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使用JNI進(jìn)行混合編程：在Java中調(diào)用C/C++本地庫(kù)

作者：icejoywoo
開(kāi)發(fā) 后端
JNI是Java Native Interface的英文縮寫(xiě), 中文翻譯為本地調(diào)用, 自從Java 1.1開(kāi)始就成為了Java標(biāo)準(zhǔn)的一部分。

JNI是Java Native Interface的英文縮寫(xiě), 中文翻譯為本地調(diào)用, 自從Java 1.1開(kāi)始就成為了Java標(biāo)準(zhǔn)的一部分。

C/C++是系統(tǒng)級(jí)的編程語(yǔ)言, 可以用來(lái)開(kāi)發(fā)任何和系統(tǒng)相關(guān)的程序和類庫(kù), 但是Java本身編寫(xiě)底層的應(yīng)用比較難實(shí)現(xiàn), 使用JNI可以調(diào)用現(xiàn)有的本地庫(kù), 極大地靈活了Java的開(kāi)發(fā)。

C/C++的效率是目前***的語(yǔ)言, 可以使用C/C++來(lái)實(shí)現(xiàn)一些實(shí)時(shí)性非常高的部分. C/C++和Java本身都是非常流行的編程語(yǔ)言, 一些大型軟件中經(jīng)常使用語(yǔ)言之間的混合編程。

鑒于目前網(wǎng)絡(luò)上JNI的文章不是特別多, 我將自己的一些總結(jié)寫(xiě)在這里. 如有錯(cuò)漏, 歡迎指正！

Java調(diào)用C/C++大概有這樣幾個(gè)步驟

  • 編寫(xiě)帶有native方法的Java類, 使用javac工具編譯Java類
  • 使用javah來(lái)生成與native方法對(duì)應(yīng)的頭文件
  • 實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的頭文件, 并編譯為動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(windows下是.dll, linux下是.so)

下面就完整的介紹一個(gè)簡(jiǎn)單的Java調(diào)用C/C++的例子, 這個(gè)例子是來(lái)自http://www.ibm.com/developerworks/cn/education/java/j-jni/index.html, 不過(guò)其中有一些錯(cuò)誤, 這個(gè)文章是非常不錯(cuò)的JNI學(xué)習(xí)資料, 但是非常古老.

編寫(xiě)Java類

我們來(lái)編寫(xiě)一個(gè)Sample1的java類

  1. public class Sample1 {  
  2.     public native int intMethod(int n);  
  3.     public native boolean booleanMethod(boolean bool);  
  4.     public native String stringMethod(String text);  
  5.     public native int intArrayMethod(int[] intArray);  
  6.        
  7.     public static void main(String[] args) {  
  8.         System.loadLibrary("Sample1");  
  9.         Sample1 sample = new Sample1();  
  10.         int square = sample.intMethod(5);  
  11.         boolean bool = sample.booleanMethod(true);  
  12.         String text = sample.stringMethod("Java");  
  13.         int sum = sample.intArrayMethod(new int[]{1,2,3,4,5,8,13});  
  14.            
  15.         System.out.println("intMethod: " + square);  
  16.         System.out.println("booleanMethod: " + bool);  
  17.         System.out.println("stringMethod: " + text);  
  18.         System.out.println("intArrayMethod: " + sum);  
  19.     }  
  20. } 

上面有4個(gè)native方法, 分別是4種類型的參數(shù), int, boolean, String, int[].

其中有一句比較重要, 這句話加載了動(dòng)態(tài)類庫(kù)

  1. System.loadLibrary("Sample1"); 

在windows下加載的就是Sample1.dll, 在linux下加載的就是Sample1.so。

本文使用的windowws, 所以后面使用Sample1.dll來(lái)表示Sample1動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。

注意：不可以在代碼中寫(xiě)上后綴dll或so. 還要保證Sample1.dll在path路徑中. 這個(gè)Sample1.dll是我們后面需要編譯出來(lái)的東西。

4個(gè)native方法就是我們需要用C來(lái)實(shí)現(xiàn)的方法。

編譯Sample1.java, 使用命令行(windows是cmd, linux下一般是bash)

>javac Sample1.java

可以看到Sample1.class文件

使用javah生成頭文件

在命令行中運(yùn)行

>javah Sample1

可以在目錄下看到一個(gè)新文件Sample1.h

  1. /* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */ 
  2. #include <jni.h>  
  3. /* Header for class Sample1 */ 
  4.    
  5. #ifndef _Included_Sample1  
  6. #define _Included_Sample1  
  7. #ifdef __cplusplus  
  8. extern "C" {  
  9. #endif  
  10. /*  
  11.  * Class:     Sample1  
  12.  * Method:    intMethod  
  13.  * Signature: (I)I  
  14.  */ 
  15. JNIEXPORT jint JNICALL Java_Sample1_intMethod  
  16.   (JNIEnv *, jobject, jint);  
  17.    
  18. /*  
  19.  * Class:     Sample1  
  20.  * Method:    booleanMethod  
  21.  * Signature: (Z)Z  
  22.  */ 
  23. JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_Sample1_booleanMethod  
  24.   (JNIEnv *, jobject, jboolean);  
  25.    
  26. /*  
  27.  * Class:     Sample1  
  28.  * Method:    stringMethod  
  29.  * Signature: (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;  
  30.  */ 
  31. JNIEXPORT jstring JNICALL Java_Sample1_stringMethod  
  32.   (JNIEnv *, jobject, jstring);  
  33.    
  34. /*  
  35.  * Class:     Sample1  
  36.  * Method:    intArrayMethod  
  37.  * Signature: ([I)I  
  38.  */ 
  39. JNIEXPORT jint JNICALL Java_Sample1_intArrayMethod  
  40.   (JNIEnv *, jobject, jintArray);  
  41.    
  42. #ifdef __cplusplus  
  43. }  
  44. #endif  
  45. #endif 

我們可以看到其中有四個(gè)函數(shù)聲明, Java_完整類名_方法名, 完整類名包括了包名, 例如demo.Sample1是完整類名, 對(duì)應(yīng)的這里就是demo_Sample1.

在注釋中我們可以看到這樣一個(gè)東西 Signature, 這個(gè)是方法的簽名. 關(guān)于Signature, 下面通過(guò)一個(gè)表格來(lái)說(shuō)明。

java類型 Signature 備注
boolean Z  
byte B  
char C  
short S  
int I  
long L  
float F  
double D  
void V  
object L用/分割的完整類名 例如: Ljava/lang/String表示String類型
Array [簽名 例如: [I表示int數(shù)組, [Ljava/lang/String表示String數(shù)組
Method (參數(shù)簽名)返回類型簽名 例如: ([I)I表示參數(shù)類型為int數(shù)組, 返回int類型的方法

上面頭文件的***個(gè)函數(shù)聲明

  1. JNIEXPORT jint JNICALL Java_Sample1_intMethod (JNIEnv *, jobject, jint); 

注釋中的簽名是 Signature: (I)I

在每個(gè)函數(shù)的參數(shù)列表中都有JNIEnv *和 jobject兩個(gè)參數(shù), 這兩個(gè)參數(shù)稍候說(shuō)明。

實(shí)現(xiàn)頭文件中的函數(shù)

可以使用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn), 也可以使用C++來(lái)實(shí)現(xiàn), 下面先說(shuō)說(shuō)C語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)。

  1. #include "Sample1.h" 
  2. #include <string.h>  
  3.    
  4. JNIEXPORT jint JNICALL Java_Sample1_intMethod  
  5.   (JNIEnv *env, jobject obj, jint num)  
  6. {  
  7.     return num * num;  
  8. }  
  9.    
  10. JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_Sample1_booleanMethod  
  11.   (JNIEnv *env, jobject obj, jboolean boolean)  
  12. {  
  13.     return !boolean;  
  14. }  
  15.    
  16. JNIEXPORT jstring JNICALL Java_Sample1_stringMethod  
  17.   (JNIEnv *env, jobject obj, jstring string)  
  18. {  
  19.     const char* str = (*env)->GetStringUTFChars(env, string, 0);  
  20.     char cap[128];  
  21.     strcpy(cap, str);  
  22.     (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, string, 0);  
  23.     return (*env)->NewStringUTF(env, strupr(cap));  
  24. }  
  25.    
  26. JNIEXPORT jint JNICALL Java_Sample1_intArrayMethod  
  27.   (JNIEnv *env, jobject obj, jintArray array)  
  28. {  
  29.     int i, sum = 0;  
  30.     jsize len = (*env)->GetArrayLength(env, array);  
  31.     jint *body = (*env)->GetIntArrayElements(env, array, 0);  
  32.        
  33.     for (i = 0; i < len; ++i)  
  34.     {  
  35.         sum += body[i];  
  36.     }  
  37.     (*env)->ReleaseIntArrayElements(env, array, body, 0);  
  38.     return sum;  
  39. } 

(*env)->GetStringUTFChars()這個(gè)方法, 是用來(lái)在Java和C之間轉(zhuǎn)換字符串的, 因?yàn)镴ava本身都使用了雙字節(jié)的字符, 而C語(yǔ)言本身都是單字節(jié)的字符, 所以需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換.

JNIEnv *是每個(gè)函數(shù)都有的參數(shù), 它包含了很多有用的方法, 使用起來(lái)類似Java的反射, 也提供了這樣一個(gè)編碼轉(zhuǎn)換的函數(shù).

GetStringUTFChars()和NewStringUTF(), ***個(gè)是從UTF8轉(zhuǎn)換為C的編碼格式, 第二個(gè)是根據(jù)C的字符串返回一個(gè)UTF8字符串.

ReleaseStringUTFChars()是用來(lái)釋放對(duì)象的, 在Java中有虛擬機(jī)進(jìn)行垃圾回收, 但是在C語(yǔ)言中, 這些對(duì)象必須手動(dòng)回收. 否則可能造成內(nèi)存泄漏.

函數(shù)的名字一眼看到就可以猜出功能, jni.h中的大部分函數(shù)名都是這樣.

如果是C++的話, 這段代碼該怎么寫(xiě)?

下面是C++的代碼

  1. #include "Sample1.h"  
  2. #include <string.h>  
  3.    
  4. JNIEXPORT jint JNICALL Java_Sample1_intMethod  
  5.   (JNIEnv *env, jobject obj, jint num)  
  6. {  
  7.     return num * num;  
  8. }  
  9.    
  10. JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_Sample1_booleanMethod  
  11.   (JNIEnv *env, jobject obj, jboolean boolean)  
  12. {  
  13.     return !boolean;  
  14. }  
  15.    
  16. JNIEXPORT jstring JNICALL Java_Sample1_stringMethod  
  17.   (JNIEnv *env, jobject obj, jstring string)  
  18. {  
  19.     const char* str = env->GetStringUTFChars(string, 0);  
  20.     char cap[128];  
  21.     strcpy(cap, str);  
  22.     env->ReleaseStringUTFChars(string, 0);  
  23.     return env->NewStringUTF(strupr(cap));  
  24. }  
  25.    
  26. JNIEXPORT jint JNICALL Java_Sample1_intArrayMethod  
  27.   (JNIEnv *env, jobject obj, jintArray array)  
  28. {  
  29.     int i, sum = 0;  
  30.     jsize len = env->GetArrayLength(array);  
  31.     jint *body = env->GetIntArrayElements(array, 0);  
  32.        
  33.     for (i = 0; i < len; ++i)  
  34.     {  
  35.         sum += body[i];  
  36.     }  
  37.     env->ReleaseIntArrayElements(array, body, 0);  
  38.     return sum;  
  39. } 

上述兩端代碼非常相似, 只有一個(gè)不同點(diǎn)

C代碼: (*env)->GetStringUTFChars(env, string, 0);

C++代碼: env->GetStringUTFChars(string, 0);

C語(yǔ)言中使用的是結(jié)構(gòu)體的函數(shù)指針, 而在C++中使用的還是struct, 我們知道struct在C++中和class的功能是幾乎一樣的, struct也可以用來(lái)定義類, 所以env在C++中是個(gè)類對(duì)象的指針.

編譯和運(yùn)行

這里使用的是微軟編譯器, 編譯C語(yǔ)言版的dll

>cl -I%JAVA_HOME%\include -I%JAVA_HOME%\include\win32 -LD Sample1.c -FeSample1.dll

編譯C++版本的dll

>cl -I%JAVA_HOME%\include -I%JAVA_HOME%\include\win32 -LD Sample1.cpp -FeSample1.dll

運(yùn)行

>java Sample1

注意: 64位版本的JDK可能會(huì)在運(yùn)行時(shí)報(bào)錯(cuò):

java.lang.UnsatisfiedLinkError: ...Sample1.dll: Can't load IA 32-bit .dll on a AMD 64-bit platform

如果您有這樣的錯(cuò)誤, 請(qǐng)使用32位的JDK來(lái)重新運(yùn)行.

運(yùn)行結(jié)果如下：

intMethod: 25 
booleanMethod: false 
stringMethod: JAVA 
intArrayMethod: 36

源代碼下載: Sample1.zip

運(yùn)行其中的build&run.bat文件即可, 如有錯(cuò)誤請(qǐng)根據(jù)實(shí)際情況修改其中的一些參數(shù).

DLL工程文件VC6.0和VS2010的: VC6.0&VS2010.zip

參考文獻(xiàn):

  1. Scott Stricker, 用 JNI 進(jìn)行 Java 編程, http://www.ibm.com/developerworks/cn/education/java/j-jni/section2.html
  2. JDK 6u30 docs, Java Native Interface Specification, Chapter 3 JNI Types and Data Structures, Type Signatures.

原文鏈接：http://www.cnblogs.com/icejoywoo/archive/2012/02/22/2363709.html

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責(zé)任編輯：林師授 來(lái)源： icejoywoo的博客
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