Java native方法、JNI实例及常见错误分析

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1.概述

　　今天在看java关于调用本机代码子程序来获得较快的执行时间，或者，你希望用一个专用的第三方的库，例如统计学包。然而，因为Java程序被编译为字节码，字节码有Java运行时系统解释（或动态编译），看起来在Java程序中调用本机代码子程序是不可能。幸运的是，这个结论是错误的。Java提供了native关键字，该关键字用来声明本机代码方法。一旦声明，这些方法可以在Java程序中被调用，就像调用其他Java方法一样。

2.native关键字用法

　　既然Java提供了native方法，那么如何实现呢？native是与C++联合开发的时候用的！使用native关键字说明这个方法是原生函数，也就是这个方法是用C/C++语言实现的，并且被编译成了DLL，由Java调用。这些函数的实现体在DLL中，JDK的源码中并不包含，你应该是看不到的。对于不同的平台它们也是不同的。这也是java的底层机制，实际上java就是在不同的平台上调用不同的native方法实现对操作系统的访问的。总而言之:

1. native是用做java和其他语言(如C++)进行协作时使用，也就是native后的函数的实现不是用java写的。
2. 既然都不是java，那就别管它的源代码了，我们只需要知道这个方法已经被实现即可。
3. native的意思就是通知操作系统，这个函数你必须给我实现，因为我要使用。所以native关键字的函数都是操作系统实现的，java只能调用。
4. java是跨平台的语言，既然是跨平台，所付出的代价就是牺牲对底层的控制，而java要实现对底层的控制，就需要一些语言的帮助，这个就是native的作用了。

3.JNI简介

　　native方法是通过java中的JNI实现的。JNI是Java Native Interface的缩写。从Java1.1开始，Java Native Interface(JNI)标准成为java平台的一部分，它允许Java代码和其他语言写的代码进行交互。JNI一开始是为了本地已编译语言，尤其是C和C++而设计的，但是它并不妨碍你使用其他语言，只要调用约定受到支持就可以了。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，比如，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。JNI标准至少保证本地代码能工作在任何Java虚拟机实现下。

　　目前java与dll交互的技术主要有三种：jni、jawin和jacob。JNI(Java Native Interface)是sun提供的java与系统中的原生方法交互的技术(在windows\linux系统中，实现java与native method互调)。目前只能由C/C++实现。后两个都是sourceforge上的开源项目，同时也都是基于JNI技术的windows系统上的应用库。Jacob(Java-ComBridge)提供了java程序调用microsoft的com对象中的方法的能力。而除了com对象外，jawin(Java/Win32 integration project)还可以win32-dll动态链接库中的方法。就功能而言：JIN>>jawin>jacob.就易用性而言，正好相反：jacob>jawin>>JNI

　　JVM封装了各种操作系统实际的差异性的同时，提供了JNI技术，使得开发者可以通过java程序（代码）调用到操作系统相关的技术实现的函数，从而与其他技术和系统交互，使用其他技术实现的功能；同时其他技术和系统也可以通过jni提供的相应原生接口调用java应用系统内部实现的功能。

　　在windows系统上，一般可执行的应用程序都是基于native的PE结构，windows上的jvm也是基于native结构实现的。Java应用体系都是构建与jvm之上。

　　JNI对于应用本身来说，可以看做一个代理模式。对于开发者来说，需要使用C/C++来实现一个的代理程序（jni程序）来实际操作目标原生函数，java程序中则是JVM通过加载并调用此JNI程序来间接地调用目标原生函数。

4.JNI的书写步骤

1. 编写带有native声明的方法的java类，生成javawen文件
2. 使用javac命令编译所编写的java类，生成.class文件
3. 使用javah -jni java类名生成扩展名为h的头文件，也即为生成.h文件。
4. 使用C/C++(或者其他编程语言)实现本地方法，创建.h文件的实现，也就是创建.cpp文件实现.h文件实现的.h文件中的方法。
5. 将C/C++编写的文件生成动态链接库，生成dll文件

5.JNI实例

　　下列是所有操作都在目录：D:\Native下进行的，这样做的好处是便于控制。还有另外一个要求是我们的java类不含包名。不然在使用javah -jni class文件名会提示错误：找不到‘class’的类文件。

1. 编写带有native声明的方法的java类：NativeDemo.java.

   public class NativeDemo {
       int i;
       public static void main(String[] args) {
           NativeDemo ob=new NativeDemo();
           
           ob.i=10;
           System.out.println("This is ob.i before the native method:"+
                           ob.i);
           
           ob.test();//call a native method.
           System.out.println("This is ob.i after the native method:"+
                   ob.i);
       }
       
       //declare native method    
       public native void test();
       
       //load DLL that contains static method 
       static{
           System.loadLibrary("NativeDemo");
       }
       
       
   }

   在编写的Java类时候，一定要注意不要带包名。尤其用eclipse时候自动添加包名。

2. 使用javac命令编译所编写的java类：D:\Native>javac NativeDemo.java。执行完上述命令以后生成D:\Native\NativeDemo.class
3. 使用javah -jni java类名生成扩展名为h的头文件：D:\Native>javah -jni NativeDemo。执行完上述命令以后生成D:\Native\NativeDemo.h文件，该文件内容如下：

   /* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
   #include <jni.h>
   /* Header for class NativeDemo */
   
   #ifndef _Included_NativeDemo
   #define _Included_NativeDemo
   #ifdef __cplusplus
   extern "C" {
   #endif
   /*
    * Class:     NativeDemo
    * Method:    test
    * Signature: ()V
    */
   JNIEXPORT void JNICALL Java_NativeDemo_test
     (JNIEnv *, jobject);
   
   #ifdef __cplusplus
   }
   #endif
   #endif

   这个h文件相当于我们在java里面的接口，这里声明了一个Java_NativeDemo_test(JNIEnv *, jobject).方法，然后在我们的　　　　 本地方法里面实现这个方法，也就是说我们在编写C/C++程序的时候所使用的方法名必须和这里一致。

4. 使用C/C++实现本地方法：创建NativeDemo.c,代码如下所示：

   *This file contains the C version of the test() method*/
   #include<jni.h>
   #include "NativeDemo.h"
   #include <stdio.h>
   
   JNIEXPORT void JNICALL Java_NativeDemo_test(JNIEnv *env,jobject obj)
   {
       jclass cls;
       jfieldID fid;
       jint i;
       
       printf("Starting the native method.\n");
       cls=(*env)->GetObjectClass(env, obj);
       fid=(*env)->GetFieldID(env, cls, "i","I");
       
       if(fid==0){
           printf("Could not get field id.\n");
           return;
       }
       
       i=(*env)->GetIntField(env ,obj,fid);
       printf("i=%d\n",i);
       (*env)->SetIntField(env,obj,fid,2*i);
       printf("Ending the native method.\n");
       
   }

   
    

5. 将C/C++编写的文件生成动态连接库：将D:\Program Files\Java\jdk1.7.0_07\include\jni.h和D:\Program Files\Java\jdk1.7.0_07\include\win32\jni_md.h这个两个文件拷贝到D:\Native\目录下。
6. 执行cl/LD: D:\Native\NativeDemo.c得到NativeDemo.dll文件。这里要用到visual studio 2010,要使用其中的cl命令，必须打开visual studio命令行，如下图所示：

　　如果你电脑是32操作系统，就选用红色方框进行编译，如果64位操作系统选择红色方框下面那个进行编译。具体操作如下：

　　执行完上述命令后，在D:\Program Files\Microsoft Visual Studio 10.0\VC可以看到生成的四个文件，分别是：

• NativeDemo.dll
• NativeDemo.exp
• NativeDemo.lib
• NativeDemo.obj

　　将其中的NativeDemo.dll拷贝到D:\Native\目录下。

　　7.执行class得到结果

　　在cmd中运行：在D:\Native\目录下：java NativeDemo 。运行结果如图所示。

7.注意事项：

1. java源文件不要带有包名。我测试没有包名可以顺利生成h文件。java源文件带有包名在生成h文件时候，提示错误找不到“class类名”的类文件。
2. 在将jni.h和jni_md.h拷贝到D:\Native\目录下，编译时候出现错误：fatal error C1083:Cannot open include file:‘jni.h‘。这时候解决办法是：将D:\Program Files\Java\jdk1.7.0_07\include\jni.h、D:\Program Files\Java\jdk1.7.0_07\include\win32\jawt_md.h、D:\Program Files\Java\jdk1.7.0_07\include\win32\jni_md.h拷贝到D:\Program Files\Microsoft Visual Studio 10.0\VC\include\目录下就可以完美解决这个问题。
3. 在使用visual studio 2010命令提示符时候选择相对应的32/64操作系统下进行编译。否则会出现报错。

Java native方法、JNI实例及常见错误分析

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