Java中JNI的使用(上)

JNI 全称是 Java Native Interface。是在 Java 和 Native 层(包括但不限于C/C++)相互调用的接口规范。

JNI 在 Java 1.1中正式推出,在 Java 1.2版本中加入了 JNI_OnLoad、JNI_OnUnload 方法,这两个方法还是很有用的,后面再说。

JNI基础篇

Java 通过 JNI 调用本地方法的过程大致是:

  1. 写一个 Java 类,在其中声明对应要调用的 native 方法,用  native  关键字修饰。 比如  private static native int native_newInstance();
  2. 通过  java 命令生成 Java 类对应的 C/C++ 头文件。 javah -encoding utf-8 -cp src com.young.soundtouch.SoundTouch;
  3. 在 C/C++ 中实现头文件中声明的函数;
  4. 编译 C/C++ 代码为动态库(Windows中的dll、Linux/Android 中的 so、MAC OSX 中的 dylib);
  5. 在 Java 代码中加载动态库,即可像调用 Java 方法一样,调用到 native 函数。

其中第3步在 Java 1.2 中增加了 JNI_OnLoad  方法之后有另一种实现方式(后面说)。

javah 生成的头文件大致是这样的:

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class com_young_soundtouch_SoundTouch */

#ifndef _Included_com_young_soundtouch_SoundTouch
#define _Included_com_young_soundtouch_SoundTouch
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
#undef com_young_soundtouch_SoundTouch_SETTING_USE_AA_FILTER
#define com_young_soundtouch_SoundTouch_SETTING_USE_AA_FILTER 0L
	/*
	* Class:     com_young_soundtouch_SoundTouch
	* Method:    native_getDefaultSampleElementSize
	* Signature: ()I
	*/
	JNIEXPORT jint JNICALL Java_com_young_soundtouch_SoundTouch_native_1getDefaultSampleElementSize
		(JNIEnv *, jclass);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

文件开头就是普通的头文件,但是可以发现:

  1. 包含了 jni.h 头文件(一般位于 $JAVA_HOME/jd{jdk-version}/include 文目录内)。这是 JNI 中所有的类型、函数、宏等定义的地方。所以C/C++世界的JNI是由他制定的游戏规则。
  2. 在类中生命的常量(static final)类型会在头文件中以宏的形式出现,这一点还是很方便的。
  3. 函数的注释还是比较全的,包括了:
    • 对应的 class
    • 对应的 Java 方法名
    • 对应 Java 方法的签名
  4. 方法的声明显得有点奇怪,由以下及部分组成:
    • JNIEXPORT这是函数的导出方式;
    • jint 返回值类型(jint 由 jni.h 定义,对应 int,下面具体再说吧);
    • JNICALL 函数的调用方式也就是汇编级别参数的传入方式;
    • Java_com_young_soundtouch_SoundTouch_native_1getDefaultSampleElementSize —— 超级长的函数名!!!格式是 Java_ + 类全名 + _ + JAVA 中声明的native方法名。其中会把包名中的点(.)替换成下划线(_),同时为了避免冲突把下划线替换成_1;
    • 方法的参数,上面的这个方法在 Java 的声明中实际上是没有参数的,其中的 JNIENV 顾名思义是 JNI 环境,和具体的线程绑定。而第二个参数 jclass 其实是 Java 中的 Class。因为上面是一个 static 方法,因此第二个参数是 jclass。如果是一个实例方法则对应第二个参数是 jobject,相当于 Java中的 this。

下面在 C/C++ 中实现这个方法就行啦。但是在动手前现大致了解以下 jni.h 制定的游戏规则。

类型转换

javah 生成的头文件里面使用的类型都是 jni.h 定义的,目的是做到 平台无关 ,比如保证在所有平台上 jint 都是32位的有符号整型。

基本对应关系如下:

Java中JNI的使用(上)

引用类型对应关系:

Java中JNI的使用(上)

通过表格发现,除了上面定义的 StringClass、 Throwable ,其他的类(除了数组)都是以  jobject  的形式出现的!事实上 jstring、 jclass 也都是 object 的子类。所以这里还是和 Java 层一样,一切皆 jobject。(当然,如果 jni 在 C 语言中编译的话是没有继承的概念的,此时 jstring、jclass 等其实就是 jobject!用了 typedef 转换而已!!)

接下来是 JNIEnv *  这个指针,它提供了 JNI 中的一系列操作的接口函数。

JNI 中操作 jobject

其实也就是在native层操作 Java 层的实例。 要操作一个实例无疑是:

  1. 获取/设置 (即 get/set )成员变量(field)的值;
  2. 调用成员方法(method)。

所以问题来了:(挖掘机技术哪家强?! o(*≧▽≦)ツ┏━┓ )

怎么得到 field 和 method?

通过使用 jfieldID 和 jmethodID : 在 JNI 中使用类似于放射的方式来进行 field 和 method 的操作。JNI 中使用j fieldID 和 jmethodID 来表示成员变量和成员方法,获取方式是:

jfieldID GetFieldID(jclass clazz, const char *name, const char *sig);
jfieldID GetStaticFieldID(jclass clazz, const char *name, const char *sig);
jmethodID GetMethodID(jclass clazz, const char *name, const char *sig);
jmethodID GetStaticMethodID(jclass clazz, const char *name, const char *sig) ;

其中最后一个参数是 签名 。  获取jclass的方法 除了实用上面静态方法的第二个参数外,还可以手动获取。  jclass FindClass(const char *name) 需要注意的是 name 参数,他是一个类包括包名的全称,但是需要把包名中的点 . 替换成斜杠 / 。(好吧,事实上我不是太明白为啥要这么做。)

有了 jfieldID 和 jmethodID 就知道狗蛋住哪了,现在去狗蛋家找他玩 ♪(^∇^*)

1. get:

  • <type> Get<type>Field(jobject , jfieldID);  即可获得对应的field,其中field的类型是type,可以是上面 类型 所叙述的任何一种
  • <type> GetStatic<type>Field(jobject , jfieldID);  同1,唯一的区别是用来获取静态成员。

2. set:

  • void Set<type>Field(jobject obj, jfieldID fieldID, <type> val)
  • void SetStatic<type>Field(jclass clazz, jfieldID fieldID, <type> value);

成员方法:

调用方法自然要把方法的参数传递进去,JNI中实现了三种参数的传递方式:

  1. Call<type>Method(jobject obj, jmethod jmethodID, ...)  其中  ...  是 C 中的可变长参数,类似于  printf  那样,可以传递不定长个参数。于是你可以把 Java 方法需要的参数在这里面传递进去。
  2. Call<type>MethodV(jobject obj, jmethodID methodID, va_list args)  其中的  va_list  也是 C 中可变长参数相关的内容(我不了解,不敢瞎说,偷懒粘一下Oracle的文档)“Programmers place all arguments to the method in an args argument of type va_list that immediately follows the methodID argument. The CallMethodV routine accepts the arguments, and, in turn, passes them to the Java method that the programmer wishes to invoke.”
  3. Call<type>MethodA(jobject obj, jmethodID methodID, const jvalue * args)  哎!这个我知道可以说两句 LOL ~~这里的  jvalue  通过查代码发现就是 JNI 中各个数据类型的 union,所以可以使用任何类型复制!所以参数的传入方式是通过一个 jvalue 的数组,数组内的元素可以是任何 jni 类型。

然后问题又来了:(挖掘机技术到底哪家强?!o(*≧▽≦)ツ┏━┓) 如果传进来的参数和java声明的参数的不一致会怎么样!(即不符合方法签名)这里文档中没用明确解释,但是说道: > Exceptions raised during the execution of the Java method.

typedef union jvalue {
    jboolean z;
    jbyte    b;
    jchar    c;
    jshort   s;
    jint     i;
    jlong    j;
    jfloat   f;
    jdouble  d;
    jobject  l;
} jvalue;

1. 调用实例方法(instance method):

  • <type> Call<type>Method(jobject obj, jmethodID methodID, ...);  调用一个具有 <type> 类型返回值的方法。
  • <type> Call<type>MethodV(jobject obj, jmethodID methodID, va_list args);
  • Call<type>MethodA(jobject obj, jmethodID methodID, const jvalue * args)

2. 调用静态方法(static method):

<type> CallStatic<type>Method(jobject obj, jmethodID methodID, ...);
<type> CallStatic<type>MethodV(jobject obj, jmethodID methodID, va_list args);
CallStatic<type>MethodA(jobject obj, jmethodID methodID, const jvalue * args)

3. 调用父类方法(super.method),这个就有点不一样了。多了一个 jclass 参数,jclass 可以使 obj 的父类,也可以是 obj 自己的class,但是 methodID 必须是从 jclass 获取到的,这样就可以调用到父类的方法。

<type> CallNonvirtual<type>Method(jobject obj, jclass clazz, jmethodID methodID, ...)
<type> CallNonvirtual<type>MethodV(JNIEnv *env, jobject obj, jclass clazz, jmethodID methodID, va_list args);
<type> CallNonvirtual<type>MethodA(JNIEnv *env, jobject obj, jclass clazz, jmethodID methodID, const jvalue *args);

原文 

http://www.importnew.com/30083.html

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