Java编程--关于JNI你应该知道的一切

出于效率的问题，很多情况下，我们需要在上层的Java代码中调用底层 C或C++实现，这时jni就可以大显身手了。jni（Java Native Interface）允许Java代码和其他语言写的代码进行交互，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。

使用JNI编程的步骤

1. 在Java代码中使用native关键字声明一个本地方法
2. 运行javah，获得包含该方法声明的C语言头文件（使用jni编程中的C函数名通常是相关于Java方法有一定的命名规则的，稍后会介绍，我们使用javah来帮助我们获得该方法名）
3. 用C语言或C++实现我们所需要的功能
4. 生成共享库文件，共享库文件可以是windows风格的.dll文件，也可以是UNIX风格的.so文件
5. 为了确保虚拟机在第一次使用该类之前就会装载这个库，使用静态初始化块来加载

关于javah：在命令窗口中运行javah -h 命令我们可以看到javah的所有选项，这里简单介绍一下：

• -classpath，用于装入类的路径
• -d，输出目录
• -o，输出文件， -d和-o只能使用其中之一
• -jni，生成jni样式的头文件（默认）

编写第一个JNI程序

看到了上面的步骤我们来亲自实践一下，利用jni编写一个简单的hello world程序。
1.首先，我们用Java代码编写一个本地方法hello：

package com.example.jnitest;public class JniTest {    public static native void hello();}

2.接下来我们利用javah生成头文件，需要注意的是我们应该首先编译该工程得到.class文件。然后我们运行命令行来到工程目录/bin目录 下，输入命令 javah -classpath . com.example.jnitest.JniTest 得到头文件，如图：

得到头文件的代码如下：

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */#include <jni.h>/* Header for class com_example_jnitest_JniTest */#ifndef _Included_com_example_jnitest_JniTest#define _Included_com_example_jnitest_JniTest#ifdef __cplusplusextern "C" {#endif/* * Class:     com_example_jnitest_JniTest * Method:    hello * Signature: ()V */JNIEXPORT void JNICALL Java_com_example_jnitest_JniTest_hello  (JNIEnv *, jclass);#ifdef __cplusplus}#endif#endif

3.接下来我们要用C语言实现我们的程序，为了方便创建共享库文件，在这里我在VS2012中创建了一个控制台工程，并在应用程序设置中选择dll和空项目。如图：

接着将刚刚得到的头文件添加进来并新建一个cpp文件来实现我们的程序。

#include"jni_hello.h"JNIEXPORT void JNICALL Java_com_example_jnitest_JniTest_hello    (JNIEnv *, jclass){        printf("Hello Jni!\n");}

注意问题，如果我们直接将头文件添加进来可能会找不到头文件jni.h，这时我们需要配置一下我们的工程，右键 工程–>属性–>VC++目录，选择包含目录–>编辑，将jni头文件的目录添加进来，一般需要添加的目录是jdk目录下的 include文件夹以及include/win32文件夹，如图：

4.生成共享库文件，接下来我们只需要运行该工程即可在Debug文件夹下找到.dll文件，需要注意的是，vs直接生成的是32位的dll文件，如果你 的机器是64位就会报错Can’t load IA 32-bit .dll on a AMD 64-bit platform，这时我们就用配置一下自己的VS工程：生成–>配置管理器的活动解决方案平台，活动解决方案平台–>新建–>选择 x64即可

接下来我们需要将我们的共享库添加进来：

• 首先我们调用System.out.println( System.getProperty(“java.library.path”));获得共享库的路径
• 接下来我们将dll文件拷贝到其中之一的路径中

5.加载共享库，调用native方法：

package com.example.jnitest;public class Main {    static{        System.loadLibrary("JniApplication");//静态初始化块加载库    }    public static void main(String[] args) {        JniTest.hello();    }}

在控制台中输出结果：

Jni中数据类型对应关系

了解了jni的简单用法，我们再来进行深入的学习：首先使jni中Java基本类型和C基本类型的对应关系

除了基本的数据类型外，比较常用的当属字符串类型，Java中的String对应C中为jstring，我们可以使用如下方法将jstring类型和char *的相互转化

        char *ff = "Hello Jni!";        //创建一个jstring类型字符串        jstring j_string = env->NewStringUTF(ff);        //将jstring类型转化为char*        const char * c_string = env->GetStringUTFChars(j_string, 0);        printf(c_string);        //当我们不再使用字符串时，要将其释放        env->ReleaseStringUTFChars(j_string, c_string);

访问Java中的域

使用C语言访问Java中的域和方法都要知道其Id，使用起来相对也比较复杂，在这里举一个简单的例子，假设我们的类People中有一个int类型的域age，即：

package com.example.jnitest;public class People {    private int age;    public int getAge() {        return age;    }    public void setAge(int age) {        this.age = age;    }}

修改JniTest中的方法，这一次我们通过调用native方法使得age域变为原来的二倍：

package com.example.jnitest;public class JniTest {    public static native People changeAge(People people);}

重新生成头文件后再cpp文件中编写我们的方法，每次访问Java中的域我们需要得到FieldId才可以，其步骤为：
1. 获取隐式参数的类
2. 获取域Id
3. 访问域的值

#include"jni_hello.h"JNIEXPORT jobject JNICALL Java_com_example_jnitest_JniTest_changeAge  (JNIEnv *env, jclass cl, jobject ob){      jclass cl_people = env->GetObjectClass(ob);      jfieldID c_ageId = env->GetFieldID(cl_people, "age", "I");      jint c_age = env->GetIntField(ob,c_ageId);      //打印修改之后的语句      printf("%d", c_age);      //修改age域      env->SetIntField(ob, c_ageId, 2*c_age);      return ob;}

env->GetFieldID方法中的第二个参数表示该域的名称，第三个参数表示该age域的类型为int，这个jni的编码签名有关，稍后会提到。接下来在main方法中调用：

package com.example.jnitest;public class Main {    static{        System.loadLibrary("JniApplication");    }    public static void main(String[] args) {        People people = new People();        people.setAge(5);        people = JniTest.changeAge(people);        System.out.println("changed::"+people.getAge());    }}

输出结果：

可以看到，结果变为原来的2倍。对于访问静态域时只需更换env->GetIntField为env->GetStaticIntField即可。

访问Java中的方法

刚刚我们使用了访问域的方法去修改了域的值，下面我们在cpp文件中调用People类下的setAge方法修改age的值；调用Java的方法需要按照以下步骤：

1. 获取隐式参数的类
2. 获取方法Id
3. 进行调用

#include"jni_hello.h"JNIEXPORT jobject JNICALL Java_com_example_jnitest_JniTest_changeAge  (JNIEnv *env, jclass cl, jobject ob){      jclass cl_people = env->GetObjectClass(ob);      jfieldID c_ageId = env->GetFieldID(cl_people, "age", "I");      jint c_age = env->GetIntField(ob,c_ageId);      //第三个参数同样和编码签名有关      jmethodID c_setAgeId = env->GetMethodID(cl_people, "setAge","(I)V");      //void表示了返回类型，若返回为int，则调用CallIntMethod      env->CallVoidMethod(ob,c_setAgeId,2*c_age);      return ob;}

在main函数中调用，代码同上，结果如下：

对于static方法的调用，我们只需要将调用时的方法更换就好，例如setAge方法为static的话，只需将 env->CallVoidMethod(ob,c_setAgeId,2*c_age);更换为 env->CallStaticVoidMethod(ob,c_setAgeId,2*c_age);即可。

Jni编码签名

在前面我们提到了env->GetFieldID方法中的第三个参数用编码签名来表示了该域的数据类型，现在来介绍一下jni中数据类的对应关系。

• 基本数据类型：
  B——byte, C——char, D——double, F——float,
  I——-int , J——long, S——short, V——–void , Z——boolean
• 数组类型，在开头加“[”来表示，如int[] 数组为“[I”；二维数组int[][] 即为“[[I”
• 类类型，以“L+完整包名+类名+;”表示其中所有的“.”换为“/”，如com.example.jnitest.People类表示为Lcom/example/jnitest/People;

关于方法的编码签名规则是，“（传入参数类型的编码签名）+返回参数类型的编码签名”，多个传入参数之间直接相接就好；例如我们的setAge方法中传入参数为int，返回为void，则表示为“(I)V”。