java native方法与JNI实现

<div id="cnblogs\_post\_body" class="blogpost-body"><p><span style="color: #ff0000"><strong>native方法定义：</strong></span>        </p> <p>      简单地讲，一个Native Method就是一个java调用非java代码的接口。一个Native Method是这样一个java的方法：该方法的实现由非java语言实现，比如C。这个特征并非java所特有，很多其它的编程语言都有这一机制，比如在C＋＋中，你可以用extern "C"告知C＋＋编译器去调用一个C的函数。</p> <p><span style="color: #ff0000"><strong>VM怎样使Native Method跑起来：</strong></span><br>    我们知道，当一个类第一次被使用到时，这个类的字节码会被加载到内存，并且只会回载一次。在这个被加载的字节码的入口维持着一个该类所有方法描述符的list，这些方法描述符包含这样一些信息：方法代码存于何处，它有哪些参数，方法的描述符（public之类）等等。<br>    如果一个方法描述符内有native，这个描述符块将有一个指向该方法的实现的指针。这些实现在一些DLL文件内，但是它们会被操作系统加载到java程序的地址空间。当一个带有本地方法的类被加载时，其相关的DLL并未被加载，因此指向方法实现的指针并不会被设置。当本地方法被调用之前，这些DLL才会被加载，这是通过调用java.system.loadLibrary()实现的。</p> <p> </p> <p><span style="color: #ff0000"><strong>JNI实现本地方法：</strong></span></p> <h2>1.参考文献：</h2> <p><a href="http://blog.csdn.net/youjianbo\_han\_87/article/details/2586375">http://blog.csdn.net/youjianbo\_han\_87/article/details/2586375</a></p> <p><a href="http://blog.csdn.net/yangjiali014/article/details/1633017">http://blog.csdn.net/yangjiali014/article/details/1633017</a></p> <p><a href="http://blog.chinaunix.net/space.php?uid=7437948&do=blog&id=2054823">http://blog.chinaunix.net/space.php?uid=7437948&do=blog&id=2054823</a></p> <p><a href="http://www.iteye.com/topic/72543">http://www.iteye.com/topic/72543</a></p> <p><a href="http://www.enet.com.cn/article/2007/1029/A20071029886398.shtml">http://www.enet.com.cn/article/2007/1029/A20071029886398.shtml</a></p> <p><a href="http://blog.csdn.net/heqingrong623/article/details/3906350">http://blog.csdn.net/heqingrong623/article/details/3906350</a></p> <p>参考1:<a href="http://blog.chinaunix.net/space.php?uid=13756968&do=blog&id=2873440">用JNI调用C或C++动态联接库原来如此简单</a></p> <p>参考2：<a href="http://www.iteye.com/topic/304594">JNI技术实践小结</a></p> <p>参考3：<a href="http://www.cnblogs.com/sunnychuh/archive/2011/07/17/2108852.html">jni简单实例</a></p> <h2><a name="t1"></a>2.概述</h2> <p>今天在看<a class="replace\_word" title="Java SE知识库" href="http://lib.csdn.net/base/javase" target="\_blank">Java</a>多线程编程的时候，发现Thread这个类中有多个native方法，以前从来没有见过这种方法，因此对于比较好奇，查阅了一些资料，现在整理一下，以作备忘。</p> <p> </p> <h3><a name="t2"></a>2.1.native关键字用法</h3> <p><strong>native是与C++联合开发的时候用的！<strong>使用native关键字说明这个方法是原生函数，也就是这个方法是用C/C++语言实现的，并且被编译成了DLL，由java去调用</strong>。这些函数的实现体在DLL中，JDK的源代码中并不包含，你应该是看不到的。对于不同的平台它们也是不同的。这也是java的底层机制，实际上java就是在不同的平台上调用不同的native方法实现对操作系统的访问的。总而言之：<br></strong></p> <ol> <li>native 是用做java 和其他语言（如c++）进行协作时使用的，也就是native 后的函数的实现不是用java写的。</li> <li> 既然都不是java，那就别管它的源代码了，我们只需要知道这个方法已经被实现即可。</li> <li>native的意思就是通知操作系统，这个函数你必须给我实现，因为我要使用。所以native关键字的函数都是操作系统实现的， java只能调用。</li> <li>java是跨平台的语言，既然是跨了平台，所付出的代价就是牺牲一些对底层的控制，而java要实现对底层的控制，就需要一些其他语言的帮助，这个就是native的作用了</li> </ol> <h3><a name="t3"></a>2.2JNI简介</h3> <div>native方法是通过java中的JNI实现的。JNI是Java Native Interface的缩写。从Java 1.1开始，Java Native Interface (JNI)标准成为java平台的一部分，它允许Java代码和其他语言写的代码进行交互。<em><strong>JNI一开始是为了本地已编译语言，尤其是C和C++而设计的，但是它并不妨碍你使用其他语言，只要调用约定受支持就可以了。</strong></em>使用java与本地已编译的代码交互，通常会丧失平台可移植性。但是，有些情况下这样做是可以接受的，甚至是必须的，比如，使用一些旧的库，与硬件、操作系统进行交互，或者为了提高程序的性能。JNI标准至少保证本地代码能工作在任何Java 虚拟机实现下。</div> <p><strong>目前java与dll交互的技术主要有3种：jni，jawin和jacob。</strong>Jni（<a class="replace\_word" title="Java 知识库" href="http://lib.csdn.net/base/java" target="\_blank">Java </a>Native Interface）是sun提供的java与系统中的原生方法交互的技术（在windows\\<a class="replace\_word" title="Linux知识库" href="http://lib.csdn.net/base/linux" target="\_blank">Linux</a>系统中，实现java与native method互调）。目前只能由c/c++实现。后两个都是sourceforge上的开源项目，同时也都是基于jni技术的windows系统上的一个应用库。Jacob（Java-Com Bridge）提供了java程序调用microsoft的com对象中的方法的能力。而除了com对象外，jawin（Java/Win32 integration project）还可以win32-dll动态链接库中的方法。<strong>就功能而言：jni >> jawin>jacob，其大致的结构如下图：</strong></p> <div><img src="http://www.iteye.com/upload/picture/pic/28301/b4e7dd22-e186-3205-be0f-5135ac8c9cd5.png" alt=""></div> <div><strong>就易用性而言，正好相反：jacob>jawin>>jni。</strong></div> <div> <p>Jvm封装了各种<a class="replace\_word" title="操作系统知识库" href="http://lib.csdn.net/base/operatingsystem" target="\_blank">操作系统</a>实际的差异性的同时，提供了jni技术，使得开发者可以通过java程序（代码）调用到操作系统相关的技术实现的库函数，从而与其他技术和系统交互，使用其他技术实现的系统的功能；同时其他技术和系统也可以通过jni提供的相应原生接口开调用java应用系统内部实现的功能。</p> <p>在windows系统上，一般可执行的应用程序都是基于native的PE结构，windows上的jvm也是基于native结构实现的。Java应用体系都是构建于jvm之上。</p> </div> <div><img src="http://www.iteye.com/upload/picture/pic/28299/b9093e57-384b-375d-9265-2ee0769294f2.png" alt="" width="500" height="300"></div> <p>Jni对于应用本身来说，可以看做一个代理模式。对于开发者来说，需要使用c/c++来实现一个代理程序（jni程序）来实际操作目标原生函数，java程序中则是jvm通过加载并调用此jni程序来间接地调用目标原生函数。</p> <div><img src="http://www.iteye.com/upload/picture/pic/28297/29349bd2-3cfd-3bc3-afb4-5afb2452524e.png" alt="" width="500" height="250"></div> <div><br> <h3><a name="t4"></a>2.3JN的书写步骤</h3> <ol> <li>编写带有native声明的方法的java类，生成.java文件</li> <li>使用javac命令编译所编写的java类，生成.class文件</li> <li>使用javah -jni java<strong>类名</strong>生成扩展名为h的头文件，也即生成.h文件</li> <li>使用C/C++（或者其他编程想语言）实现本地方法，创建.h文件的实现，也就是创建.cpp文件实现.h文件中的方法</li> <li>将C/C++编写的文件生成动态连接库，生成dll文件</li> </ol> <h2><a name="t5"></a>3.JNI实例</h2> </div> <div>下列是所有操作都是在目录：<strong>D:\\JNI </strong>下进行的，这样做的好处是便于控制。还有另外一个要求是我们的java类不含包名，当前我只测试成功不含包名的类型。</div> <h3><a name="t6"></a>3.1.编写带有native声明的方法的java类：HelloWorld.java</h3> <div> <div class="dp-highlighter bg\_java"> <div class="bar"> <div class="tools"><strong>\[java\]</strong> <a class="ViewSource" title="view plain" href="http://blog.csdn.net/xw13106209/article/details/6989415#">view plain</a><span data-mod="popu\_168"><span data-mod="popu\_168"> <a class="CopyToClipboard" title="copy" href="http://blog.csdn.net/xw13106209/article/details/6989415#">copy</a></span></span> <div> </div> </div> </div> <ol class="dp-j" start="1"> <li class="alt"><span class="keyword">public <span class="keyword">class HelloWorld {  </span></span></li> <li>    <span class="keyword">public <span class="keyword">native <span class="keyword">void displayHelloWorld();<span class="comment">// java native方法申明  </span></span></span></span></li> <li class="alt">  </li> <li>    <span class="keyword">static {  </span></li> <li class="alt">        System.loadLibrary(<span class="string">"HelloWorldImpl");<span class="comment">// 装入动态链接库，"HelloWorldImpl"是要装入的动态链接库名称。  </span></span></li> <li>    }  </li> <li class="alt">  </li> <li>    <span class="keyword">public <span class="keyword">static <span class="keyword">void main(String\[\] args) {  </span></span></span></li> <li class="alt">        <span class="comment">// TODO Auto-generated method stub  </span></li> <li>        HelloWorld helloWorld = <span class="keyword">new HelloWorld();  </span></li> <li class="alt">        helloWorld.displayHelloWorld();  </li> <li>    }  </li> <li class="alt">}  </li> </ol></div> <h3><a name="t7"></a>3.2.使用javac命令编译所编写的java类</h3> <div class="dp-highlighter bg\_java"> <div class="bar"> <div class="tools"><strong>\[java\]</strong> <a class="ViewSource" title="view plain" href="http://blog.csdn.net/xw13106209/article/details/6989415#">view plain</a><span data-mod="popu\_168"><span data-mod="popu\_168"> <a class="CopyToClipboard" title="copy" href="http://blog.csdn.net/xw13106209/article/details/6989415#">copy</a></span></span> <div> </div> </div> </div> <ol class="dp-j" start="1"> <li class="alt">d:\\JNI>javac HelloWorld.java  </li> </ol></div>

执行完上述命令以后生成<strong>D:\JNI\HelloWorld.class</strong>文件</div>

<h3><a name="t8"></a>3.3.使用javah -jni java类名生成扩展名为h的头文件</h3> <div> <div class="dp-highlighter bg\_java"> <div class="bar"> <div class="tools"><strong>\[java\]</strong> <a class="ViewSource" title="view plain" href="http://blog.csdn.net/xw13106209/article/details/6989415#">view plain</a><span data-mod="popu\_168"><span data-mod="popu\_168"> <a class="CopyToClipboard" title="copy" href="http://blog.csdn.net/xw13106209/article/details/6989415#">copy</a></span></span> <div> </div> </div> </div> <ol class="dp-j" start="1"> <li class="alt">d:\\JNI>javah -jni HelloWorld  </li> </ol></div>

执行完上述命令以后生成<strong>D:\JNI\HelloWorld.h</strong>文件，该文件内容如下：</div>

<div> <div class="dp-highlighter bg\_java"> <div class="bar"> <div class="tools"><strong>\[java\]</strong> <a class="ViewSource" title="view plain" href="http://blog.csdn.net/xw13106209/article/details/6989415#">view plain</a><span data-mod="popu\_168"><span data-mod="popu\_168"> <a class="CopyToClipboard" title="copy" href="http://blog.csdn.net/xw13106209/article/details/6989415#">copy</a></span></span> <div> </div> </div> </div> <ol class="dp-j" start="1"> <li class="alt"><span class="comment">/\* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated \*/  </span></li> <li>#include <jni.h>  </li> <li class="alt"><span class="comment">/\* Header for class HelloWorld \*/  </span></li> <li>  </li> <li class="alt">#ifndef \_Included\_HelloWorld  </li> <li>#define \_Included\_HelloWorld  </li> <li class="alt">#ifdef \_\_cplusplus  </li> <li>extern <span class="string">"C" {  </span></li> <li class="alt">#endif  </li> <li><span class="comment">/\* </span></li> <li class="alt"><span class="comment"> \* Class:     HelloWorld </span></li> <li><span class="comment"> \* Method:    displayHelloWorld </span></li> <li class="alt"><span class="comment"> \* Signature: ()V </span></li> <li><span class="comment"> \*/  </span></li> <li class="alt">JNIEXPORT <span class="keyword">void JNICALL Java\_HelloWorld\_displayHelloWorld  </span></li> <li>  (JNIEnv \*, jobject);  </li> <li class="alt">  </li> <li>#ifdef \_\_cplusplus  </li> <li class="alt">}  </li> <li>#endif  </li> <li class="alt">#endif  </li> </ol></div>

这里我们可以这样理解：这个h文件相当于我们在java里面的接口，这里声明了一个 Java_HelloWorld_displayHelloWorld (JNIEnv *, jobject);方法，然后在我们的本地方法里面实现这个方法，也就是说我们在编写C/C++程序的时候所使用的方法名必须和这里的一致</div>

<h3><a name="t9"></a>3.4.使用C/C++实现本地方法</h3> <div>创建HelloWorldImpl.cpp，代码如下所示： <div class="dp-highlighter bg\_java"> <div class="bar"> <div class="tools"><strong>\[java\]</strong> <a class="ViewSource" title="view plain" href="http://blog.csdn.net/xw13106209/article/details/6989415#">view plain</a><span data-mod="popu\_168"><span data-mod="popu\_168"> <a class="CopyToClipboard" title="copy" href="http://blog.csdn.net/xw13106209/article/details/6989415#">copy</a></span></span> <div> </div> </div> </div> <ol class="dp-j" start="1"> <li class="alt">#include <span class="string">"HelloWorld.h"  </span></li> <li>#include <stdio.h>  </li> <li class="alt">#include <jni.h>  </li> <li><span class="comment">/\* </span></li> <li class="alt"><span class="comment"> \* Class:     HelloWorld </span></li> <li><span class="comment"> \* Method:    displayHelloWorld </span></li> <li class="alt"><span class="comment"> \* Signature: ()V </span></li> <li><span class="comment"> \*/  </span></li> <li class="alt">JNIEXPORT <span class="keyword">void JNICALL Java\_HelloWorld\_displayHelloWorld  </span></li> <li>  (JNIEnv \*, jobject)  </li> <li class="alt"> {  </li> <li>    printf(<span class="string">"Hello World!\\n");  </span></li> <li class="alt">    <span class="keyword">return;  </span></li> <li>}  </li> </ol></div> <h3><a name="t10"></a>3.5.将C/C++编写的文件生成动态连接库</h3> </div> <div>将<strong>D:\\Program Files\\Java\\jdk1.6.0\_26\\include\\jni.h</strong>和<strong>D:\\Program Files\\Java\\jdk1.6.0\_26\\include\\win32\\jni\_md.h</strong>这两个文件拷贝到<strong>D:\\JNI\\</strong>目录下。与HelloWorldImpl.cpp同目录，目录结构如下图所示：</div> <div><img src="http://hi.csdn.net/attachment/201111/19/0\_13217054802DFm.gif" alt=""></div> <h3><a name="t11"></a>3.7 执行 cl/LD D:\\JNI\\HelloWorldImpl.cpp  得到HelloWorldImpl.dll文件</h3> <div>我使用的是visual studio 2010，要使用其中的cl命令，必须打开visual studio 命令行，如下图所示：</div> <div><img src="http://hi.csdn.net/attachment/201111/19/0\_1321705839zhK8.gif" alt=""></div> <div>然后再命令行中输入如下命令</div> <div> <div class="dp-highlighter bg\_java"> <div class="bar"> <div class="tools"><strong>\[java\]</strong> <a class="ViewSource" title="view plain" href="http://blog.csdn.net/xw13106209/article/details/6989415#">view plain</a><span data-mod="popu\_168"><span data-mod="popu\_168"> <a class="CopyToClipboard" title="copy" href="http://blog.csdn.net/xw13106209/article/details/6989415#">copy</a></span></span> <div> </div> </div> </div> <ol class="dp-j" start="1"> <li class="alt">cl/LD D:\\JNI\\HelloWorldImpl.cpp    </li> </ol></div>

具体如下图所示：</div>

<div><img src="http://hi.csdn.net/attachment/201111/19/0\_1321705922dliG.gif" alt=""><br>执行完上述命令以后，我们在C:\\Program Files (x86)\\Microsoft Visual Studio 10.0\\VC可以看到生成的四个文件，分别是：</div> <div> <ul> <li>HelloWorldImpl.dll</li> <li>HelloWorldImpl.exp</li> <li>HelloWorldImpl.lib</li> <li>HelloWorldImpl.obj</li> </ul> <div>将其中的HelloWorldImpl.dll拷贝到<strong>D:\\JNI\\</strong>目录下。</div> </div> <h3><a name="t12"></a>3.8.执行class得到结果</h3> <div>在cmd中运行：</div> <div> <div class="dp-highlighter bg\_java"> <div class="bar"> <div class="tools"><strong>\[java\]</strong> <a class="ViewSource" title="view plain" href="http://blog.csdn.net/xw13106209/article/details/6989415#">view plain</a><span data-mod="popu\_168"><span data-mod="popu\_168"> <a class="CopyToClipboard" title="copy" href="http://blog.csdn.net/xw13106209/article/details/6989415#">copy</a></span></span> <div> </div> </div> </div> <ol class="dp-j" start="1"> <li class="alt">d:\\JNI>java HelloWorld  </li> </ol></div>

具体如下图所示：</div>

<div><img src="http://hi.csdn.net/attachment/201111/19/0\_13217061542EyJ.gif" alt=""></div> <div> </div> <h2><a name="t13"></a>4.在eclipse下运行</h2> <div> <ul> <li>4.1在eclipse下创建一个叫做jnitest的project</li> <li>4.2添加一个同3.1一样的HelloWorld.java</li> <li>4.3保存HelloWorld.java以后在jnitest\\bin目录下会生成HelloWorld.class。</li> <li>4.4根据根据HelloWorld.class生成HelloWorld.h文件</li> <li>4.5创建HelloWorldImpl.cpp来实现HelloWorld.h中的方法</li> <li>4.6使用Visual studio 2010生成HelloWorldImpl.dll</li> <li>4.7在Eclipse中运行HelloWorld程序，报错如下：</li> </ul> </div> <div> <div class="dp-highlighter bg\_java"> <div class="bar"> <div class="tools"><strong>\[java\]</strong> <a class="ViewSource" title="view plain" href="http://blog.csdn.net/xw13106209/article/details/6989415#">view plain</a><span data-mod="popu\_168"><span data-mod="popu\_168"> <a class="CopyToClipboard" title="copy" href="http://blog.csdn.net/xw13106209/article/details/6989415#">copy</a></span></span> <div> </div> </div> </div> <ol class="dp-j" start="1"> <li class="alt">java.lang.UnsatisfiedLinkError: no HelloWorldImpl in java.library.path  </li> <li>    at java.lang.ClassLoader.loadLibrary(ClassLoader.java:<span class="number">1738)  </span></li> <li class="alt">    at java.lang.Runtime.loadLibrary0(Runtime.java:<span class="number">823)  </span></li> <li>    at java.lang.System.loadLibrary(System.java:<span class="number">1028)  </span></li> <li class="alt">    at HelloWorld.<clinit>(HelloWorld.java:<span class="number">6)  </span></li> </ol></div> </div> <div> <ul> <li>4.8将HelloWorldImpl.dll拷贝到C:\\Windows\\System32</li> <li>4.9再次执行HelloWorld程序，程序正常运行，console输出“Hello World!”</li> </ul> </div></div>

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