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在 Linux 平台下使用 JNI

簡介: 本文簡要介紹了 JNI 調用規范,及常用函數。並通過具體示例程序展示了實現一個本地調用的基本步驟。

引言

Java 的出現給大家開發帶來的極大的方便。但是,如果我們有大量原有的經過廣泛測試的非 Java 代碼,將它們全部用 Java 來重寫,恐怕會帶來巨大的工作量和長期的測試;如果我們的應用中需要訪問到特定的設備,甚至是僅符合公司內部信息交互規范的設備,或某個特定的操作系統才有的特性,Java 就顯得有些力不從心了。面對這些問題,Sun 公司在 JDK1.0 中就定義了 JNI 規范,它規定了 Java 應用程序對本地方法的調用規則。

相關閱讀:http://www.linuxidc.com/Linux/2010-08/27602.htm

實現步驟及相關函數使用

本文將一步步說明在 Linux 平台下如何實現本地共享庫與 Java 協同工作。Hello World 程序是目前標准的入門第一步,那麼,我也以類似的應用最為樣例。

第一步,定義一個 Java 類 -- Hello. 它提供 SayHello 方法:

此時應注意兩點:

1. 為要使用的每個本地方法編寫本地方法聲明,其聲明方式與普通 Java 方法接口沒什麼不同,只是必須指定 native 關鍵字,如下所示:

public native void SayHello(String strName);

在這個函數中,我們將根據傳進的人名,向某人問好。

2. 必須顯式地加載本地代碼庫。我們需在類的一個靜態塊中加載這個庫:

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

 

再加上必要的異常處理就生成如下源文件 Hello.java:

 

 public class Hello 
 { 
	 static 
	 { 
		 try 
		 { 
 // 此處即為本地方法所在鏈接庫名
			 System.loadLibrary("hello"); 
		 } 
		 catch(UnsatisfiedLinkError e) 
		 { 
			 System.err.println( "Cannot load hello library:\n " + 
                                e.toString() ); 
		 } 
	 } 
	 public Hello() 
	 { 
	 } 
 // 聲明的本地方法
		 public native void SayHello(String strName); 
 } 

編譯後生成 Hello.class 文件。

第二步,生成本地鏈接庫。具體過程如下:

1. 要為以上定義的類生成 Java 本地接口頭文件,需使用 javah,Java 編譯器的 javah 功能將根據 Hello 類生成必要的聲明,此命令將生成 Hello.h 文件,我們在共享庫的代碼中要包含它,javah 不使默認內部命令,需要指明路徑,它在 JDK 的 bin 目錄下,在我的 Linux 環境下命令如下:

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

生成的 Hello.h 文件 內容如下所示:

 /* 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. 在與 Hello.h 相同的路徑下創建一個 CPP 文件 Hello.cpp。內容如下:

 

 #include "Hello.h"
 #include <stdio.h> 
 // 與 Hello.h 中函數聲明相同
 JNIEXPORT void JNICALL Java_Hello_SayHello  (JNIEnv * env, jobject arg, jstring instring) 
 { 
   // 從 instring 字符串取得指向字符串 UTF 編碼的指針
 const jbyte *str = 
        (const jbyte *)env->GetStringUTFChars( instring, JNI_FALSE ); 
    printf("Hello,%s\n",str); 
	 // 通知虛擬機本地代碼不再需要通過 str 訪問 Java 字符串。
    env->ReleaseStringUTFChars( instring, (const char *)str ); 
    return; 
 } 

 

所有的 JNI 調用都使用了 JNIEnv * 類型的指針,習慣上在 CPP 文件中將這個變量定義為 evn,它是任意一個本地方法的第一個參數。env 指針指向一個函數指針表,在 VC 中可以直接用"->"操作符訪問其中的函數。

 

jobject 指向在此 Java 代碼中實例化的 Java 對象 LocalFunction 的一個句柄,相當於 this 指針。

後續的參數就是本地調用中有 Java 程序傳進的參數,本例中只有一個 String 型參數。對於字符串型參數,因為在本地代碼中不能直接讀取 Java 字符串,而必須將其轉換為 C /C++ 字符串或 Unicode。以下是三個我們經常會用到的字符串類型處理的函數:

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

返回指向字符串 UTF 編碼的指針,如果不能創建這個字符數組,返回 null。這個指針在調用 ReleaseStringUTFChar() 函數之前一直有效。

參數:string 		 Java 字符串對象
 isCopy 		如果進行拷貝,指向以 JNI_TRUE 填充的 jboolean, 否則指向以 JNI_FALSE 填充的 jboolean。
 void ReleaseStringUTFChars(jstring str, const char* chars) 
通知虛擬機本地代碼不再需要通過 chars 訪問 Java 字符串。

參數:string Java 字符串對象 chars 由 GetStringChars 返回的指針 jstring NewStringUTF(const char *utf) 返回一個新的 Java 字符串並將 utf 內容拷貝入新串,如果不能創建字符串對象, 返回 null。通常在反值類型為 string 型時用到。

參數:utf UTF 編碼的字符串指針 對於數值型參數,在 C/C++ 中可直接使用,其字節寬度如下所示:

Java C/C++ 字節數 boolean jboolean 1 byte jbyte 1 char jchar 2 short jshort 2 int jint 4 long jlong 8 float jfloat 4 double jdouble 8

對於數組型參數,

Java C/C++ boolean[ ] JbooleanArray byte[ ] JbyteArray char[ ] JcharArray short[ ] JshortArray int[ ] JintArray long[ ] JlongArray float[ ] JfloatArray double[ ] JdoubleArray

 

對於上述類型數組,有一組函數與其對應。以下函數中 Xxx 為對應類型。
xxx * GetXxxArrayElements(xxxArray array, jboolean *isCopy)
產生一個指向 Java 數組元素的 C 指針。不再需要時,需將此指針傳給 ReleaseXxxArrayElemes。

參數:array 			數組對象
 isCopy 		如果進行拷貝,指向以 JNI_TRUE 填充的 jboolean, 否則指向以 JNI_FALSE 填充的 jboolean。
例如: jboolean * GetBooleanArrayElements(jbooleanArray array, jboolean *isCopy) 
 void ReleaseXxxArrayElements(xxxArray array,xxx *elems, jint mode) 
通知虛擬機不再需要從 GetXxxArrayElements 得到的指針。
參數:array 			數組對象
 elems 		不再需要的指向數組元素的指針
 mode 		 0 =在更新數組元素後釋放 elems 緩沖器
 JNI_COMMIT =在更新數組元素後不釋放 elems 緩沖器
 JNI_ABORT =不更新數組元素釋放 elems 緩沖器
例如:void ReleaseBooleanArrayElements(jbooleanArray array,jboolean *elems,     jint mode) 
 xxxArray NewXxxArray(jsize len) 
產生一個新的數組,通常在反值類型為數組型時用到
參數:len 		數組中元素的個數。
例如:jbooleanArray NewBooleanArray(jsize len)

 

3 .編譯生成共享庫。

 

使用 GCC 時 , 必須通知編譯器在何處查找此 Java 本地方法的支持文件,並且顯式通知編譯器生成位置無關的代碼,在我的環境中按如下過程編譯:

 

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

接下來將生成的共享庫拷貝為標准文件名

cp libhello.so.1.0 libhello.so

最後通知動態鏈接程序此共享文件的路徑。

export LD_LIBRARY_PATH=`pwd`:$LD_LIBRARY_PATH

4 .編寫一個簡單的 Java 程序來測試我們的本地方法。

將如下源碼存為 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(); 
		 // 調用本地方法向 John 問好
		 h.SayHello("John"); 			
	 } 
 } 

用 javac 編譯 ToSay.java,生成 ToSay.class
向執行普通 Java 程序一樣使用 java ToSay,我們會看到在屏幕上出現 Hello,John。
到這裡我們就將整個的本地調用編寫過程大概浏覽了一遍。

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