java 關鍵字 native

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 一. 什麼是Native Method
    簡單地講，一個Native Method就是一個java調用非java代碼的介面。一個Native Method是這樣一個java的方法：該方法的實現由非java語言實現，比如C。這個特徵並非java所特有，很多其它的程式設計語言都有這一機制，比如在C＋＋中，你可以用extern "C"告知C＋＋編譯器去調用一個C的函數。
     "A native method is a Java method whose implementation is provided by non-java code."
     在定義一個native method時，並不提供實現體（有些像定義一個java interface），因為其實現體是由非java語言在外面實現的。

　　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檔案，而是在用其他語言（如C和C++）實現的檔案中。Java語言本身不能對作業系統底層進行訪問和操作，但是可以通過JNI介面調用其他語言來實現對底層的訪問 

　　JNI是Java本機介面（Java Native Interface），是一個本機編程介面，它是Java軟體開發工具箱（Java Software Development Kit，SDK）的一部分。JNI允許Java代碼使用以其他語言編寫的代碼和程式碼程式庫。Invocation API（JNI的一部分）可以用來將Java虛擬機器（JVM）嵌入到本機應用程式中，從而允許程式員從機器碼內部調用Java代碼。

     不過，對Java外部的調用通常不能移植到其他平台，在applet中還可能引發安全異常。實現本地代碼將使您的Java應用程式無法通過100%純Java測試。

但是，如果必須執行本地調用，則要考慮幾個準則：

  1.將您的所有本地方法都封裝到一個類中，這個類調用單個的DLL。對每一種目標作業系統平台，都可以用特定於適當平台的版本的DLL。這樣可以將本地代碼的影響減少到最小，並有助於將以後所需要的移植問題考慮在內。  2.本地方法盡量簡單。盡量使您的本地方法對第三方（包括Microsoft）運行時DLL的依賴減少到最小。使您的本地方法盡量獨立，以將載入您的DLL和應用程式所需的開銷減少到最小。如果需要運行時DLL，必須隨應用程式一起提供。

 

 

下面給了一個樣本：   

package java.lang; public class Object {     ......    public final native Class<?> getClass();     public native int hashCode();     protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;     public final native void notify();     public final native void notifyAll();     public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException;     ......} 

 

 　　標識符native可以與所有其它的java標識符連用，但是abstract除外。這是合理的，因為native暗示這些方法是有實現體的，只不過這些實現體是非java的，但是abstract卻顯然的指明這些方法無實現體。native與其它java標識符連用時，其意義同非Native Method並無差別。

       一個native method方法可以返回任何java類型，包括非基本類型，而且同樣可以進行異常控制。這些方法的實現體可以自製一個異常並且將其拋出，這一點與java的方法非常相似。
       native method的存在並不會對其他類調用這些本地方法產生任何影響，實際上調用這些方法的其他類甚至不知道它所調用的是一個本地方法。JVM將控制調用本地方法的所有細節。

       如果一個含有本地方法的類被繼承，子類會繼承這個本地方法並且可以用java語言重寫這個方法（這個似乎看起來有些奇怪），同樣的如果一個本地方法被fianl標識，它被繼承後不能被重寫。
       本地方法非常有用，因為它有效地擴充了jvm.事實上，我們所寫的java代碼已經用到了本地方法，在sun的java的並發（多線程）的機制實現中，許多與作業系統的接觸點都用到了本地方法，這使得java程式能夠超越java運行時的界限。有了本地方法，java程式可以做任何應用程式層次的任務。

 

 二.為什麼要使用Native Method
   　　java使用起來非常方便，然而有些層次的任務用java實現起來不容易，或者我們對程式的效率很在意時，問題就來了。

與java環境外互動：
  　　 有時java應用需要與java外面的環境互動。這是本地方法存在的主要原因，你可以想想java需要與一些底層系統如作業系統或某些硬體交換資訊時的情況。本地方法正是這樣一種交流機制：它為我們提供了一個非常簡潔的介面，而且我們無需去瞭解java應用之外的繁瑣的細節。

與作業系統互動：
   　　JVM支援著java語言本身和執行階段程式庫，它是java程式賴以生存的平台，它由一個解譯器（解釋位元組碼）和一些串連到本地代碼的庫組成。然而不管怎樣，它畢竟不是一個完整的系統，它經常依賴於一些底層（underneath在下面的）系統的支援。這些底層系統常常是強大的作業系統。通過使用本地方法，我們得以用java實現了jre的與底層系統的互動，甚至JVM的一些部分就是用C寫的，還有，如果我們要使用一些java語言本身沒有提供封裝的作業系統的特性時，我們也需要使用本地方法。

Sun‘s Java
    　　Sun的解譯器是用C實現的，這使得它能像一些普通的C一樣與外部互動。jre大部分是用java實現的，它也通過一些本地方法與外界互動。例如：類java.lang.Thread 的 setPriority()方法是用java實現的，但是它實現調用的是該類裡的本地方法setPriority0()。這個本地方法是用C實現的，並被植入JVM內部，在Windows 95的平台上，這個本地方法最終將調用Win32 SetPriority() API。這是一個本地方法的具體實現由JVM直接提供，更多的情況是本地方法由外部的動態連結程式庫（external dynamic link library）提供，然後被JVM調用。

 　　

 三.JVM怎樣使Native Method跑起來：
    　　我們知道，當一個類第一次被使用到時，這個類的位元組碼會被載入到記憶體，並且只會回載一次。在這個被載入的位元組碼的入口維持著一個該類所有方法描述符的list，這些方法描述符包含這樣一些資訊：方法代碼存於何處，它有哪些參數，方法的描述符（public之類）等等。
    　　如果一個方法描述符內有native，這個描述符塊將有一個指向該方法的實現的指標。這些實現在一些DLL檔案內，但是它們會被作業系統載入到java程式的地址空間。當一個帶有本地方法的類被載入時，其相關的DLL並未被載入，因此指向方法實現的指標並不會被設定。當本地方法被調用之前，這些DLL才會被載入，這是通過調用java.system.loadLibrary()實現的。
  
  　　 最後需要提示的是，使用本地方法是有開銷的，它喪失了java的很多好處。如果別無選擇，我們可以選擇使用本地方法。

 

 可以將native方法比作Java程式同Ｃ程式的介面，其實現步驟：

１、在Java中聲明native()方法，然後編譯(使用javac命令編譯編寫的Java類)；２、用javah產生一個.h檔案(使用java -jni ****來產生尾碼名為.h的標頭檔)；３、寫一個.cpp檔案實現native匯出方法，其中需要包含第二步產生的.h檔案（注意其中又包含了JDK帶的jni.h檔案）(使用其他語言（C、C++）實現本地方法)；４、將第三步的.cpp檔案編譯成動態連結程式庫檔案(將本地方法編寫的檔案產生動態連結程式庫)；５、在Java中用System.loadLibrary()方法載入第四步產生的動態連結程式庫檔案，這個native()方法就可以在Java中被訪問了。

 

 

 以下是一個在Java中調用本地C程式的簡單的例子：

 a.編寫HelloWorld.java類

class HelloWorld{        public native void hello();        static{             System.loadLibrary("hello");          }        public static void main(String[] args){            new HelloWorld().hello();         }    }

 b.編譯

    javac HelloWorld.java

 

c.產生.h檔案

    javah -jni HelloWorld

 

產生內容如下：

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */    #include <jni.h>    /* Header for class HelloWorld */    #ifndef _Included_HelloWorld    #define _Included_HelloWorld    #ifdef __cplusplus    extern "C" {    #endif    /*     * Class:     HelloWorld     * Method:    hello     * Signature: ()V     */    JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloWorld_hello      (JNIEnv *, jobject);    #ifdef __cplusplus    }    #endif    #endif

 

      第一個參數是調用JNI方法時使用的JNI Environment指標。

　　第二個參數是指向在此Java代碼中執行個體化的Java對象HelloWorld的一個控制代碼。其他參數是方法本身的參數

 

d.c實現

#include <jni.h>    #include "HelloWorld.h"    #include <stdio.h>    JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloWorld_hello(JNIEnv *env,jobject obj){       printf("Hello World!\n");       return;    }

 

    其中，第一行是將jni.h檔案引入（在%JAVA_HOME%\include目錄下），裡邊有JNIEnv和jobject的定義。

 

e.編譯c實現

    這裡以在Windows中為例，需要產生dll檔案。在儲存HelloWorldImpl.c檔案夾下面，使用VC的編譯器cl成。
　　

　　cl -I%java_home%\include -I%java_home%\include\win32 -LD HelloWorldImp.c -Fehello.dll

 

　　注意：產生的dll檔案名稱在選項-Fe後面配置，這裡是hello，因為在HelloWorld.java檔案中我們loadLibary的時候使用的名字是hello。當然這裡修改之後那裡也需要修改。另外需要將-I%java_home%\include -I%java_home%\include\win32參數加上，因為在第四步裡面編寫本地方法的時候引入了jni.h檔案。
　　

f 運行程式
　　

　　java HelloWorld 
就ok了！

 

 

 其他查看http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/jnimthds/瞭解詳情

 

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