Java jvm级别native关键词、JNI详解

1.native关键词的引入

　　再完美的编程语言也有自己的不足之处，当然Java也不例外，Java的不足之处除了体现在运行速度（这点往往被一些其他编程语言使用者所诟病）上要比传统的C++慢许多之外，Java无法直接访问到操作系统底层（如系统硬件等)，为此Java使用native(原生的)关键词来扩展Java程序的功能。native关键字说明其修饰的方法是一个原生态方法，方法对应的实现不是在当前文件，而是在用其他语言（如C和C++）实现的文件中。Java语言本身不能对操作系统底层进行访问和操作，但是可以通过JNI接口调用其他语言来实现对底层的访问。JNI是Java Native Interface的缩写，它提供了若干的API实现了Java和其他语言的通信（主要C&C++）。从Java1.1开始，JNI标准成为java平台的一部分，它允许Java代码和其他语言写的代码进行交互。JNI一开始是为了本地已编译语言，尤其是C和C++而设计的，但是它并不妨碍你使用其他编程语言，只要调用约定受支持就可以了。使用java与本地已编译的代码交互，通常会丧失平台可移植性。但是，有些情况下这样做是可以接受的，甚至是必须的。例如，使用一些旧的库，与硬件、操作系统进行交互，或者为了提高程序的性能。JNI标准至少要保证本地代码能工作在任何Java 虚拟环境。简而言之，JNI功能即为：Java和本地代码间的双向交互。JNI允许Java代码使用以其他语言编写的代码和代码库。Invocation API（JNI的一部分）可以用来将Java虚拟机（JVM）嵌入到本机应用程序中，从而允许程序员从本机代码内部调用Java代码。

2.JNI的使用场合

1、JAVA程序和本地程序使用TCP/IP或者IPC进行交互。

2、当用JAVA程序连接本地数据库时，使用JDBC提供的API。

3、JAVA程序可以使用分布式对象技术，如JAVA IDL API。

这些方案的共同点是，JAVA和C处于不同的线程，或者不同的机器上。这样，当本地程序崩溃时，不会影响到JAVA程序。

下面这些场合中，同一进程内JNI的使用无法避免：

1、程序当中用到了JAVA API不提供的特殊系统环境才会有的特征。而跨进程操作又不现实。

2、可能想访问一些己有的本地库，但又不想付出跨进程调用时的代价，如效率，内存，数据传递方面。

3、JAVA程序当中的一部分代码对效率要求非常高，如算法计算，图形渲染等。

总之，只有当必须在同一进程中调用本地代码时，再使用JNI。

3.JNI的书写步骤

第一步：编写带有native声明的方法的Java类

第二步：使用javac命令编译编写的Java类

第三步：使用java -jni 来生成后缀名为.h的头文件

第四步：使用其他语言（C、C++）实现本地方法

第五步：将本地方法编写的文件生成动态链接库

第六步：运行程序

4.一个JNI的简单应用例子（以HelloJNI为例子）

第一步：编写带有native声明的方法的Java类

public class HelloJNI {
    public native void displayHelloJNI();//所有native关键词修饰的都是对本地的声明
    static {
        System.loadLibrary("hello");//载入本地库
    }
    public static void main(String[] args) {
        new JNI().displayHelloJNI();
    }
}

声明native方法：如果想将一个方法做为一个本地方法的话，那么就必须声明该方法为native，并且不能实现。 Load动态库：System.loadLibrary("hello");加载动态库（可以这样理解：方法 displayHelloJNI()没有实现，但是在后续步骤中就直接使用了，所以必须在使用之前对它进行初始化），这里一般是以static块进行加载的。同时需要注意的是System.loadLibrary()的参数“hello”是动态库的名字。

第二步：使用javac命令编译编写的Java类

javac HelloJNI.java

注意：JDK环境变量的配置

第三步：使用java -jni 来生成后缀名为.h的头文件（ 生成扩展名为h的头文件javah HelloJNI）

头文件javah HelloJNI内容如下：

 /*DO NOT EDI TTHIS FILE - it is mach inegenerated*/
 #include<jni.h>
 /*Header for class HelloJNI*/

 #ifndef_Included_HelloJNI
 #define_Included_HelloJNI
 #ifdef__cplusplus
 extern"C"{
 #endif
 /*
 *Class:HelloJNI
 *Method:displayHelloJNI
 *Signature:()V
 */
 JNIEXPORTvoidJNICALL
 Java_HelloJNI_displayHelloJNI(JNIEnv*,jobject);

 #ifdef__cplusplus
 }
 #endif
 #endif

注意：这个h文件相当于在java里面的接口，这里声明了一个Java_HelloJNI_displayHelloJNI (JNIEnv *, jobject)方法，然后在本地方法里面实现这个方法，也就是说在编写C/C++程序的时候所使用的方法名必须和这里的一致

第四步：使用其他语言（C、C++）实现本地方法（编写本地方法实现和由javah命令生成的头文件里面声明的方法名相同的方法）

 #include"jni.h"
 #include"HelloJNI.h"

 //#includeotherheaders

 JNIEXPORT void JNICALL
 Java_HelloJNI_displayHelloJNI(JNIEnv*env,jobject obj)
 {
 printf("HelloJNI!\n");
 return;
 }

注意：代码第一行需要将jni.h（该文件可以在%JAVA_HOME%/include文件夹下面找到）文件引入，因为在程序中的JNIEnv、 jobject等类型都是在该头文件中定义的；另外在第2行需要将HelloJNI.h头文件引入，然后保存为 HelloJNIImpl.c。

第五步：将本地方法编写的文件生成动态链接库

这里以在Windows中为例，需要生成dll文件。在保存HelloWorldJNI.c文件夹下面，使用VC的编辑器cl为：cl -I%java_home%\include -I%java_home%\include\win32 -LD HelloJNIImp.c -Fehello.dll 注意：生成的dll文件名在选项-Fe后面配置，这里是hello，因为在HelloJNI.java文件中我们loadLibary的时候使用的名字是hello。当然这里修改之后那里也需要修改。另外需要将-I%java_home%\include -I%java_home%\include\win32参数加上，因为在第四步里面编写本地方法的时候引入了jni.h文件。

如果配置了MinGW,也可以这样来编译：gcc -Wall -D_JNI_IMPLEMENTATION_ -Wl,--kill-at -Id:/java/include –Id:/java/include/win32 -shared -o (输出的dll文件名，如sum.dll) (输入的c/c++源文件,如abc.c)。

第六步：运行程序

运行javaHelloJNI;如果用eclipse/myeclipse，需将dll或so文件放在项目下，而不是src及其子目录下;如果用命令行编译，把dll文件放在该包的同目录下。