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在Linux平台下使用JNI



作者:未知    文章来源:www.jspcn.net
发布日期:2005年01月19日
内容:

引言
实现步骤及相关函数使用
应用中注意事项
结束语
参考资料
关于作者

张翼翔 李庆明
2002 年 10 月

1 引言

Java的出现给大家开发带来的极大的方便。但是,如果我们有大量原有的经过广泛测试的非Java代码,将它们全部用Java来重写,恐怕会带来巨大的工作量和长期的测试;如果我们的应用中需要访问到特定的设备,甚至是仅符合公司内部信息交互规范的设备,或某个特定的操作系统才有的特性,Java就显得有些力不从心了。面对这些问题,Sun公司在JDK1.0中就定义了JNI规范,它规定了Java应用程序对本地方法的调用规则。

2 实现步骤及相关函数使用

本文将一步步说明在Linux平台下如何实现本地共享库与Java协同工作。Hello World程序是目前标准的入门第一步,那么,我也以类似的应用最为样例。

第一步,定义一个 Java 类 -- Hello. 它提供SayHello方法:

此时应注意两点:

1.为要使用的每个本地方法编写本地方法声明,其声明方式与普通 Java 方法接口没什么不同,只是必须指定 native 关键字,如下所示:

public native void SayHello(String strName);

在这个函数中,我们将根据传进的人名,向某人问好。

2.必须显式地加载本地代码库。我们需在类的一个静态块中加载这个库:


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




再加上必要的异常处理就生成如下源文件Hello.java:


public class Hello
{
static
{
try
{
//此处即为本地方法所在链接库名
System.loadLibrary("hello");
}
catch(UnsatisfiedLinkError e)
{
System.err.println( "Cannot load hello library: " +
e.toString() );
}
}
public Hello()
{
}
//声明的本地方法
public native void SayHello(String strName);
}




编译后生成Hello.class文件。

第二步,生成本地链接库。具体过程如下:

1. 要为以上定义的类生成 Java 本地接口头文件,需使用javah,Java 编译器的 javah 功能将根据 Hello类生成必要的声明,此命令将生成Hello.h 文件,我们在共享库的代码中要包含它,javah不使默认内部命令,需要指明路径,它在JDK的bin目录下,在我的Linux环境下命令如下:

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

生成的Hello.h 文件 内容如下所示:


/* 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.在与Hello.h相同的路径下创建一个CPP文件Hello.cpp。内容如下:


#include "Hello.h"
#include <stdio.h>
//与Hello.h中函数声明相同
JNIEXPORT void JNICALL Java_Hello_SayHello (JNIEnv * env, jobject arg, jstring instring)
{
//从instring字符串取得指向字符串UTF编码的指针
const jbyte *str =
(const jbyte *)env->GetStringUTFChars( instring, JNI_FALSE );
printf("Hello,%s ",str);
//通知虚拟机本地代码不再需要通过str访问Java字符串。
env->ReleaseStringUTFChars( instring, (const char *)str );
return;
}




所有的JNI调用都使用了JNIEnv *类型的指针,习惯上在CPP文件中将这个变量定义为evn,它是任意一个本地方法的第一个参数。env指针指向一个函数指针表,在VC中可以直接用"->"操作符访问其中的函数。

jobject 指向在此 Java 代码中实例化的 Java 对象 LocalFunction的一个句柄,相当于this指针。

后续的参数就是本地调用中有Java程序传进的参数,本例中只有一个String型参数。对于字符串型参数,因为在本地代码中不能直接读取 Java 字符串,而必须将其转换为 C /C++字符串或 Unicode。以下是三个我们经常会用到的字符串类型处理的函数:

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

返回指向字符串UTF编码的指针,如果不能创建这个字符数组,返回null。这个指针在调用ReleaseStringUTFChar()函数之前一直有效。

参数:string Java字符串对象
isCopy 如果进行拷贝,指向以JNI_TRUE填充的jboolean,否则指向以JNI_FALSE填充的jboolean。
void ReleaseStringUTFChars(jstring str, const char* chars)
通知虚拟机本地代码不再需要通过chars访问Java字符串。

参数:string Java字符串对象
chars 由GetStringChars返回的指针
jstring NewStringUTF(const char *utf)
返回一个新的Java字符串并将utf内容拷贝入新串,如果不能创建字符串对象,
返回null。通常在反值类型为string型时用到。

参数:utf UTF编码的字符串指针
对于数值型参数,在C/C++中可直接使用,其字节宽度如下所示:
Java C/C++ 字节数 boolean jboolean 1 byte jbyte 1 char jchar 2 short jshort 2 int jint 4 long jlong 8 float jfloat 4 double jdouble 8

对于数组型参数,
Java C/C++ boolean[ ] JbooleanArray byte[ ] JbyteArray char[ ] JcharArray short[ ] JshortArray int[ ] JintArray long[ ] JlongArray float[ ] JfloatArray double[ ] JdoubleArray
对于上述类型数组,有一组函数与其对应。以下函数中Xxx为对应类型。
xxx * GetXxxArrayElements(xxxArray array, jboolean *isCopy)
产生一个指向Java数组元素的C指针。不再需要时,需将此指针传给ReleaseXxxArrayElemes。

参数:array 数组对象
isCopy 如果进行拷贝,指向以JNI_TRUE填充的jboolean,否则指向以JNI_FALSE填充的jboolean。
例如: jboolean * GetBooleanArrayElements(jbooleanArray array, jboolean *isCopy)
void ReleaseXxxArrayElements(xxxArray array,xxx *elems, jint mode)
通知虚拟机不再需要从GetXxxArrayElements得到的指针。

参数:array 数组对象
elems 不再需要的指向数组元素的指针
mode 0=在更新数组元素后释放elems缓冲器
JNI_COMMIT=在更新数组元素后不释放elems缓冲器
JNI_ABORT=不更新数组元素释放elems缓冲器
例如:void ReleaseBooleanArrayElements(jbooleanArray array,jboolean *elems, jint mode)
xxxArray NewXxxArray(jsize len)
产生一个新的数组,通常在反值类型为数组型时用到

参数:len 数组中元素的个数。
例如:jbooleanArray NewBooleanArray(jsize len)

3.编译生成共享库。

使用GCC时,必须通知编译器在何处查找此 Java 本地方法的支持文件,并且显式通知编译器生成位置无关的代码,在我的环境中按如下过程编译:


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




生成Hello.o


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




生成libhello.so.1.0

接下来将生成的共享库拷贝为标准文件名

cp libhello.so.1.0 libhello.so

最后通知动态链接程序此共享文件的路径。

export LD_LIBRARY_PATH=`pwd`:$LD_LIBRARY_PATH

4.编写一个简单的Java程序来测试我们的本地方法。

将如下源码存为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();
//调用本地方法向John问好
h.SayHello("John");
}
}




用javac编译ToSay.java,生成ToSay.class
向执行普通Java程序一样使用java ToSay,我们会看到在屏幕上出现Hello,John。
到这里我们就将整个的本地调用编写过程大概浏览了一遍。

3 应用中注意事项

1. 如果可以通过TCP/IP实现Java代码与本地C/C++代码的交互工作,那么最好不使用以上提到的JNI的方式,因为一次JNI调用非常耗时,大概要花0.5~1个毫秒。

2. 在一个Applet应用中,不要使用JNI。因为在 applet 中可能引发安全异常。

3. 将所有本地方法都封装在单个类中,这个类调用单个 DLL。对于每种目标操作系统,都可以用特定于适当平台的版本替换这个 DLL。这样就可以将本地代码的影响减至最小,并有助于将以后所需的移植问题包含在内。

4. 本地方法要简单。尽量将生成的DLL 对任何第三方运行时 DLL 的依赖减到最小。使本地方法尽量独立,以将加载DLL 和应用程序所需的开销减到最小。如果必须要运行时 DLL,则应随应用程序一起提供它们。

5. 本地代码运行时,没有有效地防数组越界错误、错误指针引用带来的间接错误等。所以必须保证保证本地代码的稳定性,因为,丝毫的错误都可能导致Java虚拟机崩溃。

4 结束语

JNI调用规范给我们复用原有其它语言的代码提供了简单易用的接口,可以节省大量的财力,使我们可以在享受Java带来的开发速度的同时,不必放弃旧有资源。

5 参考文献

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/

作者简介:

张翼翔 :拥有8年的软件开发经验。曾经领导瑞星杀毒软件网络版和I´m上网管理系统的研发工作。现任北京华夏新视科技有限公司研发部经理
李庆明:从事软件开发已经有5年。有丰富的嵌入式Linux和Java开发经验。现任广东捷远资讯科技有限公司技术总监

--摘自IBM网站 
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