Java JNI調用本地動態庫使用詳解
java native方法與JNI實現
native方法定義： php
簡單地講，一個Native Method就是一個java調用非java代碼的接口。一個Native Method是這樣一個java的方法：該方法的實現由非java語言實現，好比C。這個特徵並不是java所特有，不少其它的編程語言都有這一機制，好比在C＋＋中，你能夠用extern "C"告知C＋＋編譯器去調用一個C的函數。html
VM怎樣使Native Method跑起來：
咱們知道，當一個類第一次被使用到時，這個類的字節碼會被加載到內存，而且只會回載一次。在這個被加載的字節碼的入口維持着一個該類全部方法描述符的list，這些方法描述符包含這樣一些信息：方法代碼存於何處，它有哪些參數，方法的描述符（public之類）等等。
若是一個方法描述符內有native，這個描述符塊將有一個指向該方法的實現的指針。這些實如今一些DLL文件內，可是它們會被操做系統加載到java程序的地址空間。當一個帶有本地方法的類被加載時，其相關的DLL並未被加載，所以指向方法實現的指針並不會被設置。當本地方法被調用以前，這些DLL纔會被加載，這是經過調用java.system.loadLibrary()實現的。java
2.概述
今天在看Java多線程編程的時候，發現Thread這個類中有多個native方法，之前歷來沒有見過這種方法，所以對於比較好奇，查閱了一些資料，如今整理一下，以做備忘。linux
2.1.native關鍵字用法
native是與C++聯合開發的時候用的！使用native關鍵字說明這個方法是原生函數，也就是這個方法是用C/C++語言實現的，而且被編譯成了DLL，由java去調用。 這些函數的實現體在DLL中，JDK的源代碼中並不包含，你應該是看不到的。對於不一樣的平臺它們也是不一樣的。這也是java的底層機制，實際上java就是在不一樣的平臺上調用不一樣的native方法實現對操做系統的訪問的。總而言之：c++
- native 是用作java 和其餘語言（如c++）進行協做時使用的，也就是native 後的函數的實現不是用java寫的。
- 既然都不是java，那就別管它的源代碼了，咱們只須要知道這個方法已經被實現便可。
- native的意思就是通知操做系統， 這個函數你必須給我實現，由於我要使用。 因此native關鍵字的函數都是操做系統實現的， java只能調用。
- java是跨平臺的語言，既然是跨了平臺，所付出的代價就是犧牲一些對底層的控制，而java要實現對底層的控制，就須要一些其餘語言的幫助，這個就是native的做用了
2.2JNI簡介
native方法是經過java中的JNI實現的。JNI是Java Native Interface的 縮寫。從Java 1.1開始，Java Native Interface (JNI)標準成爲java平臺的一部分，它容許Java代碼和其餘語言寫的代碼進行交互。JNI一開始是爲了本地已編譯語言，尤爲是C和C++而設計 的，可是它並不妨礙你使用其餘語言，只要調用約定受支持就能夠了。使用java與本地已編譯的代碼交互，一般會喪失平臺可移植性。可是，有些狀況下這樣作是能夠接受的，甚至是必須的，好比，使用一些舊的庫，與硬件、操做系統進行交互，或者爲了提升程序的性能。JNI標準至少保證本地代碼能工做在任何Java 虛擬機實現下。程序員
目前java與dll交互的技術主要有3種：jni，jawin和jacob。Jni（Java Native Interface）是sun提供的java與系統中的原生方法交互的技術（在windows\Linux系統中，實現java與native method互調）。目前只能由c/c++實現。後兩個都是sourceforge上的開源項目，同時也都是基於jni技術的windows系統上的一個應用庫。Jacob（Java-Com Bridge）提供了java程序調用microsoft的com對象中的方法的能力。而除了com對象外，jawin（Java/Win32 integration project）還能夠win32-dll動態連接庫中的方法。就功能而言：jni >> jawin>jacob，其大體的結構以下圖：編程
就易用性而言，正好相反：jacob>jawin>>jni。windows
Jvm封裝了各類操做系統實際的差別性的同時，提供了jni技術，使得開發者能夠經過java程序（代碼）調用到操做系統相關的技術實現的庫函數，從而與其餘技術和系統交互，使用其餘技術實現的系統的功能；同時其餘技術和系統也能夠經過jni提供的相應原生接口開調用java應用系統內部實現的功能。多線程
在windows系統上，通常可執行的應用程序都是基於native的PE結構，windows上的jvm也是基於native結構實現的。Java應用體系都是構建於jvm之上。app
Jni對於應用自己來講，能夠看作一個代理模式。對於開發者來講，須要使用c/c++來實現一個代理程序（jni程序）來實際操做目標原生函數，java程序中則是jvm經過加載並調用此jni程序來間接地調用目標原生函數。
2.3JN的書寫步驟
- 編寫帶有native聲明的方法的java類，生成.java文件
- 使用javac命令編譯所編寫的java類，生成.class文件
- 使用javah -jni java類名生成擴展名爲h的頭文件，也即生成.h文件
- 使用C/C++（或者其餘編程想語言）實現本地方法，建立.h文件的實現，也就是建立.cpp文件實現.h文件中的方法
- 將C/C++編寫的文件生成動態鏈接庫，生成dll文件
3.JNI實例
下列是全部操做都是在目錄：D:\JNI 下進行的，這樣作的好處是便於控制。還有另一個要求是咱們的java類不含包名，當前我只測試成功不含包名的類型。
3.1.編寫帶有native聲明的方法的java類：HelloWorld.java
public class HelloWorld {
public native void displayHelloWorld();// java native方法申明
static {
System.loadLibrary("HelloWorldImpl");// 裝入動態連接庫，"HelloWorldImpl"是要裝入的動態連接庫名稱。
}
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
HelloWorld helloWorld = new HelloWorld();
helloWorld.displayHelloWorld();
}
}
3.2.使用javac命令編譯所編寫的java類
- d:\JNI>javac HelloWorld.java
執行完上述命令之後生成D:\JNI\HelloWorld.class文件
3.3.使用javah -jni java類名生成擴展名爲h的頭文件
d:\JNI>javah -jni HelloWorld
執行完上述命令之後生成D:\JNI\HelloWorld.h文件，該文件內容以下：
/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class HelloWorld */
#ifndef _Included_HelloWorld
#define _Included_HelloWorld
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
* Class: HelloWorld
* Method: displayHelloWorld
* Signature: ()V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloWorld_displayHelloWorld
(JNIEnv *, jobject);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif
這裏咱們能夠這樣理解：這個h文件至關於咱們在java裏面的接口，這裏聲明瞭一個 Java_HelloWorld_displayHelloWorld (JNIEnv *, jobject);方法，而後在咱們的本地方法裏面實現這個方法，也就是說咱們在編寫C/C++程序的時候所使用的方法名必須和這裏的一致
3.4.使用C/C++實現本地方法
建立HelloWorldImpl.cpp，代碼以下所示：
#include "HelloWorld.h"
#include <stdio.h>
#include <jni.h>
/*
* Class: HelloWorld
* Method: displayHelloWorld
* Signature: ()V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloWorld_displayHelloWorld
(JNIEnv *, jobject)
{
printf("Hello World!\n");
return;
}
3.5.將C/C++編寫的文件生成動態鏈接庫
將D:\Program Files\Java\jdk1.6.0_26\include\jni.h和D:\Program Files\Java\jdk1.6.0_26\include\win32\jni_md.h這兩個文件拷貝到D:\JNI\目錄下。與HelloWorldImpl.cpp同目錄，目錄結構以下圖所示：
3.7 執行 cl/LD D:\JNI\HelloWorldImpl.cpp 獲得HelloWorldImpl.dll文件
我使用的是visual studio 2010，要使用其中的cl命令，必須打開visual studio 命令行，以下圖所示：
而後再命令行中輸入以下命令
- cl/LD D:\JNI\HelloWorldImpl.cpp
具體以下圖所示：
執行完上述命令之後，咱們在C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio 10.0\VC能夠看到生成的四個文件，分別是：
- HelloWorldImpl.dll
- HelloWorldImpl.exp
- HelloWorldImpl.lib
- HelloWorldImpl.obj
將其中的HelloWorldImpl.dll拷貝到D:\JNI\目錄下。
3.8.執行class獲得結果
在cmd中運行：
d:\JNI>java HelloWorld
具體以下圖所示：
===============================================================================================
案例2：
使用java與本地已編譯的代碼交互，一般會喪失平臺可移植性。可是，有些狀況下這樣作是能夠接受的，甚至是必須的。例如，使用一些舊的庫，與硬件、操做系統進行交互，或者爲了提升程序的性能。JNI標準至少保證本地代碼能工做在任何Java虛擬機環境下。閒話不說，直接上示例。
本例基於Windows平臺，首先生成被調用的目的dll動態庫：Lib4JNI.dll
Lib4JNI動態庫中導出了一個add方法。在本例中用JNI去調用。
// dllmain.cpp : Defines the entry point for the DLL application.
#include "stdafx.h"
#include "stdlib.h"
#include "stdio.h"
BOOL APIENTRY DllMain( HMODULE hModule,
DWORD ul_reason_for_call,
LPVOID lpReserved
)
{
switch (ul_reason_for_call)
{
case DLL_PROCESS_ATTACH:
case DLL_THREAD_ATTACH:
case DLL_THREAD_DETACH:
case DLL_PROCESS_DETACH:
break;
}
return TRUE;
}
extern "C"
int _declspec(dllexport) add(int a, int b)
{
int iResult = a + b;
printf("%d + %d = ", a, b);
return iResult;
}
接下來要作的是，使用中介（或者叫代理）dll調用目的動態庫（目的動態庫就是本例中的Lib4JNI.dll）。在Java中，是不能夠直接調用目的動態庫的。所以，須要有一箇中介（或代理），由本地的Java代碼先調用這個中介（或代理）動態庫，再由這個中介（或代理）動態庫調用目的動態庫。
咱們給中介dll起個名字，叫作Lib2Invoke。生成這個中介dll的過程比較複雜，下面，咱們用分解動做，詳細說明。
第一步：須要建立本地Java的調用代碼。
public class TestJNI {
public native int getNumber(int a, int b); //聲明Native方法
public static void main(String[] args) {
}
}
將以上代碼，以文本形式，保存爲TestJNI.java。
第二步：用javac編譯。javac TestJNI.java
第三步：用javah生成中介（或代理）動態庫的頭文件。javah TestJNI，運行後，生成TestJNI.h文件，本例中生成的文件示例以下：
/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class TestJNI */
#ifndef _Included_TestJNI
#define _Included_TestJNI
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
* Class: TestJNI
* Method: getNumber
* Signature: (II)I
*/
JNIEXPORT jint JNICALL Java_TestJNI_getNumber
(JNIEnv *, jobject, jint, jint);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif
第四步：生成中介（或代理）動態庫
爲何到這裏纔開始生成中介dll呢？由於，咱們須要上一步生成的TestJNI.h，做爲中介dll的頭文件。詳細請參考代碼。
// dllmain.cpp : Defines the entry point for the DLL application.
#include "stdafx.h"
#include "jni.h" //在這裏，咱們要注意的是，須要引用
#include "TestJNI.h"
#ifdef WIN32
#ifdef _X86_
#define _T(x) x
#else
#ifdef _AMD64_
#define _T(x) L ## x
#endif
#endif
#endif
BOOL APIENTRY DllMain( HMODULE hModule,
DWORD ul_reason_for_call,
LPVOID lpReserved
)
{
switch (ul_reason_for_call)
{
case DLL_PROCESS_ATTACH:
case DLL_THREAD_ATTACH:
case DLL_THREAD_DETACH:
case DLL_PROCESS_DETACH:
break;
}
return TRUE;
}
JNIEXPORT jint JNICALL Java_TestJNI_getNumber
(JNIEnv * env, jobject o, jint x, jint y)
{
typedef int(*ADD)(int, int);//函數指針類型
HINSTANCE Hint = ::LoadLibrary(_T("Lib4JNI.dll"));//加載咱們剛纔生成的dll
ADD add = (ADD)GetProcAddress(Hint, "add");//取得dll導出的add方法
return add(x, y);
FreeLibrary(Hint);
}
編譯完成後，生成了咱們須要的中介（或代理）動態庫Lib2Invoke.dll。
第五步： 完善本地Java調用代碼。
public class TestJNI {
public native int getNumber(int a, int b);
public static void main(String[] args) {
System.loadLibrary("Lib2Invoke");
TestJNI p = new TestJNI();
System.out.println(p.getNumber(100, 100));
}
}
編譯完成後，把生成的class文件，和Lib4JNI.dll、Lib2Invoke.dll放在一個目錄下。
第六步：執行 java TestJNI
執行成功後即會輸出結果。
另外一種能夠選擇的方法JNative。以程序員特有的本質，少說話，多代碼：
import org.xvolks.jnative.JNative;
import org.xvolks.jnative.Type;
import org.xvolks.jnative.exceptions.NativeException;
public class TestJNI {
static JNative myjnative = null;
public int getnumber(int a, int b) throws NativeException,
IllegalAccessException {
try {
if (myjnative == null) {
myjnative = new JNative("Lib4JNI.dll", "add");
myjnative.setRetVal(Type.INT);
}
myjnative.setParameter(0, a);
myjnative.setParameter(1, b);
myjnative.invoke();
return myjnative.getRetValAsInt();
} finally {
if (myjnative != null) {
myjnative.dispose();
}
}
}
public static void main(String[] args) throws NativeException, IllegalAccessException {
test uc = new test();
int result = uc.getnumber(1,100);
System.err.println("result:" + result);
}
}
優勢是：不用中介dll，不用生成.h中介頭文件
缺點是：（缺點不許確，只是爲了對齊優勢）須要外部包支持。
再來講說Linux平臺下JNI的使用方法。基本步驟同上。下面給出主要示例代碼。
一、Java調用部分
NativeAgent.java
public class NativeAgent {
static
{
try {
System.loadLibrary("NativeAgent");
}
catch(UnsatisfiedLinkError e) {
System.err.println(">>> Can not load library: " + e.toString());
}
}
public native int toConsole(String s);
public static void main(String[] args) {
NativeAgent na = new NativeAgent();
na.toConsole("This is a JNI Project test.\n");
}
}
二、生成動態庫部分
NativeAgent.h
/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class NativeAgent */
#ifndef _Included_NativeAgent
#define _Included_NativeAgent
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
* Class: NativeAgent
* Method: toConsole
* Signature: (Ljava/lang/String;)I
*/
JNIEXPORT jint JNICALL Java_NativeAgent_toConsole
(JNIEnv *, jobject, jstring);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif
NativeAgent.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <jni.h>
#include "NativeAgent.h"
JNIEXPORT jint JNICALL Java_NativeAgent_toConsole(JNIEnv *pEnv, jobject obj, jstring str) {
const char* msg = (*pEnv)->GetStringUTFChars(pEnv, str, 0);
printf("%s", msg);
return 0;
}
三、編譯生成動態庫
javac NativeAgent.java javah NativeAgent gcc -o libNativeAgent.so -I/usr/lib/jvm/java-1.8.0-openjdk-1.8.0.102-1.b14.el7_2.x86_64/include -I/usr/lib/jvm/java-1.8.0-openjdk-1.8.0.102-1.b14.el7_2.x86_64/include/linux -I. -fPIC -shared NativeAgent.c java -Djava.library.path=. NativeAgent
這裏有二個很是重要的地方，要十分注意：
一、對於System.loadLibrary("NativeAgent");
在Linux下，動態庫輸出的文件名要是libNativeAgent.so。
也就是說，若是System.loadLibrary("XXX")；那麼，在導出動態庫時，動態庫的名字就要是libXXX。不然，會報錯：
java.lang.UnsatisfiedLinkError: no NativeAgent in java.library.path
Exception in thread "main" java.lang.UnsatisfiedLinkError: NativeAgent.toConsole(Ljava/lang/String;)I
at NativeAgent.toConsole(Native Method)
at NativeAgent.main(NativeAgent.java:20)
二、Linux通常默認的java.library.path在/usr/lib下。也能夠本身經過VM參數-Djava.library.path=/usr/lib來顯式的指定；或者經過增長環境變量export LD_LIBRARY_PATH=~/JavaNativeTest:$LD_LIBRARY_PATH
1.參考文獻：
http://blog.csdn.net/youjianbo_han_87/article/details/2586375
http://blog.csdn.net/yangjiali014/article/details/1633017
http://blog.chinaunix.net/space.php?uid=7437948&do=blog&id=2054823
http://www.iteye.com/topic/72543
http://www.enet.com.cn/article/2007/1029/A20071029886398.shtml
http://blog.csdn.net/heqingrong623/article/details/3906350
參考2：JNI技術實踐小結
參考3：jni簡單實例
- 1. Java JNI調用本地動態庫使用詳解
- 2. Java JNI 調用 so 動態連接庫
- 3. JAVA使用JNI調用C++動態連接庫
- 4. Android-jni 調用第三方動態庫
- 5. JAVA-JNI調用使用
- 6. Android使用JNI（從java調用本地函數）
- 7. java語言使用jni調用本地接口
- 8. dll動態庫生成與調用（2）：Java程序利用JNI、JNA調用動態庫
- 9. Android中Jni的基本使用詳解
- 10. Java本地接口JNI詳解
- 更多相關文章...
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