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Java Native Interface

JNI是Java Native Interface的缩写，中文译为“Java本地接口”。通俗地说，JNI是一种技术，通过这种技术可以做到以下两点：

  1. Java程序中的函数可以调用Native语言写的函数，Native一般指的是C/C++编写的函数。
  2. Native程序中的函数可以调用Java层的函数，也就是说在C/C++程序中可以调用Java的函数。 也就是Java与C/C++代码互相调用

在平台无关的Java中，为什么要创建一个与Native相关的JNI技术呢？这岂不是破坏了Java的平台无关特性吗？JNI技术的推出有以下几个方面的考虑：

  1. 承载Java世界的虚拟机是用Native语言写的，而虚拟机又运行在具体的平台上，所以虚拟机本身无法做到平台无关。然而，有了JNI技术后就可以对Java层屏蔽不同操作系统平台（如Windows和Linux）之间的差异了（例如同样是打开一个文件，Windows上的API使用OpenFile函数，而Linux上的API是open函数）。这样，就能实现Java本身的平台无关特性。其实Java一直在使用JNI技术，只是我们平时较少用到罢了。
  2. 早在Java语言诞生前，很多程序都是用C/C++语言写的，它们遍布在软件世界的各个角落。Java出世后，它受到了追捧，并迅速得到发展，但仍无法将软件世界彻底改朝换代，于是才有了折中的办法。既然已经有C/C++模块实现了相关功能，那么在Java中通过JNI技术直接使用它们就行了，免得落下重复制造轮子的坏名声。另外，在一些要求效率和速度的场合还是需要C/C++语言参与的。
  3. 在Android平台上，JNI就是一座将C/C++世界和Java世界间的天堑变成通途的桥。
  4. 效率上 C/C++是本地语言，比java更高效
  5. 代码移植，如果之前用C语言开发过模块，可以复用已经存在的c代码
  6. java反编译比C语言容易，一般加密算法都是用C语言编写，不容易被反编译

JNI的存在意义主要在于桥接Java和本地代码，使得Java程序可以调用其他编程语言(如 C，C++)编写的代码或库。其作用如下：

1.性能优化：某些计算密集型任务可以通过调用效率更高的本地代码来实现，从而提升性能。

2.复用现有库：可以调用现有的本地库或代码，避免重复开发。

3.访问系统特性：某些系统特性或硬件功能只能通过本地代码访问，JNI 提供了一种途径来实现这种访问。

4.与硬件交互：某些硬件接口只能通过本地代码进行交互，JNI 允许 Java 程序与这些接口通信。

JNI开发的基本流程

1.一个标准的 JNI 开发流程主要包含以下步骤：

  1. 创建 HelloWorld.java，并声明 native 方法 sayHi()；
  2. 使用 javac 命令编译源文件，生成 HelloWorld.class 字节码文件；
  3. 使用 javah 命令导出 HelloWorld.h 头文件（头文件中包含了本地方法的函数原型）；
  4. 在源文件 HelloWorld.cpp 中实现函数原型；
  5. 编译本地代码，生成 Hello-World.so 动态原生库文件；
  6. 在 Java 代码中调用 System.loadLibrary(...) 加载 so 文件；
  7. 使用 Java 命令运行 HelloWorld 程序。

总之，JNI提供了一个桥梁，使得Java应用程序可以与本地代码进行交互，从而获得更高的性能和更广泛的功能。但需要注意的是，使用JNI需要小心处理内存管理和跨平台兼容性等问题。

简单的 JNI 例子

展示如何使用 JNI 从 Java 调用 C 代码。

Step 1:编写 Java 类

首先，编写一个Java类，声明一个本地方法。

public class HelloJNI {
    // 声明本地方法
    private native void sayHello();

    // 加载本地库
    static {
        System.loadLibrary("hello"); // 对应生成的本地库名为 libhello.so 或 hello.dll
    }

    public static void main(String[] args) {
        new HelloJNI().sayHello(); // 调用本地方法
    }
}

上面代码的静态代码块在这个类被类加载器加载的时候调用了System.loadLibrary()方法来加载一个native库“hello”（这个库中实现了sayHello函数）。这个库在windows上对应了“hello.dll”，而在类UNIX平台上对应了“libhello.so”。这个库应该包含在Java的库路径（使用java.library.path系统变量表示）上，否则这个上面的程序会抛出UnsatisfiedLinkError错误。你应该使用VM的参数-D java.library.path=path_to_lib来指定包含native库的路径。 接下来，我们使用native关键字将sayHello()方法声明为本地实例方法，这就很明显地告诉JVM：这个方法实现在另外一个语言中（C/C++），请去那里寻找他的实现。注意，一个native方法不包含方法体，只有声明。上面代码中的main方法实例化了一个HelloJNI类的实例，然后调用了本地方法sayHello()。

private native void sayHello();声明了一个本地方法，该方法将在 C 代码中实现。

System.loadLibrary("hello");加载名为 hello 的本地库，这个库在不同平台上会有不同的文件扩展名（例如，Unix/Linux 上是 libhello.so，Windows 上是 hello.dll）。

main 方法创建 HelloJNI 实例并调用本地方法 sayHello。

Step 2: 生成 JNI 头文件

编译 Java 代码并生成 JNI 头文件。

# 编译 Java 代码
javac HelloJNI.java

# 生成 JNI 头文件
javah -jni HelloJNI

这将生成一个名为 HelloJNI.h 的头文件，其中包含了本地方法的声明。

截图

我们看到，上面的头文件中生成了一个Java_HelloJNI_sayHello的C函数：

JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloJNI_sayHello(JNIEnv *, jobject);

将java的native方法转换成C函数声明的规则是这样的：Java_{package_and_classname}_{function_name}(JNI arguments)。包名中的点换成单下划线。需要说明的是生成函数中的两个参数：

  1. JNIEnv *：这是一个指向JNI运行环境的指针，后面我们会看到，我们通过这个指针访问JNI函数
  2. jobject：这里指代java中的this对象

下面我们给出的例子中没有使用上面的两个参数，不过后面我们的例子会使用的。到目前为止，你可以先忽略JNIEXPORT和JNICALL这两个玩意。 上面头文件中有一个extern “C”，同时上面还有C++的条件编译语句，这么一来大家就明白了，这里的函数声明是要告诉C++编译器：这个函数是C函数，请使用C函数的签名协议规则去编译！因为我们知道C++的函数签名协议规则和C的是不一样的，因为C++支持重写和重载等面向对象的函数语法。 接下来，我们给出C语言的实现，以实现上面的函数：

Step 3:编写 C 代码

接下来，编写对应的 C 实现。

HelloJNI.c：

#include <jni.h>
#include <stdio.h>
#include "HelloJNI.h"

// 实现本地方法
JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloJNI_sayHello(JNIEnv *env, jobject obj) {
    printf("Hello from C!\n");
}

HelloJNI.h 包含了 JNI 的必要头文件和函数声明。

Java_HelloJNI_sayHello 函数实现了 sayHello 方法，使用 printf 打印消息。

jni.h 文件通常位于 $JAVA_HOME/include目录中，且特定平台的文件位于 $JAVA_HOME/include/<platform> 中，例如，Linux 平台上为$JAVA_HOME/include/linux。

Step 4: 编译 C 代码

编译本地代码生成共享库,此处Linux环境。

# 在 Unix/Linux 系统上
gcc -shared -o libhello.so -fPIC HelloJNI.c -I${JAVA_HOME}/include -I${JAVA_HOME}/include/linux

# 在 Windows 系统上
gcc -shared -o hello.dll HelloJNI.c -I"%JAVA_HOME%\include" -I"%JAVA_HOME%\include\win32"

使用 gcc 编译 C 代码并生成共享库，编译时需要指定 Java 头文件的路径。

截图

我们首先使用nm命令查看libhello.so中都有那些函数：

nm 是一个用于列出二进制文件（如可执行文件、目标文件和库）中符号表的命令。符号表包含了符号（函数和变量）的信息，包括它们的名称、地址和类型。nm 命令在调试和开发过程中非常有用，特别是用于分析编译后的文件和库。

截图

可以看到我们的sayHello函数已经在这个里面，这说明我们编译的基本没有问题。

Step 5: 运行 Java 程序

确保共享库在库路径中，然后运行 Java 程序。

# 设置库路径（Unix/Linux）
export LD_LIBRARY_PATH=.:$LD_LIBRARY_PATH

# 设置库路径（Windows）
set PATH=%PATH%;.

# 运行 Java 程序
java HelloJNI

截图

如果一切正常，程序将输出：

Hello from C!

JNI 模板代码

JNI Demo：

JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloJNI_sayHello(JNIEnv *, jobject);

JNI 函数名

为什么 JNI 函数名要采用 Java_HelloJNI_sayHello 的命名方式呢？—— 这是 JNI 函数静态注册约定的函数命名规则。Java 的 native 方法和 JNI 函数是一一对应的映射关系，而建立这种映射关系的注册方式有 2 种：静态注册 + 动态注册。 其中，静态注册是基于命名约定建立的映射关系，一个 Java 的 native 方法对应的 JNI 函数会采用约定的函数名，即Java_[类的全限定名 (带下划线)]_[方法名]。JNI 调用 sayHello() 方法时，就会从 JNI 函数库中寻找函数 Java_HelloJNI_sayHello()

Java 的 native 方法和 JNI 函数是一一对应的映射关系，建立这种映射关系的注册方式有 2 种： • 方式 1 - 静态注册： 基于命名约定建立映射关系； • 方式 2 - 动态注册： 通过 JNINativeMethod 结构体建立映射关系。

关键词 JNIEXPORT

JNIEXPORT 是宏定义，表示一个函数需要暴露给共享库外部使用时。JNIEXPORT 在 Window 和 Linux 上有不同的定义：

jni.h:

// Windows 平台 :
#define JNIEXPORT __declspec(dllexport)
#define JNIIMPORT __declspec(dllimport)
// Linux 平台：
#define JNIIMPORT
#define JNIEXPORT  __attribute__ ((visibility ("default")))

关键词 JNICALL

JNICALL 是宏定义，表示一个函数是 JNI 函数。JNICALL 在 Window 和 Linux 上有不同的定义：

jni.h:

// Windows 平台 :
#define JNICALL __stdcall // __stdcall 是一种函数调用参数的约定 ,表示函数的调用参数是从右往左。
// Linux 平台：
#define JNICALL

参数 jobject

jobject 类型是 JNI 层对于 Java 层应用类型对象的表示。每一个从 Java 调用的 native 方法，在 JNI 函数中都会传递一个当前对象的引用。区分 2 种情况：

  • 静态 native 方法： 第二个参数为 jclass 类型，指向 native 方法所在类的 Class 对象；
  • 实例 native 方法： 第二个参数为 jobject 类型，指向调用 native 方法的对象。















































这世上真话本就不多，一个女孩子的脸红胜过一大段对白。但后来有了胭脂，便分不出是真情还是假意