在 Linux 平台下使用 JNI

來源:互聯網
上載者:User
張翼翔 李慶明,

簡介: 本文簡要介紹了 JNI 調用規範,及常用函數。並通過具體樣本程式展示了實現一個本地調用的基本步驟。

本文的標籤:  best_practices, jni, 應用開發

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發布日期: 2002 年 10 月 29 日
層級: 初級
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引言

Java 的出現給大家開發帶來的極大的方便。但是,如果我們有大量原有的經過廣泛測試的非 Java 代碼,將它們全部用 Java 來重寫,恐怕會帶來巨大的工作量和長期的測試;如果我們的應用中需要訪問到特定的裝置,甚至是僅符合公司內部資訊互動規範的裝置,或某個特定的作業系統才 有的特性,Java 就顯得有些力不從心了。面對這些問題,Sun 公司在 JDK1.0 中就定義了 JNI 規範,它規定了 Java 應用程式對本地方法的調用規則。

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實現步驟及相關函數使用

本文將一步步說明在 Linux 平台下如何?本地共用庫與 Java 協同工作。Hello World 程式是目前標準的入門第一步,那麼,我也以類似的應用最為範例。

第一步,定義一個 Java 類 -- Hello. 它提供 SayHello 方法:

此時應注意兩點:

1. 為要使用的每個本地方法編寫本地方法聲明,其聲明方式與普通 Java 方法介面沒什麼不同,只是必須指定 native 關鍵字,如下所示:

public native void SayHello(String strName);

在這個函數中,我們將根據傳進的人名,向某人問好。

2. 必須顯式地載入本地程式碼程式庫。我們需在類的一個靜態塊中載入這個庫:

 static     {     System.loadLibrary("hello");     } 

 

再加上必要的異常處理就產生如下源檔案 Hello.java:

 public class Hello  {  static  {  try  {  // 此處即為本地方法所在連結庫名 System.loadLibrary("hello");  }  catch(UnsatisfiedLinkError e)  {  System.err.println( "Cannot load hello library:\n " +                                 e.toString() );  }  }  public Hello()  {  }  // 聲明的本地方法 public native void SayHello(String strName);  } 

 

編譯後產生 Hello.class 檔案。

第二步,產生本地連結庫。具體過程如下:

1. 要為以上定義的類產生 Java 本地介面標頭檔,需使用 javah,Java 編譯器的 javah 功能將根據 Hello 類產生必要的聲明,此命令將產生 Hello.h 檔案,我們在共用庫的代碼中要包含它,javah 不使預設內部命令,需要指明路徑,它在 JDK 的 bin 目錄下,在我的 Linux 環境下命令如下:

/home/jbuilder/jdk1.3.1/bin/javah Hello

產生的 Hello.h 檔案 內容如下所示:

 /* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */  #include <jni.h>  /* 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 

 

2. 在與 Hello.h 相同的路徑下建立一個 CPP 檔案 Hello.cpp。內容如下:

 #include "Hello.h" #include <stdio.h>  // 與 Hello.h 中函式宣告相同 JNIEXPORT void JNICALL Java_Hello_SayHello  (JNIEnv * env, jobject arg, jstring instring)  {    // 從 instring 字串取得指向字串 UTF 編碼的指標 const jbyte *str =         (const jbyte *)env->GetStringUTFChars( instring, JNI_FALSE );     printf("Hello,%s\n",str);  // 通知虛擬機器本地代碼不再需要通過 str 訪問 Java 字串。    env->ReleaseStringUTFChars( instring, (const char *)str );     return;  } 

 

所有的 JNI 調用都使用了 JNIEnv * 類型的指標,習慣上在 CPP 檔案中將這個變數定義為 evn,它是任意一個本地方法的第一個參數。env 指標指向一個函數指標表,在 VC 中可以直接用"->"操作符訪問其中的函數。

jobject 指向在此 Java 代碼中執行個體化的 Java 對象 LocalFunction 的一個控制代碼,相當於 this 指標。

後續的參數就是本地調用中有 Java 程式傳進的參數,本例中只有一個 String 型參數。 對於字串型參數,因為在本地代碼中不能直接讀取 Java 字串,而必須將其轉換為 C /C++ 字串或 Unicode。以下是三個我們經常會用到的字串類型處理的函數:

const char* GetStringUTFChars(jstring string,jboolean* isCopy)

返回指向字串 UTF 編碼的指標,如果不能建立這個字元數組,返回 null。這個指標在調用 ReleaseStringUTFChar() 函數之前一直有效。

參數:string  Java 字串對象 isCopy 如果進行拷貝,指向以 JNI_TRUE 填充的 jboolean, 否則指向以 JNI_FALSE 填充的 jboolean。 void ReleaseStringUTFChars(jstring str, const char* chars) 通知虛擬機器本地代碼不再需要通過 chars 訪問 Java 字串。

 

參數:string  Java 字串對象 chars 由 GetStringChars 返回的指標 jstring NewStringUTF(const char *utf) 返回一個新的 Java 字串並將 utf 內容拷貝入新串,如果不能建立字串對象,返回 null。通常在反實值型別為 string 型時用到。

 

參數:utf  UTF 編碼的字串指標對於數值型參數,在 C/C++ 中可直接使用,其位元組寬度如下所示:
Java C/C++ 位元組數
boolean jboolean 1
byte jbyte 1
char jchar 2
short jshort 2
int jint 4
long jlong 8
float jfloat 4
double jdouble 8

對於數組型參數,

Java C/C++
boolean[ ] JbooleanArray
byte[ ] JbyteArray
char[ ] JcharArray
short[ ] JshortArray
int[ ] JintArray
long[ ] JlongArray
float[ ] JfloatArray
double[ ] JdoubleArray

對於上述類型數組,有一組函數與其對應。以下函數中 Xxx 為對應類型。
xxx * GetXxxArrayElements(xxxArray array, jboolean *isCopy)
產生一個指向 Java 數組元素的 C 指標。不再需要時,需將此指標傳給 ReleaseXxxArrayElemes。

參數:array 數組對象 isCopy 如果進行拷貝,指向以 JNI_TRUE 填充的 jboolean, 否則指向以 JNI_FALSE 填充的 jboolean。例如: jboolean * GetBooleanArrayElements(jbooleanArray array, jboolean *isCopy)  void ReleaseXxxArrayElements(xxxArray array,xxx *elems, jint mode) 通知虛擬機器不再需要從 GetXxxArrayElements 得到的指標。
參數:array 數組對象 elems 不再需要的指向數組元素的指標 mode  0 =在更新數組元素後釋放 elems 緩衝器 JNI_COMMIT =在更新數組元素後不釋放 elems 緩衝器 JNI_ABORT =不更新數組元素釋放 elems 緩衝器例如:void ReleaseBooleanArrayElements(jbooleanArray array,jboolean *elems,     jint mode)  xxxArray NewXxxArray(jsize len) 產生一個新的數組,通常在反實值型別為數組型時用到
參數:len 數組中元素的個數。例如:jbooleanArray NewBooleanArray(jsize len)

3 .編譯產生共用庫。

使用 GCC 時 , 必須通知編譯器在何處尋找此 Java 本地方法的支援檔案,並且顯式通知編譯器產生位置無關的代碼,在我的環境中按如下過程編譯:

gcc -I/home/jbuilder/jdk1.3.1/include     -I/home/jbuilder/jdk1.3.1/include/linux -fPIC -c Hello.c

 

產生 Hello.o

 gcc -shared -Wl,-soname,libhello.so.1 -o libhello.so.1.0 Hello.o 

 

產生 libhello.so.1.0

接下來將產生的共用庫拷貝為標準檔案名稱

cp libhello.so.1.0 libhello.so

最後通知動態連結程式此共用檔案的路徑。

export LD_LIBRARY_PATH=`pwd`:$LD_LIBRARY_PATH

4 .編寫一個簡單的 Java 程式來測試我們的本地方法。

將如下源碼存為 ToSay.java:

 import Hello;  import java.util.*;  public class ToSay  {  public static void main(String argv[])  {  ToSay say = new ToSay();  }  public ToSay()  {  Hello h = new Hello();  // 調用本地方法向 John 問好 h.SayHello("John");  }  } 

 

用 javac 編譯 ToSay.java,產生 ToSay.class
向執行普通 Java 程式一樣使用 java ToSay,我們會看到在螢幕上出現 Hello,John。
到這裡我們就將整個的本地調用編寫過程大概瀏覽了一遍。

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應用中注意事項

1 . 如果可以通過 TCP/IP 實現 Java 代碼與本地 C/C++ 代碼的互動工作,那麼最好不使用以上提到的 JNI 的方式,因為一次 JNI 調用非常耗時,大概要花 0.5 ~ 1 個毫秒。

2 . 在一個 Applet 應用中,不要使用 JNI。因為在 applet 中可能引發安全異常。

3 . 將所有本地方法都封裝在單個類中,這個類調用單個 DLL。對於每種目標作業系統,都可以用特定於適當平台的版本替換這個 DLL。這樣就可以將本地代碼的影響減至最小,並有助於將以後所需的移植問題包含在內。

4 . 本地方法要簡單。盡量將產生的 DLL 對任何第三方運行時 DLL 的依賴減到最小。使本地方法盡量獨立,以將載入 DLL 和應用程式所需的開銷減到最小。如果必須要運行時 DLL,則應隨應用程式一起提供它們。

5 . 本地代碼運行時,沒有有效地防數組越界錯誤、錯誤指標引用帶來的間接錯誤等。所以必須保證保證本地代碼的穩定性,因為,絲毫的錯誤都可能導致 JAVA 虛擬機器崩潰。

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結束語

JNI 調用規範給我們複用原有其它語言的代碼提供了簡單易用的介面,可以節省大量的財力,使我們可以在享受 Java 帶來的開發速度的同時,不必放棄舊有資源。

 

參考資料

Cay S.Horstmnn,Gary Cornell,Core Java 2 Volume II:Advanced Fearutes,Prentice Hall,2000.

Rob Gordon and Alan,Essential JNI, Java Native Interface, Prentice Hall,1998

http://java.sun.com/products/jdk/1.1/docs/guide/jni/

關於作者

張翼翔 :擁有8年的軟體開發經驗。曾經領導瑞星殺毒軟體網路版和I'm上網管理系統的研發工作。現任北京華夏新視科技有限公司研發部經理
李慶明:從事軟體開發已經有5年。有豐富的嵌入式Linux和Java開發經驗。現任廣東捷遠資訊科技有限公司技術總監

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