学习使用Java Native Interface

我们知道Java本身的实现，很大一部分是用C++写的。实际上，Java也允许我们和原生平台的代码进行交互。

Java定义了一个接口规范，就叫做Java Native Interface，通过这个接口规范，我们就可以让Java代码运行原生平台的代码。

首先写一个Java的Class¹：

public class HelloJNI {
   static {
      System.loadLibrary("hello"); // Load native library at runtime
                                   // hello.dll (Windows) or libhello.so (Unixes)
   }

   // Declare a native method sayHello() that receives nothing and returns void
   private native void sayHello();

   // Test Driver
   public static void main(String[] args) {
      new HelloJNI().sayHello();  // invoke the native method
   }
}

从上面的代码，我们看到一些平常写Java代码的时候不常看见的东西，首先是这个：

 System.loadLibrary("hello");

这个System.loadLibrary方法可以用来调用平台的原生库。然后是这个：

private native void sayHello();

这个native关键字意味着这个代码的实现是原生平台实现，而不是Java代码。因此我们要做一个hello库，提供这个sayHello方法。

接下来我们用javah命令生成.h文件：

$ ls HelloJNI.java
HelloJNI.java
$ javah HelloJNI
$ ls *.h
HelloJNI.h

我们得到了HelloJNI.h文件，它的内容是根据HelloJNI.java生成的，我们看看里面的内容：

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class HelloJNI */

#ifndef _Included_HelloJNI
#define _Included_HelloJNI
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
 * Class:     HelloJNI
 * Method:    sayHello
 * Signature: ()V
 */
JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloJNI_sayHello
  (JNIEnv *, jobject);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

可以看到上面的文件里自动生成了JNI接口规范的一些约定代码。比如jni.h这个是由JDK提供的，我们稍后要引用。还有sayHello对应的C/C++的方法是Java_HelloJNI_sayHello，这个命名方式可以看出来是Java_ClassName_MethodName，这个也是JNI的约定。

接下来我们写一个HelloJNI.c来实现这个HelloJNI.h：

#include <jni.h>
#include <stdio.h>
#include "HelloJNI.h"

// Implementation of native method sayHello() of HelloJNI class
JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloJNI_sayHello(JNIEnv *env, jobject thisObj) {
   printf("Hello World!\n");
   return;
}

这个代码就非常简单，就是实现了Java_HelloJNI_sayHello，功能就是printf("Hello World!\n");。我们编译这个代码：

$ c++ -c -I"$JAVA_HOME/include" -I"$JAVA_HOME/include/darwin" HelloJNI.c

注意我是在MacOS上编译，所以引用的是MacOS的JDK的include目录，此外MacOS的内核名叫darwin，你如果用Linux系统，你的JDK的include目录里应该有一个linux目录，对应上面的darwin目录。

这两个-I主要是为了引用JNI相关的库文件：

$ ls $JAVA_HOME/include/jni*
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_66.jdk/Contents/Home/include/jni.h

$ ls $JAVA_HOME/include/darwin/jni*
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_66.jdk/Contents/Home/include/darwin/jni_md.h

这两个.h文件是必须的。编译完成后，我们就得到了object文件：

$ ls *.o
HelloJNI.o

用nm命令看一下这个object file里面的符号：

$ nm HelloJNI.o
0000000000000000 T _Java_HelloJNI_sayHello
                 U _printf

可以看到包含的的methods。我们要把这个object文件链接成library，在MacOS下命令如下：

$ c++ -dynamiclib -o libhello.jnilib HelloJNI.o

这样我们就得到了Java可以调用的libhello.jnilib：

$ ls *.jnilib
libhello.jnilib

我们在Java代码里写的是System.loadLibrary("hello")，但是这里的library名字叫做libhello，前面多了lib，这是一种命名约定。

如果你在Linux系统下，生成library的命令不太一样，需要用下面的命令生成.so文件，也就是shared library文件：

cc -shared -fpic -o libhello.so -I/usr/java/include -I/usr/java/include/linux HelloJNI.c

接下来就是编译Java代码：

$ javac HelloJNI.java

我们得到class文件：

$ ls *.class
HelloJNI.class

此时目录里应该有我们的library还有class文件：

$ ls *.class *.jnilib
HelloJNI.class  libhello.jnilib

此时我们可以使用java命令运行HelloJNI.class：

$ java HelloJNI
Hello World!

可以看到我们这个Hello World!字符串是来自于native method的Java_HelloJNI_sayHello里面的printf。我们的Java代码与原生平台进行了交互。

参考资料：

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