JNI用法示例

前言：JNI简介

Java Native Interface（JNI）是Java语言的本地编程接口，是J2SDK的一部分。在java程序中，我们可以通过JNI实现一些用java语言不便实现的功能。通常有以下几种情况我们需要使用JNI来实现。

• 标准的java类库没有提供你的应用程序所需要的功能，通常这些功能是平台相关的。
• 你希望使用一些已经有的类库或者应用程序，而他们并非用java语言编写的。
• 程序的某些部分对速度要求比较苛刻，你选择用汇编或者c语言来实现并在java语言中调用他们。

当然有时我们也会需要在别的语言项目中调用java类库。

在《java核心技术》中，作者提到JNI的时候，建议不到万不得已不要使用JNI技术，一方面它需要你把握更多的知识才可以驾驭；另一方面，使用了JNI后你的程序就会丧失可移植性。在本文我们跳过JNI的底层机制，读者最好先把它想象为本地代码和java代码的粘合剂。关系如下图所示：

下面我们介绍几种常见的JNI使用情景。

第一章：Windows下JAVA调用C/C++库

我们使用的是Win7 64位系统，已经配置好了JDK和VS2010开发环境。
示例demo — http://download.csdn.net/detail/youmingyu/9702138

第一步、创建JAVA主程序

首先我们在硬盘上建立一个HelloJNIPro目录作为我们的工作目录，然后编写自己的java代码，在java代码中我们会声明native方法，代码非常简单。如下所示

class HelloJNI{    public native int displayHelloJNI(int a,int b); //声明外部实现函数    static {        System.loadLibrary("win64/helloJNILib"); //导入本地库    }    public static void main(String[] args) {        System.out.println(new HelloJNI().displayHelloJNI(1,2));    }}

注意displayHelloJNI()方法的声明，它有一个关键字native，表明这个方法使用java以外的语言实现。这个方法不包括实现，因为我们要用c/c++语言实现它。

注意System.loadLibrary("helloJNILib")这句代码，它是在静态初始化块中定义的，用来装载helloJNILib共享库，这就是我们在后面生成的helloJNILib.dll（假如在其他的操作系统可能是其他的形式，比如Linux下为helloJNILib.so）

最后用命令行：javac HelloJNI.java编译生成HelloJNI.class文件，编译最后执行也可以。

第二步、创建 .h 头文件

这一步中我们要使用javah命令生成.h文件，这个文件要在后面的c/c++代码中用到，运行命令行：javah HelloJNI，可以看到在工作目录下生成了HelloJNI.h文件，文件内容如下，在此我们不对它进行太多的解释。

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */#include <jni.h>/* Header for class HelloJNI */#ifndef _Included_HelloJNI#define _Included_HelloJNI#ifdef __cplusplusextern "C" {#endif/* * Class:     HelloJNI * Method:    displayHelloJNI * Signature: (II)I */JNIEXPORT jint JNICALL Java_HelloJNI_displayHelloJNI  (JNIEnv *, jobject, jint, jint);#ifdef __cplusplus}#endif#endif

第三步、编写C/C++本地实现代码

在这一步我们要用C/C++语言实现java中定义的方法，在VS中新建一个项目：helloJNILib，然后创建HelloJNI.cpp文件，内容如下

#include <jni.h> //导入jni头文件#include "HelloJNI.h" //导入jni头文件#include <stdio.h>JNIEXPORT jint JNICALL Java_HelloJNI_displayHelloJNI(JNIEnv *env, jobject obj,jint a,jint b){    printf("Hello JNI!\n");    int c=a+b;    return c;}

注意这里包含了jni.h和上一步得到的HelloJNI.h文件。因此你要在VS里面设置好相关路径，jni.h在JAVA_HOME/include里面，方法如下。

编译生成helloJNILib.dll文件，方法参考：VS2010下静态链接库和动态链接库的生成和使用，注意生成和自己Windows位数一致的dll，我的是64位。

第四步、运行JAVA程序

把上一步生成的helloJNILib.dll文件复制到工作目录下的win64文件夹下。命令行运行：java HelloJNI命令，则可在控制台看到如下输出了。

第二章：Windows下VS（C++）调用JAVA类

我们使用的是Win7 64位系统，已经配置好了JDK和VS2010开发环境。
示例demo — http://download.csdn.net/detail/youmingyu/9761243

第一步、开发JAVA类

java类没有特殊要求，下面给出一个测试用例：JNITest.java，然后新建一个JNIJavaTest文件夹，将此文件放入其中（因为java文件设置包名为JNIJavaTest）。然后编译生成class文件。

package JNIJavaTest;//该类是为了演示JNI如何访问各种对象属性等public class JNITest{    public static int COUNT = 8;//用于演示如何访问静态的基本类型属性    private String msg;//演示对象型属性    private int[] counts;    public JNITest(){        this("缺省构造函数");    }    //演示如何访问构造器    public JNITest(String msg){        this.msg = msg;        this.counts = null;    }    public String getMessage(){        return msg;    }    // 该方法演示如何访问一个静态方法    public static String getHelloWorld(){        return "Hello world!";    }    //该方法演示参数的传入传出及中文字符的处理    public String append(String str, int i){        return str + i;    }    //演示数组对象的访问    public int[] getCounts(){        return counts;    }    //演示如何构造一个数组对象    public void setCounts(int[] counts){        this.counts = counts;    }    //演示异常的捕捉    public void throwExcp()throws IllegalAccessException{        throw new IllegalAccessException("exception occur.");    }}

需要注意的是：避免在被调用的JAVA类中使用静态final成员变量，因为在C++中生成一个JAVA类的对象时，静态final成员变量不会像JAVA中new对象时那样先赋值。如果出现这种情况，在C++中调用该对象的方法时会发现该对象的静态final成员变量值全为0或者null（根据成员变量的类型而定）。

第三步、创建VS项目，配置环境

用VS新建一个项目，进行如下配置：

• 设置包含目录为：%JAVA_HOME%\include;%JAVA_HOME%\include\win32，这是因为需要用到jni.h和jni_md.h两个头文件（不设置也可以，请把这两个文件copy到项目源文件处）。
• 设置库目录为：%JAVA_HOME%\lib，并附加依赖项jvm.lib（经测试这一步可以不做）。
• 设置解决方案平台同JDK一致，我们的JDK是64位，所以设置VS解决方案平台是x64。

第三步、编写C/C++代码

下面以调用JNITest类中的append()函数为例，给出一C++代码实现例子。

#include "windows.h"#include "jni.h"#include <string>#include <iostream>using namespace std;jstring NewJString(JNIEnv *env, LPCTSTR str);string  JStringToCString (JNIEnv *env, jstring str);int main(){    //定义一个函数指针，下面用来指向JVM中的JNI_CreateJavaVM函数    typedef jint (WINAPI *PFunCreateJavaVM)(JavaVM **, void **, void *);    int res;    JavaVMInitArgs vm_args;    JavaVMOption options[3];    JavaVM *jvm;    JNIEnv *env;    /*------------------------------设置初始化参数-----------------------------------------*/    //disable JIT，这是JNI文档中的解释，具体意义不是很清楚 ，能取哪些值也不清楚。    //从JNI文档里给的示例代码中搬过来的    options[0].optionString = "-Djava.compiler=NONE";    //设置classDir，如果程序用到了第三方的JAR包，也可以在这里面包含进来    options[1].optionString = "-Djava.class.path=..\\..;.";    //设置显示消息的类型，取值有gc、class和jni，如果一次取多个的话值之间用逗号格开，如-verbose:gc,class    //该参数可以用来观察C++调用JAVA的过程，设置该参数后，程序会在标准输出设备上打印调用的相关信息    options[2].optionString = "-verbose:NONE";    //设置版本号，版本号有JNI_VERSION_1_1，JNI_VERSION_1_2和JNI_VERSION_1_4    //选择一个根你安装的JRE版本最近的版本号即可，不过你的JRE版本一定要等于或者高于指定的版本号    vm_args.version = JNI_VERSION_1_4;    vm_args.nOptions = 3;    vm_args.options = options;    //该参数指定是否忽略非标准的参数，如果填JNI_FLASE，当遇到非标准参数时，JNI_CreateJavaVM会返回JNI_ERR    vm_args.ignoreUnrecognized = JNI_TRUE;    /*------------------------------创建虚拟机-----------------------------------------*/    //加载JVM.DLL动态库    HINSTANCE hInstance = LoadLibrary("C:\\StudyProgram\\Java\\jdk1.8.0_45\\jre\\bin\\server\\jvm.dll");    if (hInstance == NULL){        return false;    }    //取得里面的JNI_CreateJavaVM函数指针    PFunCreateJavaVM funCreateJavaVM = (PFunCreateJavaVM)::GetProcAddress(hInstance, "JNI_CreateJavaVM");    //调用JNI_CreateJavaVM创建虚拟机    res = (*funCreateJavaVM)(&jvm, (void**)&env, &vm_args);    if (res < 0){        return -1;    }    /*------------------------------获取java类的对象-----------------------------------------*/    //查找test.Demo类，返回JAVA类的CLASS对象    jclass cls = env->FindClass("test/Demo");    //根据类的CLASS对象获取该类的实例    jobject obj = env->AllocObject(cls);    //获取类中的方法，最后一个参数是方法的签名，通过命令:" javap -s -p 文件名 "可以获得    jmethodID mid = env->GetMethodID(cls, "append","(Ljava/lang/String;I)Ljava/lang/String;");    /*------------------------------调用对象中方法-----------------------------------------*/    //构造参数并调用对象的方法    const char szTest[] = "国窖";    jstring arg = NewJString(env, szTest);    jstring msg = (jstring) env->CallObjectMethod(obj, mid, arg, 1573);    cout<<JStringToCString(env, msg)<<endl;    /*------------------------------清理内存-----------------------------------------*/    //销毁虚拟机并释放动态库    jvm->DestroyJavaVM();    ::FreeLibrary(hInstance);    return 0;}//将JString转化为Stringstring  JStringToCString (JNIEnv *env, jstring str){ //(jstring str, LPTSTR desc, int desc_len)    if(str==NULL){return "";}    //在VC中wchar_t是用来存储宽字节字符(UNICODE)的数据类型    int len = env->GetStringLength(str);    wchar_t *w_buffer = new wchar_t[len+1];    char *c_buffer = new char[2*len+1];    ZeroMemory(w_buffer,(len+1)*sizeof(wchar_t));    //使用GetStringChars而不是GetStringUTFChars    const jchar * jcharString = env->GetStringChars(str, 0);    wcscpy(w_buffer,(const wchar_t *)jcharString);      env->ReleaseStringChars(str,jcharString);    ZeroMemory(c_buffer,(2*len+1)*sizeof(char));    //调用字符编码转换函数(Win32 API)将UNICODE转为ASCII编码格式字符串    len = WideCharToMultiByte(CP_ACP,0,w_buffer,len,c_buffer,2*len,NULL,NULL);    string cstr = c_buffer;    delete[] w_buffer;    delete[] c_buffer;    return cstr;}//将Char数组转化为JStringjstring NewJString(JNIEnv *env, LPCTSTR str){    if(!env || !str){return 0;}    int slen = strlen(str);    jchar* buffer = new jchar[slen];    int len = MultiByteToWideChar(CP_ACP,0,str,strlen(str),(LPWSTR)buffer,slen);    if(len>0 && len < slen){        buffer[len]=0;    }    jstring js = env->NewString(buffer,len);    delete [] buffer;    return js;}

c++代码中调用外部java类中的成员流程大体如下（以append()函数为例）：

1. 设置JavaVMInitArgs类型的参数，注意JavaVMInitArgs里的options[1]这个参数，它指的是java类的路径，我们设它为classDir，那么java类的位置就为：项目工作目录（当前目录）+classDir+java包名路径。
2. 利用LoadLibrary()函数加载jvm.dll动态库，注意jvm.dll一般位于%JAVA_HOME%\jre\\bin\server\路径下，请不要挪动它的位置，因为JNI_CreateJavaVM函数内部会自动根据jvm.dll的路径来获取JRE的环境，如果要挪动，请一起挪动整个虚拟机需要的环境（整个jre文件夹，其实里面大部分东西没用，挪动时可以删除，具体参考下文的：补充四）。
3. 利用GetProcAddress()函数获得JNI_CreateJavaVM函数的指针。
4. 利用JNI_CreateJavaVM函数创建虚拟机JavaVM，并得到JNI的上下文环境JNIEnv。
5. 利用JNIEnv->FindClass()获得java类，注意这里的参数是java类的（包名+类名），间隔用斜杠”/“，不要用”.“。
6. 利用java类jclass获取java类的对象。
7. 利用java类对象jobject获取Java里相应函数，GetMethodID()函数最后一个参数是相应函数的签名，可以通过命令:” javap -s -p 文件名 “获得。
8. 构造参数（如有必要），因为java使用的参数类型和C++不一样，有些不能强制转型，比如Java用Unicode编码字符，而C++不是。例子中给出了JString和CString相互转化的方法。
9. 利用CallObjectMethod调用java方法运算。
10. 释放内存。

补充一、java类其他成员的调用

1、调用JAVA中的静态方法

//调用静态方法  jclass cls = env->FindClass("test/Demo");  jmethodID mid = env->GetStaticMethodID(cls, "getHelloWorld","()Ljava/lang/String;");  jstring msg = (jstring)env->CallStaticObjectMethod(cls, mid);      cout<<JStringToCString(env, msg);  

2、调用JAVA中的静态属性

//调用静态方法  jclass cls = env->FindClass("test/Demo");  jfieldID fid = env->GetStaticFieldID(cls, "COUNT","I");  int count = (int)env->GetStaticIntField(cls, fid);     cout<<count<<endl;  

3、调用JAVA中的带参数构造函数

//调用构造函数  jclass cls = env->FindClass("test/Demo");  jmethodID mid = env->GetMethodID(cls,"<init>","(Ljava/lang/String;)V");  const char szTest[] = "电信";  jstring arg = NewJString(env, szTest);  jobject demo = env->NewObject(cls,mid,arg);  //验证是否构造成功  mid = env->GetMethodID(cls, "getMessage","()Ljava/lang/String;");  jstring msg = (jstring)env->CallObjectMethod(demo, mid);   cout<<JStringToCString(env, msg);  

4、传入传出数组

//传入传出数组  //构造数组  long        arrayCpp[] = {1,3,5,7,9};  jintArray array = env->NewIntArray(5);  env->SetIntArrayRegion(array, 0, 5, arrayCpp);  //传入数组  jclass cls = env->FindClass("test/Demo");  jobject obj = env->AllocObject(cls);  jmethodID mid = env->GetMethodID(cls,"setCounts","([I)V");  env->CallVoidMethod(obj, mid, array);  //获取数组  mid = env->GetMethodID(cls,"getCounts","()[I");  jintArray msg = (jintArray)env->CallObjectMethod(obj, mid, array);  int len =env->GetArrayLength(msg);  jint* elems =env-> GetIntArrayElements(msg, 0);  for(int i=0; i< len; i++)  {      cout<<"ELEMENT "<<i<<" IS "<<elems[i]<<endl;  }  env->ReleaseIntArrayElements(msg, elems, 0);  

补充二、异常处理

由于调用了Java的方法，因此难免产生操作的异常信息，如JAVA函数返回的异常，或者调用JNI方法（如GetMethodID）时抛出的异常。这些异常没有办法通过C++本身的异常处理机制来捕捉到，但JNI可以通过一些函数来获取Java中抛出的异常信息。

//异常处理  jclass cls = env->FindClass("test/Demo");  jobject obj = env->AllocObject(cls);  jmethodID mid = env->GetMethodID(cls,"throwExcp","()V");  env->CallVoidMethod(obj, mid);  //获取异常信息  string exceptionInfo = "";  jthrowable excp = 0;  excp = env->ExceptionOccurred();   if(excp)  {      jclass cls = env->GetObjectClass(excp);      env->ExceptionClear();      jmethodID mid = env->GetMethodID(cls, "toString","()Ljava/lang/String;");      jstring msg = (jstring) env->CallObjectMethod(excp, mid);      cout<<JStringToCString(env, msg)<<endl;        env->ExceptionClear();  }

补充三、多线程

有些时候需要使用多线程的方式来访问Java的方法。我们知道一个Java虚拟机是非常消耗系统的内存资源，差不多每个虚拟机需要内存大约在20MB左右。为了节省资源要求每个线程使用的是同一个虚拟机，这样在整个的JNI程序中只需要初始化一个虚拟机就可以了。

这里面涉及到两个概念，它们分别是虚拟机(JavaVM *jvm)和虚拟机环境（JNIEnv *env）。真正消耗大量系统资源的是jvm而不是env，jvm是允许多个线程访问的，但是env只能被创建它本身的线程所访问，而且每个线程必须创建自己的虚拟机环境env。主线程在初始化虚拟机的时候就创建了虚拟机环境env，为了让子线程能够创建自己的env，JNI提供了两个函数：AttachCurrentThread和DetachCurrentThread。下面代码就是子线程访问Java方法的框架：

// 将虚拟机通过参数传入DWORD WINAPI SubThreadProc(PVOID dwParam){ //PVOID:无类型指针    JavaVM *g_jvm = (JavaVM*)dwParam;    JNIEnv* g_env;    (g_jvm)-> AttachCurrentThread((void**)&g_env, NULL);    //..............    (g_jvm)-> DetachCurrentThread();    return 0;}

补充四、关于项目的发布

当要发布使用了JNI的程序时，并不一定要求客户要安装一个Java运行环境，因为可以在安装程序中打包这个运行环境。为了让打包程序利于下载，这个包要比较小，因此要去除JRE（Java运行环境）中一些不必要的文件。下面给出一些必须的文件（注意这些文件之间的相对路径不要变）：

• jre\bin\java.dll
• jre\bin\zip.dll
• jre\bin\server\jvm.dll
• jre\lib\rt.jar

除此之外，根据项目使用的java类的不同，还会需要特定的文件，比如如果项目中用到了日历，你会需要 jre\lib\tzmappings，如果你用了字符，你会需要jre\lib\charsets.jar，请根据自己的情况简化jre环境。

另外rt.jar这个包较大，但是其中有很大一部分文件并不需要，可以根据实际的应用情况进行删除。例如程序如果没有用到Java Swing，就可以把涉及到Swing的文件都删除后重新打包。