java調用dll

介紹

給大家介紹一個最新的訪問機器碼的 Java 架構 —JNA 。

JNA(Java Native Access) 架構是一個開源的 Java 架構，是 SUN 公司主導開發的，建立在經典的 JNI 的基礎之上的一個架構。

JNA 項目地址： https://jna.dev.java.net/

 

非常強大、易用，功能上類似與 .NET 的 P/Invoke 。

不堪回首的 JNI

我們知道，使用 JNI 調用 .dll/.so 共用類庫是非常非常麻煩和痛苦的。

如果有一個現有的 .dll/.so 檔案，如果使用 JNI 技術調用，我們首先需要另外使用 C 語言寫一個 .dll/.so 共用庫，使用 SUN 規定的資料結構替代 C 語言的資料結構，調用已有的   dll/so 中公布的函數。

然後再在 Java 中載入這個適配器 dll/so ，再編寫 Java   native 函數作為 dll 中函數的代理。

經過 2 個繁瑣的步驟才能在 Java 中調用本地代碼。

因此，很少有 Java 程式員願意編寫調用 dll/.so 庫中的原生函數的 java 程式。這也使 Java 語言在用戶端上乏善可陳。可以說 JNI 是 Java 的一大弱點！

.NET平台上強大的 P/Invoke

而在 .NET 平台上，強大的 P/Invoke 技術使我們 Java 程式員非常羨慕。使用 P/Invoke 技術，只需要使用編寫一個 .NET 函數，再加上一個聲明的標註，就可以直接調用 dll 中的函數。

不需要你再使用 C 語言編寫 dll 來適配。

不遜於 P/Invoke的 JNA

現在，不需要再羨慕 .NET 的 P/Invoke 機制了。 JNA 把對 dll/.so 共用庫的調用減少到了和 P/Invoke 相同的程度。

 

使用 JNA ，不需要再編寫適配用的 .dll/.so ，只需要在 Java 中編寫一個介面和一些代碼，作為 .dll/.so 的代理，就可以在 Java 程式中調用 dll/so 。

 

JNA快速啟動

 

     現在讓我們直接進入 JNA 的世界。

 

你只需要下載一個 jar 包，就可以使用 JNA 的強大功能方便地調用動態連結程式庫中的 C 函數。

1 ，下載 jna.jar 。

在這裡 https://jna.dev.java.net/servlets/ProjectDocumentList?folderID=7408&expandFolder=7408&folderID=0

 

 

2 ，現在你已經可以使用 JNA 了。

為了方便你參考 JNA 的 java 類庫，我製作了《 JNA3.09API 參考手冊》，是 CHM 格式的。你可以到這裡下載 http://download.csdn.net/source/900438

 

JNA例子

 

例子 1   

現在讓我們運行一個 JNA 程式，感受它的強大威力。

1 ，在 Java 項目中引入 jna.jar 包。

2 ，建立一個類：

import com.sun.jna.Library; import com.sun.jna.Native; import com.sun.jna.Platform;   /** Simple example of native library declaration and usage. */ public class HelloWorld {       public interface CLibrary extends Library {         CLibrary INSTANCE = (CLibrary)             Native.loadLibrary((Platform.isWindows() ? "msvcrt" : "c"),                                CLibrary.class);             void printf(String format, Object... args);     }       public static void main(String[] args) {         CLibrary.INSTANCE.printf("Hello, World\n");         for (int i=0;i < args.length;i++) {             CLibrary.INSTANCE.printf("Argument %d: %s\n", i, args[i]);         }     } } 

3 ，執行，可以看到控制台中列印出了

Hello, World

 

    但是，請注意，這個程式實際上是使用 msvcrt.dll 這個 C 執行階段程式庫中的 printf 函數列印出上面這些字元的。

 

    看，多簡單，不需要寫一行 C 代碼，就可以直接在 Java 中調用外部動態連結程式庫中的函數！

 

例子 2   

 

    上面那個例子使用了作業系統內建的動態連結程式庫，現在我們再自己寫一個動態連結程式庫試試。

 

 

1 ，在 VS 中選擇 C++ 語言，然後選擇建立一個 Win32 程式。 選擇 dll 類型。

 

2 ，發布的 C 函數是：

 

#define MYLIBAPI  extern    "C"      __declspec ( dllexport ) 

 

MYLIBAPI void say( wchar_t * pValue);

 

 

這個函數的實現是：

 

void   say( wchar_t * pValue){

     std::wcout.imbue(std::locale( "chs" ));

 

     std::wcout<<L "上帝說：" <<pValue<<std::endl;

}

 

它需要傳入一個 Unicode 編碼的字元數組。然後在控制台上列印出一段中文字元。

 

3 ，產生 dll 。然後把產生的 dll 檔案複製到 Eclipse 項目中，放在項目下面。

4 ，在 Eclipse 中編寫以下代碼：

import com.sun.jna.Library; import com.sun.jna.Native; import com.sun.jna.WString;   /**   * @author 沈東良 Edward Shen shendl_s@hotmail.com   * 2008-11-23 下午 05:07:14   *TestDll1.dll   */ public class TestDll1Service {            public interface TestDll1 extends Library {                    /**                      * 當前路徑是在項目下，而不是 bin 輸出目錄下。                      */                    TestDll1 INSTANCE = (TestDll1)Native.loadLibrary("TestDll1", TestDll1.class);                    public void say(WString value);                             }          /**            *            */          public TestDll1Service() {                    // TODO Auto-generated constructor stub          }            /**            * @param args            */          public static void main(String[] args) {                    // TODO Auto-generated method stub                                       TestDll1.INSTANCE.say(new WString("Hello World!"));                    System.out.println("HHEEH 我我們無法萬惡 ");          }   } 

5 ，執行這個 Java 類。可以看到控制台下如下輸出：

上帝說： Hello World!

HHEEH 我我們無法萬惡

 

6 ，上面一行是 C 語言使用 C++ 的 std::wcout 輸出的。

下面一行是 Java 語言輸出的。

 

JNA技術解密

JNA工作原理 JNA是建立在 JNI技術基礎之上的一個 Java類庫，它使您可以方便地使用 java直接存取動態連結程式庫中的函數。

 

原來使用 JNI ，你必須手工用 C 寫一個動態連結程式庫，在 C 語言中映射 Java 的資料類型。

JNA 中，它提供了一個動態 C 語言編寫的轉寄站，可以自動實現 Java 和 C 的資料類型映射。你不再需要編寫 C 動態連結程式庫。

當然，這也意味著，使用 JNA 技術比使用 JNI 技術調用動態連結程式庫會有些微的效能損失。可能速度會降低幾倍。但影響不大。

 

JNA技術痛點

 

 

1 ，當前路徑是在項目下，而不是 bin 輸出目錄下。

2 ，資料結構的對應關係：

Java—C和作業系統資料類型的對應表

Java Type	C Type	Native Representation
boolean	int	32-bit integer (customizable)
byte	char	8-bit integer
char	wchar_t	platform-dependent
short	short	16-bit integer
int	int	32-bit integer
long	long long, __int64	64-bit integer
float	float	32-bit floating point
double	double	64-bit floating point
Buffer    Pointer	pointer	platform-dependent (32- or 64-bit pointer to memory)
<T>[] (array of primitive type)	pointer   array	32- or 64-bit pointer to memory (argument/return)   contiguous memory (struct member)
除了上面的類型， JNA 還支援常見的資料類型的映射。
String	char*	NUL-terminated array (native encoding or jna.encoding )
WString	wchar_t*	NUL-terminated array (unicode)
String[]	char**	NULL-terminated array of C strings
WString[]	wchar_t**	NULL-terminated array of wide C strings
Structure	struct*   struct	pointer to struct (argument or return) ( or explicitly )   struct by value (member of struct) ( or explicitly )
Union	union	same as Structure
Structure[]	struct[]	array of structs, contiguous in memory
Callback	<T> (*fp)()	function pointer (Java or native)
NativeMapped	varies	depends on definition
NativeLong	long	platform-dependent (32- or 64-bit integer)
PointerType	pointer	same as Pointer

 

 

JNA編程過程

 

JNA 把一個 dll/.so 檔案看做是一個 Java 介面。

Dll 是 C 函數的集合、容器，這正和介面的概念吻合。

 

     我們定義這樣一個介面，

public interface TestDll1 extends Library {                    /**                      * 當前路徑是在項目下，而不是 bin 輸出目錄下。                      */                    TestDll1 INSTANCE = (TestDll1)Native.loadLibrary("TestDll1", TestDll1.class);                    public void say(WString value);                             } 

如果 dll 是以 stdcall 方式輸出函數，那麼就繼承 StdCallLibrary 。否則就繼承預設的 Library 介面。

 

介面內部需要一個公用靜態常量： instance 。

 

TestDll1 INSTANCE = (TestDll1)Native.loadLibrary("TestDll1", TestDll1.class);

 

通過這個常量，就可以獲得這個介面的執行個體，從而使用介面的方法。也就是調用外部 dll 的函數！

 

注意：

1 ， Native.loadLibrary() 函數有 2 個參數：

    1 ， dll 或者 .so 檔案的名字，但不帶尾碼名。這符合 JNI 的規範，因為帶了尾碼名就不可以跨作業系統平台了。

搜尋 dll 的路徑是：

1 ）項目的根路徑

2 ）作業系統的全域路徑、

3 ） path 指定的路徑。

 

2 ，第二個參數是本介面的 Class 類型。

 

JNA 通過這個 Class 類型，根據指定的 dll/.so 檔案，動態建立介面的執行個體。

 

2 ，介面中你只需要定義你需要的函數或者公開變數，不需要的可以不定義。

public void say(WString value);

 

參數和傳回值的類型，應該和 dll 中的 C 函數的類型一致。

這是 JNA ，甚至所有跨平台叫用的痛點。

 

這裡， C 語言的函數參數是： wchar_t * 。

JNA 中對應的Java 類型是WStirng 。

所有跨平台、跨語言調用的痛點

有過跨語言、跨平台開發的程式員都知道，跨平台、語言調用的痛點，就是不同語言之間資料類型不一致造成的問題。絕大部分跨平台叫用的失敗，都是這個問題造成的。

關於這一點，不論何種語言，何種技術方案，都無法解決這個問題。

這需要程式員的仔細開發和設計。這是程式員的責任。

 

常見的跨平台叫用有：

1 ， Java 調用 C 語言編寫的 dll 、 .so 動態連結程式庫中的函數。

2 ， .NET 通過 P/Invoke 調用 C 語言編寫的 dll 、 .so 動態連結程式庫中的函數。

3 ，通過 WEBService ，在 C,C++,Java,.NET 等種種語言間調用。

    WebService 傳遞的是 xml 格式的資料。

 

即使是強大的 P/Invoke 或者 WebService ，在遇到複雜的資料類型和大資料量的傳遞時，還是會碰到很大的困難。

 

因為，一種語言的複雜的資料類型，很難用另一種語言來表示。這就是跨平台叫用問題的本質。

如， WEBService 調用中，很多語言，如 Java ， .NET 都有自動實現的 Java/.NET 類型和 XML 類型之間的映射的類庫或者工具。

但是，在現實的編程環境中，如果類型非常複雜，那麼這些自動轉換工具常常力不從心。

要麼 Object-XML 映射錯誤。

要麼映射掉大量的記憶體。

 

因此，我個人對這些 Object-XML 映射架構相當不感冒。

我現在使用 WEBService ，都是直接手工使用 xml 處理工具提取 xml 中的資料構建對象。或者反過來，手工根據 Object 中的屬性值構建 xml 資料。

 

 

Java 和 C 語言之間的調用問題，也是如此。

Java 要調用 C 語言的函數，那麼就必須嚴格按照 C 語言要求的記憶體數量提供 Java 格式的資料。要用 Java 的資料類型完美類比 C 語言的資料類型。

JNA 已經提供了大量的類型匹配 C 語言的資料類型。  

JNI還是不能廢

我們已經見識了 JNA 的強大。 JNI 和它相比是多麼的簡陋啊！

但是，有些需求還是必須求助於 JNI 。

JNA 是建立在 JNI 技術基礎之上的一個架構。

使用 JNI 技術，不僅可以實現 Java 訪問 C 函數，也可以實現 C 語言調用 Java 代碼。

而 JNA 只能實現 Java 訪問 C 函數，作為一個 Java 架構，自然不能實現 C 語言調用 Java 代碼。此時，你還是需要使用 JNI 技術。

JNI 是 JNA 的基礎。是 Java 和 C 互操作的技術基礎