JNA

JNA

文章分类:Java编程

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介绍
给大家介绍一个最新的访问本机代码的Java框架—JNA。

JNA(Java Native Access)框架是一个开源的Java框架，是SUN公司主导开发的，建立在经典的JNI的基础之上的一个框架。

JNA项目地址：https://jna.dev.java.net/


非常强大、易用，功能上类似与.NET的P/Invoke。




不堪回首的JNI
我们知道，使用JNI调用.dll/.so共享类库是非常非常麻烦和痛苦的。

如果有一个现有的.dll/.so文件，如果使用JNI技术调用，我们首先需要另外使用C语言写一个.dll/.so共享库，使用SUN规定的数据结构替代C语言的数据结构，调用已有的 dll/so中公布的函数。

然后再在Java中载入这个适配器dll/so，再编写Java   native函数作为dll中函数的代理。

经过2个繁琐的步骤才能在Java中调用本地代码。

因此，很少有Java程序员愿意编写调用dll/.so库中的原生函数的java程序。这也使Java语言在客户端上乏善可陈。可以说JNI是Java的一大弱点！


.NET平台上强大的P/Invoke
而在.NET平台上，强大的P/Invoke技术使我们Java程序员非常羡慕。使用P/Invoke技术，只需要使用编写一个.NET函数，再加上一个声明的标注，就可以直接调用dll中的函数。

不需要你再使用C语言编写dll来适配。



不逊于P/Invoke的JNA
现在，不需要再羡慕.NET的P/Invoke机制了。JNA把对dll/.so共享库的调用减少到了和P/Invoke相同的程度。


使用JNA，不需要再编写适配用的.dll/.so，只需要在Java中编写一个接口和一些代码，作为.dll/.so的代理，就可以在Java程序中调用dll/so。



JNA快速启动


     现在让我们直接进入JNA的世界。


你只需要下载一个jar包，就可以使用JNA的强大功能方便地调用动态链接库中的C函数。

1，下载jna.jar。

在这里https://jna.dev.java.net/servlets/ProjectDocumentList?folderID=7408&expandFolder=7408&folderID=0



2，现在你已经可以使用JNA了。

为了方便你参考JNA的java类库，我制作了《JNA3.09API参考手册》，是CHM格式的。你可以到这里下载 http://download.csdn.net/source/900438





JNA例子


例子1   
现在让我们运行一个JNA程序，感受它的强大威力。

1，在Java项目中引入jna.jar包。

2，创建一个类：


import com.sun.jna.Library;

import com.sun.jna.Native;

import com.sun.jna.Platform;


/** Simple example of native library declaration and usage. */

public class HelloWorld {


    public interface CLibrary extends Library {

        CLibrary INSTANCE = (CLibrary)

            Native.loadLibrary((Platform.isWindows() ? "msvcrt" : "c"),

                               CLibrary.class);

  

        void printf(String format, Object... args);

    }


    public static void main(String[] args) {

        CLibrary.INSTANCE.printf("Hello, World/n");

        for (int i=0;i < args.length;i++) {

            CLibrary.INSTANCE.printf("Argument %d: %s/n", i, args[i]);

        }

    }

}





3，执行，可以看到控制台中打印出了

Hello, World


    但是，请注意，这个程序实际上是使用msvcrt.dll这个C运行时库中的printf函数打印出上面这些字符的。


    看，多简单，不需要写一行C代码，就可以直接在Java中调用外部动态链接库中的函数！


例子2   


    上面那个例子使用了操作系统自带的动态链接库，现在我们再自己写一个动态链接库试试。



1，在VS中选择C++语言，然后选择创建一个Win32程序。 选择dll类型。


2，发布的C函数是：


#define MYLIBAPI extern   "C"     __declspec( dllexport )


MYLIBAPI void say(wchar_t* pValue);



这个函数的实现是：


void say(wchar_t* pValue){

     std::wcout.imbue(std::locale("chs"));


     std::wcout<<L"上帝说："<<pValue<<std::endl;

}


它需要传入一个Unicode编码的字符数组。然后在控制台上打印出一段中文字符。


3，生成dll。然后把生成的dll文件复制到Eclipse项目中，放在项目下面。

4，在Eclipse中编写以下代码：


import com.sun.jna.Library;

import com.sun.jna.Native;

import com.sun.jna.WString;


/**

* @author 沈东良 Edward Shen [e-mail]

* 2008-11-23 下午05:07:14

*TestDll1.dll

*/

public class TestDll1Service {


         public interface TestDll1 extends Library {

                   /**

                    * 当前路径是在项目下，而不是bin输出目录下。

                    */

                   TestDll1 INSTANCE = (TestDll1)Native.loadLibrary("TestDll1", TestDll1.class);

                   public void say(WString value);

                 

         }

         /**

          *

          */

         public TestDll1Service() {

                   // TODO Auto-generated constructor stub

         }


         /**

          * @param args

          */

         public static void main(String[] args) {

                   // TODO Auto-generated method stub

                 

                   TestDll1.INSTANCE.say(new WString("Hello World!"));

                   System.out.println("HHEEH我我们无法万恶");

         }


}


5，执行这个Java类。可以看到控制台下如下输出：

上帝说：Hello World!

HHEEH我我们无法万恶


6，上面一行是C语言使用C++的std::wcout输出的。

下面一行是Java语言输出的。




JNA技术解密
JNA工作原理
JNA是建立在JNI技术基础之上的一个Java类库，它使您可以方便地使用java直接访问动态链接库中的函数。

原来使用JNI，你必须手工用C写一个动态链接库，在C语言中映射Java的数据类型。

JNA中，它提供了一个动态的C语言编写的转发器，可以自动实现Java和C的数据类型映射。你不再需要编写C动态链接库。

当然，这也意味着，使用JNA技术比使用JNI技术调用动态链接库会有些微的性能损失。可能速度会降低几倍。但影响不大。


JNA技术难点



1，当前路径是在项目下，而不是bin输出目录下。

2，数据结构的对应关系：

Java—C和操作系统数据类型的对应表
Java Type
C Type
Native Representation

boolean
int
32-bit integer (customizable)

byte
char
8-bit integer

char
wchar_t
platform-dependent

short
short
16-bit integer

int
int
32-bit integer

long
long long, __int64
64-bit integer

float
float
32-bit floating point

double
double
64-bit floating point

Buffer
Pointer
pointer
platform-dependent (32- or 64-bit pointer to memory)

<T>[] (array of primitive type)
pointer
array
32- or 64-bit pointer to memory (argument/return)
contiguous memory (struct member)

除了上面的类型，JNA还支持常见的数据类型的映射。

String
char*
NUL-terminated array (native encoding or jna.encoding)

WString
wchar_t*
NUL-terminated array (unicode)

String[]
char**
NULL-terminated array of C strings

WString[]
wchar_t**
NULL-terminated array of wide C strings

Structure
struct*
struct
pointer to struct (argument or return) (or explicitly)
struct by value (member of struct) (or explicitly)

Union
union
same as Structure

Structure[]
struct[]
array of structs, contiguous in memory

Callback
<T> (*fp)()
function pointer (Java or native)

NativeMapped
varies
depends on definition

NativeLong
long
platform-dependent (32- or 64-bit integer)

PointerType
pointer
same as Pointer




JNA编程过程


JNA把一个dll/.so文件看做是一个Java接口。

Dll是C函数的集合、容器，这正和接口的概念吻合。


    我们定义这样一个接口，

public interface TestDll1 extends Library {

                   /**

                    * 当前路径是在项目下，而不是bin输出目录下。

                    */

                   TestDll1 INSTANCE = (TestDll1)Native.loadLibrary("TestDll1", TestDll1.class);

                   public void say(WString value);

                 

         }



如果dll是以stdcall方式输出函数，那么就继承StdCallLibrary。否则就继承默认的Library接口。


接口内部需要一个公共静态常量：instance。


TestDll1 INSTANCE = (TestDll1)Native.loadLibrary("TestDll1", TestDll1.class);


通过这个常量，就可以获得这个接口的实例，从而使用接口的方法。也就是调用外部dll的函数！


注意：

1，Native.loadLibrary()函数有2个参数：

    1，dll或者.so文件的名字，但不带后缀名。这符合JNI的规范，因为带了后缀名就不可以跨操作系统平台了。

搜索dll的路径是：

1）项目的根路径

2）操作系统的全局路径、

3）path指定的路径。

2，第二个参数是本接口的Class类型。


JNA通过这个Class类型，根据指定的dll/.so文件，动态创建接口的实例。


2，接口中你只需要定义你需要的函数或者公共变量，不需要的可以不定义。

public void say(WString value);


参数和返回值的类型，应该和dll中的C函数的类型一致。

这是JNA，甚至所有跨平台调用的难点。


这里，C语言的函数参数是：wchar_t*。

JNA中对应的Java类型是WStirng。



所有跨平台、跨语言调用的难点
有过跨语言、跨平台开发的程序员都知道，跨平台、语言调用的难点，就是不同语言之间数据类型不一致造成的问题。绝大部分跨平台调用的失败，都是这个问题造成的。

关于这一点，不论何种语言，何种技术方案，都无法解决这个问题。

这需要程序员的仔细开发和设计。这是程序员的责任。


常见的跨平台调用有：
1，Java调用C语言编写的dll、.so动态链接库中的函数。

2，.NET通过P/Invoke调用C语言编写的dll、.so动态链接库中的函数。

3，通过WEBService，在C,C++,Java,.NET等种种语言间调用。

    WebService传递的是xml格式的数据。


即使是强大的P/Invoke或者WebService，在遇到复杂的数据类型和大数据量的传递时，还是会碰到很大的困难。


因为，一种语言的复杂的数据类型，很难用另一种语言来表示。这就是跨平台调用问题的本质。
如，WEBService调用中，很多语言，如Java，.NET都有自动实现的Java/.NET类型和XML类型之间的映射的类库或者工具。

但是，在现实的编程环境中，如果类型非常复杂，那么这些自动转换工具常常力不从心。

要么Object-XML映射错误。

要么映射掉大量的内存。


因此，我个人对这些Object-XML映射框架相当不感冒。

我现在使用WEBService，都是直接手工使用xml处理工具提取xml中的数据构建对象。或者反过来，手工根据Object中的属性值构建xml数据。



Java和C语言之间的调用问题，也是如此。

Java要调用C语言的函数，那么就必须严格按照C语言要求的内存数量提供Java格式的数据。要用Java的数据类型完美模拟C语言的数据类型。

JNA已经提供了大量的类型匹配C语言的数据类型。




跨平台、跨语言调用的第一原则：就是尽量使用基本、简单的数据类型，尽量少跨语言、平台传递数据！
只有你才能拯救你自己。

如果在你的程序中，有复杂的数据类型和庞大的跨平台数据传递。那么你必须另外写一些Façade接口，把需要传递的数据类型简化，把需要传递的数据量简化。

否则，不论是实现的难度还是程序的性能都很难提高。





JNI还是不能废
我们已经见识了JNA的强大。JNI和它相比是多么的简陋啊！

但是，有些需求还是必须求助于JNI。

JNA是建立在JNI技术基础之上的一个框架。

使用JNI技术，不仅可以实现Java访问C函数，也可以实现C语言调用Java代码。

而JNA只能实现Java访问C函数，作为一个Java框架，自然不能实现C语言调用Java代码。此时，你还是需要使用JNI技术。

JNI是JNA的基础。是Java和C互操作的技术基础。


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