java高级用法之:无所不能的java,本地方法调用实况

简介

相信每个程序员都有一个成为C++大师的梦想,毕竟C++程序员处于程序员鄙视链的顶端,他可以俯视任何其他语言的程序员。

但事实情况是,无数的程序员从小白到放弃,鉴于C++的难度,最后都投入了java的怀抱。JAVA以他宽广的胸怀接纳了一众无法登顶C++的程序员。

开个玩笑,C和C++的优势在于和系统底层的交互和其运行的速度和效率,JAVA的优势在与广泛的应用框架,可以快速搭建所需的应用程序。两者各有所长。

框架的好处就是降低了程序开发的难度,让应用程序可以快速批量复制。

大家知道,JVM底层是使用C和C++来编写的,而JAVA字节码适合JVM进行交互的,所以直观上看来,JAVA是可以和底层的C++代码进行交互的。那么如何交互呢?会不会很复杂?

今天本文带大家一一揭晓。

JDK的本地方法

所谓本地方法就是调用操作系统或者其他底层库的方法。这些方法属于系统的外部接口,用于程序和操作系统之间进行交互。大家想一下,JDK中有哪些本地的方法呢?

第一个想到的应该就是文件操作,因为文件操作肯定需要依赖与系统底层提供的IO接口。我们先具体来看一下File的delete方法的实现:

    public boolean delete() {
        @SuppressWarnings("removal")
        SecurityManager security = System.getSecurityManager();
        if (security != null) {
            security.checkDelete(path);
        }
        if (isInvalid()) {
            return false;
        }
        return fs.delete(this);
    }

File的delete方法首先调用SecurityManager来进行权限判断,看是否可以删除。如果可以删除则继续调用FileSystem的delete方法。

我们继续查看FileSystem的delete方法:

public abstract boolean delete(File f);

可以看到FileSystem中的delete方法是一个抽象方法,需要具体的实现。

而这个实现是和平台有关系的,如果你是linux或者mac系统,那么它的实现类是UnixFileSystem,它的delete方法如下:

    public boolean delete(File f) {
        if (useCanonCaches) {
            cache.clear();
        }
        if (useCanonPrefixCache) {
            javaHomePrefixCache.clear();
        }
        return delete0(f);
    }
    private native boolean delete0(File f);

可以看到,delete方法最终会调用delete0方法,而这个方法是一个native方法,表示该方法需要调用系统本地的方法。

JDK提供了一个JAVA调用本地系统方法的实现,叫做JNI,全称是Java Native Interface,它是从JAVA1.1中引入的一项技术。它允许Java代码和其他语言写的代码进行交互。

为了验证JNI的可行性,我们接下来自己实现一个native的方法,并在java中调用,看看是否能够成功。

自定义native方法

在JAVA中定义native方法很简单,我们只需要在方法描述前面加上native关键字即可,这个方法并不需要任何实现。举个具体的例子如下:

public class JNIUsage {

    public native void printMsg();

    public static void main(String[] args) {
        //加载C文件
        System.loadLibrary("JNIUsage");
        JNIUsage jniUsage = new JNIUsage();
        jniUsage.printMsg();
    }
}

上面的例子中,我们定义了一个native的printMsg,然后在main中首先加载包含该实现的Library文件,之后就可以像正常的JAVA方法一样进行调用。

那么这么实现这个native方法呢?

不管熟悉还是不熟悉C++的朋友应该都听过头文件的概念,一般来说我们在头文件中定义好要实现的方法,然后在具体的内容文件中对头文件中定义的方法进行实现。

所以头文件中需要包含这个printMsg的方法,生成头文件可以使用javah命令。

首先进入到JNIUsage源文件的根目录,运行下面的命令:

javah -classpath . -jni com.flydean.JNIUsage

该命令会在项目源代码的根目录中生成一个com_flydean_JNIUsage.h文件。打开看看,具体的内容如下:

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

#ifndef _Included_com_flydean_JNIUsage
#define _Included_com_flydean_JNIUsage
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
 * Class:     com_flydean_JNIUsage
 * Method:    printMsg
 * Signature: ()V
 */
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_flydean_JNIUsage_printMsg
  (JNIEnv *, jobject);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

简单点讲,该head文件中定义了一个需要实现的Java_com_flydean_JNIUsage_printMsg方法。

接下来,我们需要对这个头文件进行实现。

这里我们使用JetBrain公司的Clion开发工具,首先创建一个c++的项目:

注意,这个项目的type需要是shared类型。

然后将com_flydean_JNIUsage.h文件拷贝到项目的根目录下。

这时候是编译不了的,你会发现很多依赖包的错误,我们还需要将JDK home目录中include目录下的jni.h文件,和jni_md.h文件(如果是windows平台该文件在win32目录下,如果是mac平台,该文件在darwin目录下),拷贝到项目的根目录下。

这样编译的错误就不见了。

最后我们修改默认的library.cpp文件,引入com_flydean_JNIUsage.h并实现其中的方法如下所示:

#include "com_flydean_JNIUsage.h"

#include <iostream>

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_flydean_JNIUsage_printMsg
        (JNIEnv *, jobject){
    printf("this is www.flydean.com!");
}

目前为止,项目的代码结构应该如下图所示:

接着build–>Build ‘JNIUsage’, 生成libJNIUsage.dylib文件:

====================[ Build | JNIUsage | Debug ]================================
/Applications/CLion.app/Contents/bin/cmake/mac/bin/cmake --build /Users/flydean/data/git/cplus/JNIUsage/cmake-build-debug --target JNIUsage
[2/2] Linking CXX shared library libJNIUsage.dylib

Build finished

有了libJNIUsage.dylib,我们还需要将其加入JAVA项目中的path中:

选择java-jni的module,在依赖中选择JARs or Directories, 选择刚刚的libJNIUsage.dylib 目录。

保存之后,就可以运行JAVA代码了,结果如下:

/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk-17.0.1.jdk/Contents/Home/bin/java -Djava.library.path=/Users/flydean/data/git/cplus/JNIUsage/cmake-build-debug -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath /Users/flydean/data/git/learn-java-base-9-to-20/java-jni/target/classes: com.flydean.JNIUsage

this is www.flydean.com!

或者你可以在命令行中将libJNIUsage.dylib加入到java运行的classpath中即可。

总结

以上就是一个简单的使用JAVA调用native方法的例子。大家可以看到,步骤还是挺复杂的,那么有没有其他更加简单的方法,让JAVA来调用native方法呢?有的,这就是JNA,我们会在后续的文章中深入进行介绍。

本文的代码可以参考https://github.com/ddean2009/learn-java-base-9-to-20.git

本文已收录于 http://www.flydean.com/01-jni-overview/

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