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Jni在Hadoop上的使用

遇到的需求很簡單,我們有一個性能很好的分詞器,用c++實現的,現在想在java寫的Hadoop的程序中使用它,咋辦?

如果只是使用hadoop,用c++ pipes實現hadoop程序,再調用c++實現的分詞器(源代碼調用或者動態庫調用)就很簡單,不存在上面的問題。不過,由於Legacy原因(其實就是種種原因),不能放棄java版本的hadoop程序,才會有以上問題。

上網上搜了一下,Java調用c++用的是JNI(java native interface)技術,只是JNI怎麼放到hadoop中?而且分詞器要讀取資源文件(詞表),這個文件在hadoop中的路徑設定有什麼規矩?我就不知道了。

嘗試分三階段進行:

階段一:在linux跑通一個單機版的JNI程序,即用java調用c++。

階段二:將上面的程序放到hadoop上跑通。

階段三:讓c++編出來的動態庫(so文件)load資源,並在hadoop上跑通。

現在進行階段一的工作。

1. 寫一個Java類,用來包裝c++代碼的接口。這裡面我只是寫了示意性代碼,畢竟是要嘗試麼,如下:

package FakeSegmentForJni ; 
 
public class FakeSegmentForJni { 
    public static native String SegmentALine (String line); 
 
    static 
    { 
        System.loadLibrary("FakeSegmentForJni"); 
    } 

這裡面聲明了靜態函數接口,並用了”native“關鍵字,表示是native函數(非java的、本地函數)。在”static“語句塊兒中,用LoadLibrary調用(即將生成的)c++動態庫。

2. 用javac命令編譯FakeSegmentForJni類,生成.class文件,命令如下:

javac -d ./bin ./src/*.java

3. 在FakeSegmentForJni.class的基礎上,用javah命令生成c++函數的頭文件,命令如下:

javah -jni -classpath . FakeSegmentForJni.FakeSegmentForJni

其中classpath表示.class文件所在目錄,“.”表示當前目錄;後面的參數,第一個“FakeSegmentForJni”表示package名稱,第二個“FakeSegmentForJni”表示class名稱。敲完命令後,就能在當前目錄下發現c++函數的頭文件FakeSegmentForJni_FakeSegmentForJni.h。打開看一下,主要將java類中的static函數轉成了c++接口,內容如下:

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */ 
#include <jni.h> 
/* Header for class FakeSegmentForJni_FakeSegmentForJni */ 
 
#ifndef _Included_FakeSegmentForJni_FakeSegmentForJni 
#define _Included_FakeSegmentForJni_FakeSegmentForJni 
#ifdef __cplusplus 
extern "C" { 
#endif 
/*
 * Class:    FakeSegmentForJni_FakeSegmentForJni
 * Method:    SegmentALine
 * Signature: (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
 */ 
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_FakeSegmentForJni_FakeSegmentForJni_SegmentALine 
  (JNIEnv *, jclass, jstring); 
 
#ifdef __cplusplus 

#endif 

文件上第一句“DO NOT EDIT THIS FILE ......”表示這是個自動生成的文件。其時,不必用javah命令來生成這個文件,手寫也沒問題。不過畢竟自動生成方便,尤其是在接口函數比較多的情況。

4. 費了這麼半天事情,就是生成了一個c++頭文件,正經事還沒干呢。什麼是正經事?既然非用c++不可,正經事就是用c++對所需功能的實現。其時用c++的理由是盡量利用現有的、成熟的代碼,所以這一步,一般不是功能性開發,而是寫個wrapper包裝現有的代碼——如果是純功能性開發,那直接用java的了,費這麼多事干嘛?!

廢話不說了,wrapper的代碼如下:

#include <jni.h> 
#include <stdio.h> 
#include <string.h> 
#include "FakeSegmentForJni_FakeSegmentForJni.h" 
 
/* * Class:    FakeSegmentForJni_FakeSegmentForJni
 * * Method:    SegmentALine
 * * Signature: (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
 * */ 
 
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_FakeSegmentForJni_FakeSegmentForJni_SegmentALine 
  (JNIEnv *env, jclass obj, jstring line) 

    char buf[128]; 
    const char *str = NULL; 
    str = env->GetStringUTFChars(line, false); 
    if (str == NULL) 
        return NULL; 
    strcpy (buf, str); 
    strcat (buf, "--copy that\n"); 
    env->ReleaseStringUTFChars(line, str); 
    return env->NewStringUTF(buf); 

在實現中,jni.h這個頭文件是必須要包含的,將來在編譯的時候,也要在系統搜索路徑上。“JNIEnv *env, jclass obj, jstring line”這些奇奇怪怪的東西到底是什麼意思,怎麼用,請參考《 在 Linux 平台下使用 JNI 》http://www.linuxidc.com/Linux/2012-12/75536.htm。那兩天正在學習這方面的東西,就順便轉載了。這段代碼功能也很簡單,就是再輸入字符串的基礎上,加上”--copy that“的字樣,並且返回。

5. 在本地環境下編譯出c++動態庫。為啥要強調“在本地環境”?字面上的意思就是,你在windows下用JNI,就到windows下編譯FakeSegmentForJni_FakeSegmentForJni.cpp文件,生成dll;在linux下,就到linux下(32位還是64位自己搞清楚)編譯FakeSegmentForJni_FakeSegmentForJni.cpp文件,生成.so文件。為啥非要這樣?這就涉及到動態庫的加載過程,每個系統都不一樣。

編譯命令為:

g++ -I/System/Library/Frameworks/JavaVM.framework/Versions/A/Headers FakeSegmentForJni_FakeSegmentForJni.cpp -fPIC -shared -o FakeSegmentForJni.so

命令有點長,不過意思很容易。“-I”表示要包含的頭文件。正常來講,系統路徑都已經為g++設置好了。不過jni.h是java的頭文件,不是c++的,g++找不到,只好在編譯的時候告訴編譯器。我這裡用的是mac os 10.8.2的hadoop偽分布式,所以頭文件是在framework裡的,路徑“/System/Library/Frameworks/JavaVM.framework/Versions/A/Headers”看起來有點怪怪的。”-shared“表示輸出的是動態庫(共享庫,有別於靜態庫的.a文件);”-o“表示輸出文件名。

順利的話,就能生成FakeSegmentForJni.so文件。

6. 本地java程序調用FakeSegmentForJni.so,代碼很簡單,如下:

package FakeSegmentForJni; 
 
import java.io.IOException; 
import java.net.URI; 
import java.net.URL; 
 
/**
 * This class is for verifying the jni technology. 
 * It call the function defined in FakeSegmentForJni.java
 * 
 */ 
 
public class TestFakeSegmentForJni { 
     
    public static void main(String[] args) throws Exception { 
 
        System.out.println ("In this project, we test jni!\n"); 
         
        // test jni on linux local 
        String s = FakeSegmentForJni.SegmentALine("now we test FakeSegmentForJni"); 
        System.out.print(s); 
         
    } // main 
 
} // TestFakeSegmentForJni 

測試代碼也很簡單,就是輸入給FakeSegmentForJni.SegmentALine一個字符串,並且打印它的返回結果。

在linux上面打了一個jar包,輸入如下命令運行上述代碼:

java -Djava.library.path='/xxx/TestJni/' -jar /xxx/TestFakeSegmentForJni.jar FakeSegmentForJni.TestFakeSegmentForJni

(用-Djava.library.path指明FakeSegmentForJni_FakeSegmentForJni.so文件所在的路徑,否則jvm找不到;後面FakeSegmentForJni.TestFakeSegmentForJni是main函數所在的路徑)

程序運行結果是在屏幕上輸出

now we test FakeSegmentForJni--copy that

這樣的字樣,表示成功調用FakeSegmentForJni_FakeSegmentForJni.so中的函數。

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