用 JNI 进行 Java 编程(3)

时间  2019-11-06
标签 jni 进行 java 编程 栏目 Java 繁體版
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从 C/C++ 程序调用 Java 代码java

概述程序员

JNI 容许您从本机代码内调用 Java 类方法。要作到这一点，一般必须使用 Invocation API 在本机代码内建立和初始化一个 JVM。下列是您可能决定从 C/C++ 代码调用 Java 代码的典型状况：shell

  • 但愿实现的这部分代码是平台无关的，它将用于跨多种平台使用的功能。

  • 须要在本机应用程序中访问用 Java 语言编写的代码或代码库。

  • 但愿从本机代码利用标准 Java 类库。

 

从 C/C++ 程序调用 Java 代码的四个步骤

从 C/C++ 调用 Java 方法过程的四个步骤以下：编程

  1. 编写 Java 代码。这个步骤包含编写一个或多个 Java 类，这些类实现（或调用其它方法实现）您想要访问的功能。

  2. 编译 Java 代码。在可以使用这些 Java 类以前，必须成功地将它们编译成字节码。

  3. 编写 C/C++ 代码。这个代码将建立和实例化 JVM，并调用正确的 Java 方法。

  4. 运行本机 C/C++ 应用程序。将运行应用程序以查看它是否正常工做。咱们还将讨论一些用于处理常见错误的技巧。

 

步骤 1：编写 Java 代码

咱们从编写一个或多个 Java 源代码文件开始，这些文件将实现咱们想要本机 C/C++ 代码使用的功能。c#

下面显示了一个 Java 代码示例 Sample2.java：数组


public class Sample2
{
  public static int intMethod(int n) {
      return n*n;
  }

  public static boolean booleanMethod(boolean bool) {
      return !bool;
  }
}

注：Sample2.java 实现了两个 static Java 方法：intMethod(int n) 和 booleanMethod(boolean bool)（分别在第 3 行和第 7 行）。static 方法是一种不须要与对象实例关联的类方法。调用 static 方法要更容易些，由于没必要实例化对象来调用它们。jvm

步骤 2：编译 Java 代码

接下来，咱们将 Java 代码编译成字节码。完成这一步的方法之一是使用随 SDK 一块儿提供的 Java 编译器 javac。 使用的命令是：ide


javac Sample1.java

步骤 3：编写 C/C++ 代码

即便是在本机应用程序中运行，全部 Java 字节码也必须在 JVM 中执行。所以 C/C++ 应用程序必须包含用来建立和初始化 JVM 的调用。为了方便咱们，SDK 包含了做为共享库文件（jvm.dll 或 jvm.so）的 JVM，这个库文件能够嵌入到本机应用程序中。函数

让咱们先从浏览一下 C 和 C++ 应用程序的整个代码开始，而后对二者进行比较。性能

带有嵌入式 JVM 的 C 应用程序

Sample2.c 是一个带有嵌入式 JVM 的简单的 C 应用程序：


#include <jni.h>

#ifdef _WIN32
#define PATH_SEPARATOR ';'
#else
#define PATH_SEPARATOR ':'
#endif

int main()
{
  JavaVMOption options[1];
  JNIEnv *env;
  JavaVM *jvm;
  JavaVMInitArgs vm_args;
  long status;
  jclass cls;
  jmethodID mid;
  jint square;
  jboolean not;

  options[0].optionString = "-Djava.class.path=.";
  memset(&vm_args, 0, sizeof(vm_args));
  vm_args.version = JNI_VERSION_1_2;
  vm_args.nOptions = 1;
  vm_args.options = options;
  status = JNI_CreateJavaVM(&jvm, (void**)&env, &vm_args);

  if (status != JNI_ERR)
  {
     cls = (*env)->FindClass(env, "Sample2");
     if(cls !=0)
     { mid = (*env)->GetStaticMethodID(env, cls, "intMethod", "(I)I");
       if(mid !=0)
       { square = (*env)->CallStaticIntMethod(env, cls, mid, 5);
				printf("Result of intMethod: %d\n", square);
       }

       mid = (*env)->GetStaticMethodID(env, cls, "booleanMethod", "(Z)Z");
       if(mid !=0)
       { not = (*env)->CallStaticBooleanMethod(env, cls, mid, 1);
         printf("Result of booleanMethod: %d\n", not);
       }
     }

    (*jvm)->DestroyJavaVM(jvm);
     return 0;
   }
   else
   return -1;
}

带有嵌入式 JVM 的 C++ 应用程序

Sample2.cpp 是一个带有嵌入式 JVM 的 C++ 应用程序：


#include <jni.h>

#ifdef _WIN32
#define PATH_SEPARATOR ';'
#else
#define PATH_SEPARATOR ':'
#endif

int main()
{
	  JavaVMOption options[1];
	  JNIEnv *env;
	  JavaVM *jvm;
	  JavaVMInitArgs vm_args;
	  long status;
	  jclass cls;
	  jmethodID mid;
	  jint square;
	  jboolean not;

	  options[0].optionString = "-Djava.class.path=.";
	  memset(&vm_args, 0, sizeof(vm_args));
	  vm_args.version = JNI_VERSION_1_2;
	  vm_args.nOptions = 1;
	  vm_args.options = options;
	  status = JNI_CreateJavaVM(&jvm, (void**)&env, &vm_args);

	  if (status != JNI_ERR)
          {
	    cls = (*env)->FindClass(env, "Sample2");
	    if(cls !=0)
            {   mid = (*env)->GetStaticMethodID(env, cls, "intMethod", "(I)I");
                if(mid !=0)
	        {  square = (*env)->CallStaticIntMethod(env, cls, mid, 5);
		       printf("Result of intMethod: %d\n", square);
	        }

	        mid = (*env)->GetStaticMethodID(env, cls, "booleanMethod", "(Z)Z");
	        if(mid !=0)
	        {  not = (*env)->CallStaticBooleanMethod(env, cls, mid, 1);
		       printf("Result of booleanMethod: %d\n", not);
	        }
             }

	    (*jvm)->DestroyJavaVM(jvm);
            return 0;
          }
         else return -1;
}

C 和 C++ 实现的比较

C 和 C++ 代码几乎相同；惟一的差别在于用来访问 JNI 函数的方法。在 C 中，为了取出函数指针所引用的值，JNI 函数调用前要加一个 (*env)-> 前缀。在 C++ 中，JNIEnv 类拥有处理函数指针查找的内联成员函数。所以，虽然这两行代码访问同一函数，但每种语言都有各自的语法，以下所示。

C 语法： cls = (*env)->FindClass(env, "Sample2");
C++ 语法： cls = env->FindClass("Sample2");

对 C 应用程序更深刻的研究

咱们刚才编写了许多代码，但它们都作些什么呢？ 在执行步骤 4 以前，让咱们更深刻地研究一下 C 应用程序的代码。咱们将先浏览一些必要的步骤，包括准备本机应用程序以处理 Java 代码、将 JVM 嵌入本机应用程序，而后从该应用程序内找到并调用 Java 方法。

包括 jni.h 文件

咱们从 C 应用程序中所包括的 jni.h C 头文件开始，以下面的代码样本中所示：


#include <jni.h>

jni.h 文件包含在 C 代码中所须要的 JNI 的全部类型和函数定义。

声明变量

接下来，声明全部但愿在程序中使用的变量。JavaVMOption options[] 具备用于 JVM 的各类选项设置。当声明变量时，确保所声明的 JavaVMOption options[] 数组足够大，以便能容纳您但愿使用的全部选项。在本例中，咱们使用的惟一选项就是类路径选项。由于在本示例中，咱们全部的文件都在同一目录中，因此将类路径设置成当前目录。能够设置类路径，使它指向任何您但愿使用的目录结构。

如下代码声明了用于 Sample2.c 的变量：


JavaVMOption options[1];
JNIEnv *env;
JavaVM *jvm;
JavaVMInitArgs vm_args;

注：

  • JNIEnv *env 表示 JNI 执行环境。

  • JavaVM jvm 是指向 JVM 的指针。咱们主要使用这个指针来建立、初始化和销毁 JVM。

  • JavaVMInitArgs vm_args 表示能够用来初始化 JVM 的各类 JVM 参数。

设置初始化参数

JavaVMInitArgs 结构表示用于 JVM 的初始化参数。在执行 Java 代码以前，可使用这些参数来定制运行时环境。正如您所见，这些选项是一个参数而 Java 版本是另外一个参数。按以下所示设置了这些参数：


vm_args.version = JNI_VERSION_1_2;
vm_args.nOptions = 1;
vm_args.options = options;

设置类路径

接下来，为 JVM 设置类路径，以使它能找到所须要的 Java 类。在这个特定示例中，由于 Sample2.class 和 Sample2.exe 都位于同一目录中，因此将类路径设置成当前目录。咱们用来为 Sample2.c 设置类路径的代码以下所示：


options[0].optionString = "-Djava.class.path=."; 
// same text as command-line options for the java.exe JVM

为 vm_args 留出内存

在可使用 vm_args 以前，必需为它留出一些内存。一旦设置了内存，就能够设置版本和选项参数了，以下所示：


memset(&vm_args, 0, sizeof(vm_args));  // set aside enough memory for vm_args
vm_args.version = JNI_VERSION_1_2;         // version of Java platform
vm_args.nOptions = 1;                      // same as size of options[1]
vm_args.options = options;

建立 JVM

处理完全部设置以后，如今就准备建立 JVM 了。先从调用方法开始：


JNI_CreateJavaVM(JavaVM **jvm, void** env, JavaVMInitArgs **vm_args)

若是成功，则这个方法返回零，不然，若是没法建立 JVM，则返回 JNI_ERR。

查找并装入 Java 类

一旦建立了 JVM 以后，就能够准备开始在本机应用程序中运行 Java 代码。首先，须要使用 FindClass() 函数查找并装入 Java 类，以下所示：


cls = (*env)->FindClass(env, "Sample2");

cls 变量存储执行 FindClass() 函数后的结果。 若是找到该类，则 cls 变量表示该 Java 类的句柄。若是不能找到该类，则 cls 将为零。

查找 Java 方法

接下来，咱们但愿用 GetStaticMethodID() 函数在该类中查找某个方法。咱们但愿查找方法 intMethod，它接收一个 int 参数并返回一个 int。如下是查找 intMethod 的代码：


mid = (*env)->GetStaticMethodID(env, cls, "intMethod", "(I)I");

mid 变量存储执行 GetStaticMethodID() 函数后的结果。若是找到了该方法，则 mid 变量表示该方法的句柄。若是不能找到该方法，则 mid 将为零。

请记住，在本示例中，咱们正在调用 static Java 方法。 那就是咱们使用 GetStaticMethodID() 函数的缘由。GetMethodID() 函数与 GetStaticMethodID() 函数的功能同样，但它用来查找实例方法。

若是正在调用构造器，则方法的名称为“<init>”。 要了解更多关于调用构造器的知识，请参阅错误处理。 要了解更多关于用来指定参数类型的代码以及关于如何将 JNI 类型映射到 Java 原始类型的知识，请参阅附录 。

调用 Java 方法

最后，咱们调用 Java 方法，以下所示：


square = (*env)->CallStaticIntMethod(env, cls, mid, 5);

CallStaticIntMethod() 方法接受 cls（表示类）、mid（表示方法）以及用于该方法一个或多个参数。在本例中参数是 int 5。

您还会遇到 CallStaticXXXMethod() 和 CallXXXMethod() 之类的方法。这些方法分别调用静态方法和成员方法，用方法的返回类型（例如，Object、Boolean、Byte、Char、Int、Long 等等）代替变量 XXX。

步骤 4：运行应用程序

如今准备运行这个 C 应用程序，并确保代码正常工做。当运行 Sample2.exe 时，应该能够获得以下结果：


PROMPT>Sample2
Result of intMethod: 25
Result of booleanMethod: 0

PROMPT>

故障排除

JNI 的 Invocation API 有点麻烦，由于它是用 C 语言定义的，而 C 语言基本上不支持面向对象编程。结果是，它很容易遇到问题。下面是一份检查表，它可能有助于您避免一些较常见的错误。

  • 请老是确保正确设置了引用。例如，当使用 JNI_CreateJavaVM() 方法建立 JVM 时，确保它返回零。还请确保，在使用 FindClass() 和 GetMethodID() 方法以前，它们的引用设置不是零。

  • 请检查方法名是否拼写正确以及是否适当地转换了方法说明。还请确保，对静态方法使用了 CallStaticXXXMethod() 以及对成员方法使用了 CallXXXMethod()。

  • 确保使用任何 Java 类所需的特殊的参数或选项来初始化 JVM。例如，若是 Java 类须要大量内存，则可能须要增长堆的最大大小选项。

  • 请老是确保正确设置了类路径。使用嵌入式 JVM 的本机应用程序必须可以找到 jvm.dll 或 jvm.so 共享库。

结束语

尽管从 C 调用 Java 方法确实须要至关高级的“类面向对象编程”技术，但这对经验丰富的 C 程序员而言相对比较简单。尽管 JNI 支持 C 和 C++，但 C++ 接口要更清晰些，一般比 C 接口更可取。

要记住很重要的一点是：能够用单个 JVM 来装入和执行多个类和方法。若是每次从本机代码与 Java 交互都建立和销毁 JVM，则会浪费资源并下降性能。

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