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分类: 嵌入式

2015-11-03 10:25:26

JNI其实是Java Native Interface的简称,也就是java本地接口。它提供了若干的API实现了和Java和其他语言的通信(主要是C&C++)。也许不少人觉得Java已经足够强大,为什么要需要JNI这种东西呢?我们知道Java是一种平台无关性的语言,平台对于上层的java代码来说是透明的,所以在多数时间我们是不需要JNI的,但是假如你遇到了如下的三种情况之一呢?

  1. 你的Java代码,需要得到一个文件的属性。但是你找遍了JDK帮助文档也找不到相关的API。
  2. 在本地还有一个别的系统,不过他不是Java语言实现的,这个时候你的老板要求你把两套系统整合到一起。
  3. 你的Java代码中需要用到某种算法,不过算法是用C实现并封装在动态链接库文件(DLL)当中的。

对于上述的三种情况,如果没有JNI的话,那就会变得异常棘手了。就算找到解决方案了,也是费时费力。其实说到底还是会增加开发和维护的成本。

说了那么多一通废话,现在进入正题。看过JDK源代码的人肯定会注意到在源码里有很多标记成native的方法。这些个方法只有方法签名但是没有方法体。其实这些naive方法就是我们说的 java native interface。他提供了一个调用(invoke)的接口,然后用C或者C++去实现。我们首先来编写这个“桥梁”.我自己的开发环境是 j2sdk1.4.2_15 + eclipse 3.2 + VC++ 6.0,先在eclipse里建立一个HelloFore的Java工程,然后编写下面的代码。

Java代码
  1. package com.chnic.jni;
  2. public class SayHellotoCPP {
  3. public SayHellotoCPP(){
  4. }
  5. public native void sayHello(String name);
  6. }

一般的第一个程序总是HelloWorld。今天换换口味,把world换成一个名字。我的native本地方法有一个String的参数。会传递一个name到后台去。本地方法已经完成,现在来介绍下javah这个方法,接下来就要用javah方法来生成一个相对应的.h头文件。

javah是一个专门为JNI生成头文件的一个命令。CMD打开控制台之后输入javah回车就能看到javah的一些参数。在这里就不多介绍我们要用的是 -jni这个参数,这个参数也是默认的参数,他会生成一个JNI式的.h头文件。在控制台进入到工程的根目录,也就是HelloFore这个目录,然后输入命令。

Java代码
  1. javah -jni com.chnic.jni.SayHellotoCPP

命令执行完之后在工程的根目录就会发现com_chnic_jni_SayHellotoCPP.h 这个头文件。在这里有必要多句嘴,在执行javah的时候,要输入完整的包名+类名。否则在以后的测试调用过程中会发生java.lang.UnsatisfiedLinkError这个异常。

到这里java部分算是基本完成了,接下来我们来编写后端的C++代码。(用C也可以,只不过cout比printf用起来更快些,所以这里俺偷下懒用C++)打开VC++首先新建一个Win32 Dynamic-Link library工程,之后选择An empty DLL project空工程。在这里我C++的工程是HelloEnd,把刚刚生成的那个头文件拷贝到这个工程的根目录里。随便用什么文本编辑器打开这个头文件,发现有一个如下的方法签名。

Cpp代码
  1. /*
  2. * Class: com_chnic_jni_SayHellotoCPP
  3. * Method: sayHello
  4. * Signature: (Ljava/lang/String;)V
  5. */
  6. JNIEXPORT void JNICALL Java_com_chnic_jni_SayHellotoCPP_sayHello
  7. (JNIEnv *, jobject, jstring);

仔细观察一下这个方法,在注释上标注类名、方法名、签名(Signature),至于这个签名是做什么用的,我们以后再说。在这里最重要的是 Java_com_chnic_jni_SayHellotoCPP_sayHello这个方法签名。在Java端我们执行 sayHello(String name)这个方法之后,JVM就会帮我们唤醒在DLL里的Java_com_chnic_jni_SayHellotoCPP_sayHello这个方法。因此我们新建一个C++ source file来实现这个方法。

Cpp代码
  1. #include
  2. #include "com_chnic_jni_SayHellotoCPP.h"
  3. JNIEXPORT void JNICALL Java_com_chnic_jni_SayHellotoCPP_sayHello
  4. (JNIEnv* env, jobject obj, jstring name)
  5. {
  6. const char* pname = env->GetStringUTFChars(name, NULL);
  7. cout << "Hello, " << pname << endl;
  8. }  

因为我们生成的那个头文件是在C++工程的根目录不是在环境目录,所以我们要把尖括号改成单引号,至于VC++的环境目录可以在 Tools->Options->Directories里设置。F7编译工程发现缺少jni.h这个头文件。这个头文件可以在%JAVA_HOME%\include目录下找到。把这个文件拷贝到C++工程目录,继续编译发现还是找不到。原来是因为在我们刚刚生成的那个头文件里,jni.h这个文件是被 #include 引用进来的,因此我们把尖括号改成双引号#include "jni.h",继续编译发现少了jni_md.h文件,接着在%JAVA_HOME%\include\win32下面找到那个头文件,放入到工程根目录,F7编译成功。在Debug目录里会发现生成了HelloEnd.dll这个文件。

这个时候后端的C++代码也已经完成,接下来的任务就是怎么把他们连接在一起了,要让前端的java程序“认识并找到”这个动态链接库,就必须把这个DLL放在windows path环境变量下面。有两种方法可以做到:

  1. 把这个DLL放到windows下面的sysytem32文件夹下面,这个是windows默认的path
  2. 复制你工程的Debug目录,我这里是C:\Program Files\Microsoft Visual Studio\MyProjects\HelloEnd\Debug这个目录,把这个目录配置到User variable的Path下面。重启eclipse,让eclipse在启动的时候重新读取这个path变量。

比较起来,第二种方法比较灵活,在开发的时候不用来回copy dll文件了,节省了很多工作量,所以在开发的时候推荐用第二种方法。在这里我们使用的也是第二种,eclipse重启之后打开 SayHellotoCPP这个类。其实我们上面做的那些是不是是让JVM能找到那些DLL文件,接下来我们要让我们自己的java代码“认识”这个动态链接库。加入System.loadLibrary("HelloEnd");这句到静态初始化块里。

Java代码
  1. package com.chnic.jni;
  2. public class SayHellotoCPP {
  3. static{
  4. System.loadLibrary("HelloEnd");
  5. }
  6. public SayHellotoCPP(){
  7. }
  8. public native void sayHello(String name);
  9. }  

这样我们的代码就能认识并加载这个动态链接库文件了。万事俱备,只欠测试代码了,接下来编写测试代码。

Java代码
  1. SayHellotoCPP shp = new SayHellotoCPP();
  2. shp.sayHello("World");

我们不让他直接Hello,World。我们把World传进去,执行代码。发现控制台打印出来Hello, World这句话。就此一个最简单的JNI程序已经开发完成。也许有朋友会对CPP代码里的

Cpp代码
  1. const char* pname = env->GetStringUTFChars(name, NULL);

  这句有疑问,这个GetStringUTFChars就是JNI给developer提供的API,我们以后再讲。在这里不得不多句嘴。

  1. 因为JNI有一个Native这个特点,一点有项目用了JNI,也就说明这个项目基本不能跨平台了。
  2. JNI调用是相当慢的,在实际使用的之前一定要先想明白是否有这个必要。
  3. 因为C++和C这样的语言非常灵活,一不小心就容易出错,比如我刚刚的代码就没有写析构字符串释放内存,对于java developer来说因为有了GC 垃圾回收机制,所以大多数人没有写析构函数这样的概念。所以JNI也会增加程序中的风险,增大程序的不稳定性。


其实在Java代码中,除了对本地方法标注native关键字和加上要加载动态链接库之外,JNI基本上是对上层coder透明的,上层coder调用那些本地方法的时候并不知道这个方法的方法体究竟是在哪里,这个道理就像我们用JDK所提供的API一样。所以在Java中使用JNI还是很简单的,相比之下在C++中调用java,就比前者要复杂的多了。

现在来介绍下JNI里的数据类型。在C++里,编译器会很据所处的平台来为一些基本的数据类型来分配长度,因此也就造成了平台不一致性,而这个问题在Java中则不存在,因为有JVM的缘故,所以Java中的基本数据类型在所有平台下得到的都是相同的长度,比如int的宽度永远都是32位。基于这方面的原因,java和c++的基本数据类型就需要实现一些mapping,保持一致性。下面的表可以概括:

Java类型 本地类型 JNI中定义的别名
int long jint
long _int64 jlong
byte signed char jbyte
boolean unsigned char jboolean
char unsigned short jchar
short short jshort
float float jfloat
double double jdouble
Object _jobject* jobject

上面的表格是我在网上搜的,放上来给大家对比一下。对于每一种映射的数据类型,JNI的设计者其实已经帮我们取好了相应的别名以方便记忆。如果想了解一些更加细致的信息,可以去看一些jni.h这个头文件,各种数据类型的定义以及别名就被定义在这个文件中。

了解了JNI中的数据类型,下面就来看这次的例子。这次我们用Java来实现一个前端的market(以下就用Foreground代替)用CPP来实现一个后端factory(以下用backend代替)。我们首先还是来编写包含本地方法的java类。

Java代码
  1. package com.chnic.service;
  2. import com.chnic.bean.Order;
  3. public class Business {
  4. static{
  5. System.loadLibrary("FruitFactory");
  6. }
  7. public Business(){
  8. }
  9. public native double getPrice(String name);
  10. public native Order getOrder(String name, int amount);
  11. public native Order getRamdomOrder();
  12. public native void analyzeOrder(Order order);
  13. public void notification(){
  14. System.out.println("Got a notification.");
  15. }
  16. public static void notificationByStatic(){
  17. System.out.println("Got a notification in a static method.");
  18. }
  19. }  

这个类里面包含4个本地方法,一个静态初始化块加载将要生成的dll文件。剩下的方法都是很普通的java方法,等会在backend中回调这些方法。这个类需要一个名为Order的JavaBean。

Java代码
  1. package com.chnic.bean;
  2. public class Order {
  3. private String name = "Fruit";
  4. private double price;
  5. private int amount = 30;
  6. public Order(){
  7. }
  8. public int getAmount() {
  9. return amount;
  10. }
  11. public void setAmount(int amount) {
  12. this.amount = amount;
  13. }
  14. public String getName() {
  15. return name;
  16. }
  17. public void setName(String name) {
  18. this.name = name;
  19. }
  20. public double getPrice() {
  21. return price;
  22. }
  23. public void setPrice(double price) {
  24. this.price = price;
  25. }
  26. }

JavaBean中,我们为两个私有属性赋值,方便后面的例子演示。到此为止除了测试代码之外的Java端的代码就全部高调了,接下来进行生成.h 头文件、建立C++工程的工作,在这里就一笔带过,不熟悉的朋友请回头看第一篇。在工程里我们新建一个名为Foctory的C++ source file 文件,去实现那些native方法。具体的代码如下。

Cpp代码
  1. #include
  2. #include
  3. #include "com_chnic_service_Business.h"
  4. jobject getInstance(JNIEnv* env, jclass obj_class);
  5. JNIEXPORT jdouble JNICALL Java_com_chnic_service_Business_getPrice(JNIEnv* env,
  6. jobject obj,
  7. jstring name)
  8. {
  9. const char* pname = env->GetStringUTFChars(name, NULL);
  10. cout << "Before release: " << pname << endl;
  11. if (strcmp(pname, "Apple") == 0)
  12. {
  13. env->ReleaseStringUTFChars(name, pname);
  14. cout << "After release: " << pname << endl;
  15. return 1.2;
  16. }
  17. else
  18. {
  19. env->ReleaseStringUTFChars(name, pname);
  20. cout << "After release: " << pname << endl;
  21. return 2.1;
  22. }
  23. }
  24. JNIEXPORT jobject JNICALL Java_com_chnic_service_Business_getOrder(JNIEnv* env,
  25. jobject obj,
  26. jstring name,
  27. jint amount)
  28. {
  29. jclass order_class = env->FindClass("com/chnic/bean/Order");
  30. jobject order = getInstance(env, order_class);
  31. jmethodID setName_method = env->GetMethodID(order_class, "setName", "(Ljava/lang/String;)V");
  32. env->CallVoidMethod(order, setName_method, name);
  33. jmethodID setAmount_method = env->GetMethodID(order_class, "setAmount", "(I)V");
  34. env->CallVoidMethod(order, setAmount_method, amount);
  35. return order;
  36. }
  37. JNIEXPORT jobject JNICALL Java_com_chnic_service_Business_getRamdomOrder(JNIEnv* env,
  38. jobject obj)
  39. {
  40. jclass business_class = env->GetObjectClass(obj);
  41. jobject business_obj = getInstance(env, business_class);
  42. jmethodID notification_method = env->GetMethodID(business_class, "notification", "()V");
  43. env->CallVoidMethod(obj, notification_method);
  44. jclass order_class = env->FindClass("com/chnic/bean/Order");
  45. jobject order = getInstance(env, order_class);
  46. jfieldID amount_field = env->GetFieldID(order_class, "amount", "I");
  47. jint amount = env->GetIntField(order, amount_field);
  48. cout << "amount: " << amount << endl;
  49. return order;
  50. }
  51. JNIEXPORT void JNICALL Java_com_chnic_service_Business_analyzeOrder (JNIEnv* env,
  52. jclass cls,
  53. jobject obj)
  54. {
  55. jclass order_class = env->GetObjectClass(obj);
  56. jmethodID getName_method = env->GetMethodID(order_class, "getName", "()Ljava/lang/String;");
  57. jstring name_str = static_cast(env->CallObjectMethod(obj, getName_method));
  58. const char* pname = env->GetStringUTFChars(name_str, NULL);
  59. cout << "Name in Java_com_chnic_service_Business_analyzeOrder: " << pname << endl;
  60. jmethodID notification_method_static = env->GetStaticMethodID(cls, "notificationByStatic", "()V");
  61. env->CallStaticVoidMethod(cls, notification_method_static);
  62. }
  63. jobject getInstance(JNIEnv* env, jclass obj_class)
  64. {
  65. jmethodID construction_id = env->GetMethodID(obj_class, "", "()V");
  66. jobject obj = env->NewObject(obj_class, construction_id);
  67. return obj;
  68. }
 

可以看到,在我Java中的四个本地方法在这里全部被实现,接下来针对这四个方法来解释下,一些JNI相关的API的使用方法。先从第一个方法讲起吧:

1.getPrice(String name)

这个方法是从foreground传递一个类型为string的参数到backend,然后backend判断返回相应的价格。在cpp的代码中,我们用GetStringUTFChars这个方法来把传来的jstring变成一个UTF-8编码的char型字符串。因为jstring的实际类型是 jobject,所以无法直接比较。

GetStringUTFChars方法包含两个参数,第一参数是你要处理的jstring对象,第二个参数是否需要在内存中生成一个副本对象。将 jstring转换成为了一个const char*了之后,我们用string.h中带strcmp函数来比较这两个字符串,如果传来的字符串是“Apple”的话我们返回1.2。反之返回 2.1。在这里还要多说一下ReleaseStringUTFChars这个函数,这个函数从字面上不难理解,就是释放内存用的。有点像cpp里的析构函数,只不过Sun帮我们已经封装好了。由于在JVM中有GC这个东东,所以多数java coder并没有写析构的习惯,不过在JNI里是必须的了,否则容易造成内存泄露。我们在这里在release之前和之后分别打出这个字符串来看一下效果。

粗略的解释完一些API之后,我们编写测试代码。

Java代码
  1. Business b = new Business();
  2. System.out.println(b.getPrice("Apple"));  

运行这段测试代码,控制台上打出

Before release: Apple
After release:

    文章转自:http://blog.chinaunix.net/space.php?uid=27875&do=blog&id=2135900

 

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