的字节码在不同的平台下畅通无阻的运行。
在不同操作系统下,c/c++或其他代码生成的动态链接库也会有差异,例如在window平台下会编译为dll
文件,在linux平台下会编译为so
文件,在mac os下会编译为jnilib
文件。而不同平台下的jvm,会“约定俗成”的去加载某个固定类型的动态链接库文件,使得依赖于操作系统的功能可以被正常的调用,这一过程可以参考下面的图来进行理解:
在对jni
的整体调用流程有了一定的了解后,对于它如何调用其他语言中的函数这一过程,你是否也会好奇它是怎样实现的,下面我们就通过手写一个java程序调用c++代码的例子,来理解它的调用过程。
1、准备java代码
首先定义一个包含了native
方法的类如下,之后我们要使用这个类中的native
方法通过jni
调用c++编写成的动态链接库中的方法:
public class JniTest { static{ System.loadLibrary("MyNativeDll"); } public static native void callCppMethod(); public static void main(String[] args) { System.out.println("DLL path:"+System.getProperty("java.library.path")); callCppMethod(); } }
在代码中主要完成了以下工作:
在静态代码块中,调用
loadLibrary
方法加载本地的动态链接库,参数为不包含扩展名的动态链接库库文件名。在window平台下会加载dll
文件,在linux平台下会加载so
文件,在mac os下会加载jnilib
文件声明了一个
native
方法,native
关键字负责通知jvm这里调用方法的是本地方法,该方法在外部被定义在
main
方法中,打印加载dll
文件的路径,并调用本地方法
2、生成头文件
在使用c/c++来实现本地方法时,需要先创建.h
头文件。简单的来说,c/c++程序通常由头文件(.h
)和定义文件(.c
或.cpp
)组成,头文件包含了功能函数、数据接口的声明,而定义文件用于书写程序的实现。
在jdk8中可以直接使用javac -h
指令生成c/c++语言中的头文件。如果你使用的是较早版本的jdk,需要在执行javac
编译完成class
文件后,再执行javah -jni
生成c/c++风格的头文件(在jdk10的新特性中已经删除了javah
这一指令)。我们使用的jdk8简化了这一步骤,使其可以一步完成,在命令行窗口下执行命令:
javac -h ./jni JniTest.java
指令中使用 -h
参数指定放置生成的头文件的位置,最后的参数是java源文件的名称。在这个过程中完成了两件工作,首先生成class
文件,其次在参数指定的目录下生成头文件。生成的头文件com_cn_jni_JniTest.h
内容如下:
/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */ #include/* Header for class com_cn_jni_JniTest */ #ifndef _Included_com_cn_jni_JniTest #define _Included_com_cn_jni_JniTest #ifdef __cplusplus extern "C" { #endif /* * Class: com_cn_jni_JniTest * Method: callCppMethod * Signature: ()V */ JNIEXPORT void JNICALL Java_com_cn_jni_JniTest_callCppMethod (JNIEnv *, jclass); #ifdef __cplusplus } #endif #endif
生成的头文件和大家熟悉的 java接口有些相似,只有函数的声明而没有具体实现。简单的解释一下头文件中的代码:
extern "C"
告诉编译器,这部分代码使用C语言规则来进行编译JNIEXPORT
和JNICALL
是jni
中定义的两个宏,使用JNIEXPORT
支持在外部程序代码中调用该动态库中的方法,使用JNICALL
定义函数调用时参数的入栈出栈约定函数名称由包名+类名+方法名组成,在该方法中有两个参数,通过第一个参数
JNIEnv *
的对象可以调用jni.h
中封装好的大量函数 ,第二个参数代表着native
方法的调用者,当java代码中定义的native
方法是静态方法时这里的参数是jclass
,非静态方法的参数是jobject
接下来我们创建一个cpp
文件,引用头文件并实现其中的函数,也就是native
方法将要实际执行的逻辑:
#include "com_cn_jni_JniTest.h" #includeJNIEXPORT void JNICALL Java_com_cn_jni_JniTest_callCppMethod (JNIEnv *, jclass) { printf("Print From Cpp: \n"); printf("I am a cpp method ! \n"); }
在方法的实现中加入简单的printf
打印语句,在完成方法的实现后,我们需要将上面的cpp
文件编译为动态链接库,提供给java中的native
方法调用,因此下面需要在window环境下安装gcc
环境。
3、gcc环境安装
在window环境下,如果你不希望为了生成一个dll
就去下载体积庞大的的Visual Studio
的话,MinGW
是一个不错的选择,简单的说它就是一个windows版本下的gcc
。那么估计有的同学又要问了,gcc
是什么?简单的来说就是linux系统下C/C++
的编译器,通过它可以将源代码编译成可执行程序。首先从下面的网址下载mingw-get-setup
的安装程序:
http://sourceforge.net/projects/mingw/ #32位 https://sourceforge.net/projects/mingw-w64/ #64位
需要注意,一定要按照系统位数安装对应的版本,否则后面生成的dll
在运行时就可能会因位数不匹配而报错,我在实验的过程中第一次就错误安装了32位的MinGw
,导致了在程序运行过程中报了下面错误:
Exception in thread "main" java.lang.UnsatisfiedLinkError: F:\Workspace20\unsafe-test\src\main\java\com\cn\jni\jni\MyNativeDll.dll: Can't load IA 32-bit .dll on a AMD 64-bit platform
安装完成后,将MinGW\bin
目录加入系统环境变量PATH
,输入下面的指令测试gcc
是否可以使用:
gcc -v
如果能够正常输出gcc
的版本信息,说明gcc
安装成功:
在测试的过程中发现,如果安装的是64位的mingw
,那么在安装完成后gcc
就已经直接可以可用。但是如果安装的是32位的mingw
,需要使用下面的命令单独安装gcc
:
mingw-get install gcc
gcc
安装完成后,如果还想安装gdb
或make
等其他指令进行调试或编译,同样可以使用强大的mingw-get
命令进行独立安装。
4、生成动态链接库
在gcc
环境准备好的条件下,接下来使用下面的命令生成dll
动态链接库:
gcc -m64 -Wl,--add-stdcall-alias -I"D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_261\include" -I"D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_261\include\win32" -shared -o MyNativeDll.dll JniTestImpl.cpp
简单的解释一下各个参数的含义:
-m64
:将cpp代码编译为64位的应用程序-Wl,--add-stdcall-alias
:-Wl
表示将后面的参数传递给连接程序,参数--add-stdcall-alias
表示带有标准调用后缀@NN
的符号会被剥掉后缀后导出-I
:指定头文件的路径,在生成的头文件代码中引入的jni.h
就在这个目录下-shared
:指定生成动态链接库,如果不使用这个标志那么外部程序将无法连接-o
:指定目标的名称,这里将生成的动态链接库命名为MyNativeDll.dll
JniTestImpl.cpp
:被编译的源程序文件名
在指令的执行过程中,都做了什么事呢,可以参考下面这张图:
在执行过程中,以.cpp
源代码和.h
头文件作为源文件,先进行了预处理、编译、汇编的操作,图中省略了这一阶段产生的一些中间文件,编译完成后生成的.o
二进制文件相对重要,依赖这个文件,最终生成动态链接库。
在执行了上面的指令后,就会在当前目录下生成一个MyNativeDll.dll
文件,再运行之前准备好的java代码:
程序报错,这是因为在默认的载入库文件的目录下没有找到我们的dll
文件。有两种方式可以解决:
直接将
dll
文件拷贝到默认的加载目录下,具体的路径可以通过System.getProperty("java.library.path")
获取,该方法可能会获得多个目录,放在任意一个目录下即可是在
VM Option
中修改启动参数,指定dll
的存放目录:
-Djava.library.path=F:\Workspace20\unsafe-test\src\main\java\com\cn\jni\jni
再次执行,输出结果:
DLL path:F:\Workspace20\unsafe-test\src\main\java\com\cn\jni\jni Print From Cpp: I am a cpp method !
可以看到程序加载dll
的路径已经切换成了它的存放路径,并且通过jni
调用成功,输出了在c++中的代码逻辑。可以用下面的图来总结上面实现jni
调用的过程:
在对jni
的调用有了一个整体的了解后,如果大家对代理模式比较熟悉的话,也可以从代理模式的角度来理解jni
,将jni
调用过程中的各个角色带入到代理模式中:
代理角色:包含
native
方法的jni
类实现角色:c/c++或其他语言实现的动态链接库
客户端:调用
native
方法的java类程序接口(抽象角色):在
jni
中接口这一角色的存在感相对薄弱,因为jni
是跨语言的,所以说无法严格的定义一个接口并让它同时应用于java和其他语言。但是通过生成的.h
头文件,在一定程度上实现了从接口规范上统一了java中native
方法和其他语言中的函数
以代理模式的概述图来进行描述:
上图在标准代理模式的基础上做了一些修改以便于理解,因为这里的接口只做规范约束作用,所以让客户端的调用过程跳过了接口,直接指向了代理角色,再由代理角色调用实现角色完成功能的调用。总的来说,jni
起到了一个代理或中介的作用,与常见代理不同的是这里只做方法的调用,而不实现逻辑上的增强。通过这一模式,向java程序员隐藏了底层c/c++代码的实现细节,让我们专注于业务代码的编写即可。
到此,相信大家对“什么是JNI”有了更深的了解,不妨来实际操作一番吧!这里是创新互联网站,更多相关内容可以进入相关频道进行查询,关注我们,继续学习!
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