java 如何用jni

Java 可以通过 JNI（Java Native Interface）与本地代码进行交互。JNI 使 Java 程序能够调用和被调用本地应用程序和库。JNI 提供了一种机制，通过它可以在运行时动态地调用本地方法，而无需重新编译整个应用程序。使用 JNI 的主要步骤包括：声明本地方法、生成头文件、实现本地方法以及加载本地库。接下来，将详细介绍这些步骤。

一、声明本地方法

在 Java 中声明本地方法需要使用 native 关键字。以下是一个简单的例子：

public class MyClass {

    // 声明本地方法
    public native void myNativeMethod();
    static {
        // 加载本地库
        System.loadLibrary("MyNativeLib");
    }
    public static void main(String[] args) {
        MyClass obj = new MyClass();
        obj.myNativeMethod();
    }
}

在这个例子中，我们声明了一个名为 myNativeMethod 的本地方法。System.loadLibrary 方法用于加载包含本地方法实现的本地库。

二、生成头文件

接下来，需要使用 javah 工具生成包含本地方法声明的头文件。假设上面的 Java 类文件名为 MyClass.java，可以使用以下命令生成头文件：

javac MyClass.java

javah -jni MyClass

这将生成一个名为 MyClass.h 的头文件，其中包含 myNativeMethod 的声明。

三、实现本地方法

接下来，需要在 C 或 C++ 中实现这些本地方法。以下是一个示例的 C 代码实现：

#include <jni.h>

#include "MyClass.h"
#include <stdio.h>
JNIEXPORT void JNICALL Java_MyClass_myNativeMethod(JNIEnv *env, jobject obj) {
    printf("Hello from native code!n");
}

在这个例子中，我们实现了 Java_MyClass_myNativeMethod 函数，该函数将打印一条消息到控制台。

四、编译本地代码

接下来，需要编译本地代码以生成共享库。在 Linux 上，可以使用以下命令：

gcc -shared -o libMyNativeLib.so -I${JAVA_HOME}/include -I${JAVA_HOME}/include/linux MyClass.c

在 Windows 上，可以使用类似的命令，但文件扩展名将是 .dll。

gcc -shared -o MyNativeLib.dll -I"%JAVA_HOME%include" -I"%JAVA_HOME%includewin32" MyClass.c

五、加载和调用本地方法

回到我们的 Java 代码，当 System.loadLibrary("MyNativeLib") 被调用时，Java 虚拟机将加载我们编译的本地库。然后，当 myNativeMethod 被调用时，控制权将转移到我们在 C 代码中实现的 Java_MyClass_myNativeMethod 函数。

六、JNI 的高级用法

1、传递复杂数据类型

JNI 不仅可以传递基本数据类型，还可以传递对象和数组。以下是一个示例，展示了如何传递和处理 Java 字符串：

Java 代码

public class MyClass {

    public native String reverseString(String input);
    static {
        System.loadLibrary("MyNativeLib");
    }
    public static void main(String[] args) {
        MyClass obj = new MyClass();
        String reversed = obj.reverseString("Hello");
        System.out.println(reversed);
    }
}

C 代码

#include <jni.h>

#include "MyClass.h"
#include <string.h>
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_MyClass_reverseString(JNIEnv *env, jobject obj, jstring input) {
    const char *inCStr = (*env)->GetStringUTFChars(env, input, NULL);
    if (NULL == inCStr) return NULL;
    size_t len = strlen(inCStr);
    char outCStr[len + 1];
    for (size_t i = 0; i < len; i++) {
        outCStr[i] = inCStr[len - i - 1];
    }
    outCStr[len] = '';
    (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, input, inCStr);
    return (*env)->NewStringUTF(env, outCStr);
}

2、调用 Java 方法

有时需要从本地代码调用 Java 方法，可以使用 JNI 提供的相关 API。以下是一个示例：

Java 代码

public class MyClass {

    public native void callJavaMethod();
    public void javaMethod() {
        System.out.println("Java method called from native code");
    }
    static {
        System.loadLibrary("MyNativeLib");
    }
    public static void main(String[] args) {
        MyClass obj = new MyClass();
        obj.callJavaMethod();
    }
}

C 代码

#include <jni.h>

#include "MyClass.h"
JNIEXPORT void JNICALL Java_MyClass_callJavaMethod(JNIEnv *env, jobject obj) {
    jclass cls = (*env)->GetObjectClass(env, obj);
    jmethodID mid = (*env)->GetMethodID(env, cls, "javaMethod", "()V");
    if (NULL == mid) return;
    (*env)->CallVoidMethod(env, obj, mid);
}

七、错误处理

在使用 JNI 时，错误处理至关重要。以下是一些常见的错误处理机制：

1、检查 NULL 指针

在调用 JNI 函数时，通常需要检查返回值是否为 NULL。例如：

const char *inCStr = (*env)->GetStringUTFChars(env, input, NULL);

if (NULL == inCStr) return NULL;

2、异常处理

JNI 提供了一些函数来检查和处理 Java 异常。例如：

if ((*env)->ExceptionCheck(env)) {

    (*env)->ExceptionDescribe(env);
    (*env)->ExceptionClear(env);
    return NULL;
}

3、内存管理

在使用 JNI 时，内存管理同样重要。例如，在使用 GetStringUTFChars 函数后，需要调用 ReleaseStringUTFChars 释放内存。

(*env)->ReleaseStringUTFChars(env, input, inCStr);

八、JNI 中的线程处理

JNI 也支持多线程编程。以下是一些处理多线程的注意事项：

1、附加和分离线程

在 JNI 中，只有附加到 Java 虚拟机的线程才能调用 JNI 函数。可以使用 AttachCurrentThread 和 DetachCurrentThread 函数来附加和分离线程。

(*jvm)->AttachCurrentThread(jvm, (void)&env, NULL);

/* 线程的工作 */
(*jvm)->DetachCurrentThread(jvm);

2、线程本地存储

可以使用 JNIEnv 作为线程本地存储的指针。每个线程都有自己的 JNIEnv 指针，不应在不同线程之间共享。

JNIEnv *env;

(*jvm)->AttachCurrentThread(jvm, (void)&env, NULL);

九、JNI 的性能优化

1、减少 JNI 调用次数

JNI 调用的开销较大，应该尽量减少不必要的 JNI 调用。例如，可以在一次 JNI 调用中处理多个任务，而不是多次调用。

2、缓存类和方法 ID

获取类和方法 ID 的开销也较大，可以在初始化时缓存这些 ID。

jclass cls = (*env)->FindClass(env, "MyClass");

jmethodID mid = (*env)->GetMethodID(env, cls, "myMethod", "()V");

3、使用局部引用和全局引用

JNI 提供了局部引用和全局引用两种引用类型。局部引用仅在当前 JNI 调用中有效，而全局引用可以跨越多个 JNI 调用。应该尽量使用局部引用，只有在需要跨越多个 JNI 调用时才使用全局引用。

jclass cls = (*env)->FindClass(env, "MyClass");

jobject globalRef = (*env)->NewGlobalRef(env, cls);
/* 使用全局引用 */
(*env)->DeleteGlobalRef(env, globalRef);

十、JNI 的调试技巧

1、使用日志

在本地代码中使用日志记录可以帮助调试。例如，可以使用 printf 或其他日志库来记录调试信息。

printf("Debug info: %sn", info);

2、使用调试工具

可以使用调试工具如 gdb 或 Visual Studio 调试本地代码。将 Java 虚拟机附加到调试器，可以在本地代码中设置断点并逐步调试。

gdb --args java -agentlib:jdwp=transport=dt_socket,server=y,suspend=n,address=5005 MyClass

3、检查 JNI 错误

使用 JNI 提供的错误检查函数，可以帮助定位问题。例如，可以使用 ExceptionCheck 和 ExceptionDescribe 函数检查和描述异常。

if ((*env)->ExceptionCheck(env)) {

    (*env)->ExceptionDescribe(env);
    (*env)->ExceptionClear(env);
}

通过上述步骤和技巧，可以有效地使用 JNI 与本地代码进行交互，实现 Java 程序与本地库和应用程序的无缝集成。在实际应用中，根据具体需求选择合适的方法和优化技巧，可以提高程序的性能和稳定性。

相关问答FAQs：

1. 什么是JNI，我该如何在Java中使用它？
JNI（Java Native Interface）是Java提供的一种机制，用于在Java程序中调用本地代码（通常是C或C++代码）。要在Java中使用JNI，首先需要编写一个本地方法，然后在Java代码中声明和调用该本地方法。接下来，需要使用Java的JNI工具将Java代码编译成本地库，以便在运行时加载并执行本地代码。

2. 在Java中使用JNI需要哪些步骤？
使用JNI需要以下几个步骤：

• 编写本地方法：在Java代码中声明一个本地方法，并使用native关键字标记。
• 生成头文件：使用Java的JNI工具javah生成包含本地方法声明的头文件。
• 实现本地方法：在C或C++中实现Java代码中声明的本地方法。
• 编译本地代码：使用C或C++编译器将本地代码编译成动态链接库（.dll或.so文件）。
• 在Java中加载本地库：使用System.loadLibrary()方法在Java代码中加载编译好的本地库。
• 调用本地方法：在Java代码中调用本地方法，以便执行本地代码。

3. 我如何确保在Java中正确使用JNI？
要确保正确使用JNI，需要注意以下几点：

• 编写本地方法时，确保方法签名与C或C++代码中实现的方法签名一致。
• 在Java代码中加载本地库之前，确保本地库已经编译并位于正确的位置。
• 在调用本地方法之前，确保已正确加载本地库。
• 在编写本地代码时，遵循JNI提供的规范和最佳实践，以确保代码的可靠性和稳定性。
• 在Java代码中调用本地方法时，处理可能出现的异常或错误情况，以确保程序的健壮性。