JNI

SUN公司發布的Java 本地介面(JNI)提供了將Java與C/C++、彙編等本地代碼集成的方案，該規範使得在 Java 虛擬機內運行的 Java 代碼能夠與其它編程語言互相操作，包括創建本地方法、更新Java對象、調用Java方法，引用 Java類，捕捉和拋出異常等，也允許 Java代碼調用 C/C++或彙編語言編寫的程序和庫。作為一個標準程序介面，它沒有對底層 Java虛擬機的實現施加任何限制，並具有以下特點：

二進位兼容。本地方法庫與同一平台上所有Java 虛擬機之間實現二進位兼容，即對於給定平台開發人員只需要維護一種版本的本地方法庫。

效率高。為了實現實時系統，JNI 在效率與虛擬機無關性之間進行了優化，以保障高效運行。

功能強。JNI 提供了大量的函數及介面讓本地方法與Java 虛擬機內核相互操作，增強兩者的功能。

本地代碼與 Java 虛擬機之間是通過 JNI 函數實現相互操作的。JNI 函數通過介面指針來獲得，本地方法將 JNI 介面指針當作參數來接受。虛擬機保證在從相同的 Java 線程中對本地方法進行多次調用時，傳遞給本地方法的介面指針是相同的，本地方法被不同的 Java 線程調用時，它接受不同的 JNI介面指針。

Java語言利用 JNI 介面訪問的本地方法均需要包含在特定於平台的可執行文件中，例如，對32 位 Windows 操作系統而言，本地方法包含在動態鏈接庫 DLL 中。由於對應於某一平台的 JNI 本地代碼調用通常不能移植到其他平台上，在 applet 中使用還可能引發安全異常。因此，從跨平台性考慮，在系統實現中一般要求儘可能少使用本地代碼。對於某些特殊應用（如硬體設備訪問、網路底層協議訪問等），必須執行本地調用，則要考慮以下準則：

將所有本地方法都封裝在單個類中，這個類調用單個 DLL。對每種目標操作系統，用特定於平台的版本替換這個 DLL。這樣可以將本地代碼的影響減至最小，並有助於將以後所需的移植問題包含在內。

本地方法要簡單。盡量使本地方法獨立，將載入 DLL和應用程序的開銷減到最小。如果需要其它運行時 DLL，必須隨應用程序一起提供。以在 32 位 Windows 平台上採用 C/C++語言作為本地代碼為例，採用此方案利用現有代碼，需要根據現有代碼的程序結構重新編寫Java 代碼，僅將 Java 不能實現的個別功能在Java 程序中聲明為本地函數，用 Java h 命令生成相應的 C/C++頭文件，再根據該頭文件的格式編寫相應的 C/C++實現代碼，最後編譯生成Java 代碼可載入的 DLL 文件。

JNI可以這樣與本地程序進行交互：

1、你可以使用JNI來實現“本地方法”（native methods），並在JAVA程序中調用它們。

2、JNI支持一個“調用介面”（invocation interface），它允許你把一個JVM嵌入到本地程序中。本地程序可以鏈接一個實現了JVM的本地庫，然後使用“調用介面”執行JAVA語言編寫的軟體模塊。例如，一個用C語言寫的瀏覽器可以在一個嵌入式JVM上面執行從網上下載下來的applets。

一旦使用JNI，JAVA程序就喪失了JAVA平台的兩個優點：

1、程序不再跨平台。要想跨平台，必須在不同的系統環境下重新編譯本地語言部分。

2、程序不再是絕對安全的，本地代碼的不當使用可能導致整個程序崩潰。一個通用規則是，你應該讓本地方法集中在少數幾個類當中。這樣就降低了JAVA和C之間的耦合性。

當你開始著手準備一個使用JNI的項目時，請確認是否還有替代方案。像上一節所提到的，應用程序使用JNI會帶來一些副作用。下面給出幾個方案，可以避免使用JNI的時候，達到與本地代碼進行交互的效果：

1、JAVA程序和本地程序使用TCP/IP或者IPC進行交互。

2、當用JAVA程序連接本地資料庫時，使用JDBC提供的API。

3、JAVA程序可以使用分散式對象技術，如JAVA IDL API。

這些方案的共同點是，JAVA和C處於不同的線程，或者不同的機器上。這樣，當本地程序崩潰時，不會影響到JAVA程序。

下面這些場合中，同一進程內JNI的使用無法避免：

1、程序當中用到了JAVA API不提供的特殊系統環境才會有的特徵。而跨進程操作又不現實。

2、你可能想訪問一些己有的本地庫，但又不想付出跨進程調用時的代價，如效率，內存，數據傳遞方面。

3、JAVA程序當中的一部分代碼對效率要求非常高，如演演算法計算，圖形渲染等。

總之，只有當你必須在同一進程中調用本地代碼時，再使用JNI。

JDK1.0包含了一個本地方法介面，它允許JAVA程序調用C/C++寫的程序，許多第三方的程序和JAVA類庫。如：java.lang，java.io，java.net等都依賴於本地方法來訪問底層系統環境的特徵。

不幸的是，JDK1.0中的本地方法有兩個主要問題：

1、本地方法像訪問C中的結構（structures）一樣訪問對象中的欄位。儘管如此，JVM規範並沒有定義對象怎麼樣在內存中實現。如果一個給定的JVM實現在布局對象時，和本地方法假設的不一樣，那你就不得不重新編寫本地方法庫。

2、因為本地方法可以保持對JVM中對象的直接指針，所以，JDK1.0中的本地方法採用了一種保守的GC策略。

JNI的誕生就是為了解決這兩個問題，它可以被所有平台下的JVM支持：

（1）每一個JVM實現方案可以支持大量的本地代碼。

（2）開發工具作者不必處理不同的本地方法介面。

（3）本地代碼可以運行在不同的JVM上面。

JDK1.1中第一次支持JNI，但是，JDK1.1仍在使用老風格的本地代碼來實現JAVA的API。這種情況在JDK1.2下被徹底改變成符合標準的寫法。

JNI標準至少保證本地代碼能工作在任何Java 虛擬機實現下。

標準的java類庫可能不支持你的程序所需的特性。

或許你已經有了一個用其他語言寫成的庫或程序，而你希望在java程序中使用它。

你可能需要用底層語言實現一個小型的時間敏感代碼，比如彙編，然後在你的java程序中調用這些功能。

·編寫帶有native聲明的方法的java類

·使用javac命令編譯所編寫的java類，然後使用javah + java類名生成擴展名為h的頭文件

·使用C/C++實現本地方法

·將C/C++編寫的文件生成動態連接庫

·ok

1) 編寫java程序：這裡以HelloWorld為例。

代碼1：

聲明native方法：如果你想將一個方法作為一個本地方法的話，那麼你就必須聲明該方法為native的，並且不能實現。其中方法的參數和返回值在後面講述。 Load動態庫：System.loadLibrary("hello")；載入動態庫（我們可以這樣理解：我們的方法 displayHelloWorld()沒有實現，但是我們在下面就直接使用了，所以必須在使用之前對它進行初始化）這裡一般是以static塊進行載入的。同時需要注意的是System.loadLibrary()；的參數“hello”是動態庫的名字。

2) 編譯

沒有什麼好說的了javac HelloWorld.java

3) 生成擴展名為h的頭文件javah HelloWorld

jni HelloWorld 頭文件的內容：

（這裡我們可以這樣理解：這個h文件相當於我們在java裡面的介面，這裡聲明了一個Java_HelloWorld_displayHelloWorld (JNIEnv *， jobject)；方法，然後在我們的本地方法裡面實現這個方法，也就是說我們在編寫C/C++程序的時候所使用的方法名必須和這裡的一致）。

4) 編寫本地方法實現和由javah命令生成的頭文件裡面聲明的方法名相同的方法。

代碼2：

注意代碼2中的第1行，需要將jni.h（該文件可以在%JAVA_HOME%/include文件夾下面找到）文件引入，因為在程序中的JNIEnv、 jobject等類型都是在該頭文件中定義的；另外在第2行需要將HelloWorld.h頭文件引入（我是這麼理解的：相當於我們在編寫java程序的時候，實現一個介面的話需要聲明才可以，這裡就是將HelloWorld.h頭文件裡面聲明的方法加以實現。當然不一定是這樣）。然後保存為 HelloWorldImpl.c就ok了。

5) 生成動態庫

這裡以在Windows中為例，需要生成dll文件。在保存HelloWorldImpl.c文件夾下面，使用VC的編譯器cl成。 cl -I%java_home%\include -I%java_home%\include\win32 -LD HelloWorldImp.c -Fehello.dll 注意：生成的dll文件名在選項-Fe後面配置，這裡是hello，因為在HelloWorld.java文件中我們loadLibary的時候使用的名字是hello。當然這裡修改之後那裡也需要修改。另外需要將-I%java_home%\include -I%java_home%\include\win32參數加上，因為在第四步裡面編寫本地方法的時候引入了jni.h文件。

如果配置了MinGW，也可以這樣來編譯：gcc -Wall -D_JNI_IMPLEMENTATION_ -Wl，--kill-at -Id：/java/include –Id：/java/include/win32 -shared -o (輸出的dll文件名，如sum.dll) (輸入的c/c++源文件，如abc.c)。

6) 運行程序

javaHelloWorld就ok.

如果用eclipse，需將dll或so文件放在項目下，而不是src及其子目錄下。

如果用命令行編譯，把dll文件放在該包的同目錄下。

下面是一個簡單的例子實現列印一句話的功能，但是用的c的printf最終實現。一

般提供給java的jni介面包括一個so文件（封裝了c函數的實現）和一個java文件（需要調用path的類）。

1． JNI的目的是使java方法中能夠調用c實現的一些函數，比如以下的java類，就需要調用一個本地函數testjni（一般聲明為private native類型），首先需要創建文件weiqiong.java，內容如下：

class weiqiong { static { System.loadLibrary("testjni")；//載入靜態庫，test函數在其中實現 } private native void testjni()； //聲明本地調用 public void test() { testjni()； } public static void main(String args[]) { weiqiong haha = new weiqiong()； haha.test()； } }

2．然後執行javac weiqiong.java，如果沒有報錯，會生成一個weiqiong.class。

3．然後設置classpath為你當前的工作目錄，如直接輸入命令行：set classpath = weiqiong.class所在的完整目錄（如 c：\test)再執行javah weiqiong，會生成一個文件weiqiong.h文件，其中有一個函數的聲明如下：

JNIEXPORT void JNICALL Java_weiqiong_testjni (JNIEnv *， jobject)；

4．創建文件testjni.c將上面那個函數實現，內容如下：

1. include

2. include

JNIEXPORT void JNICALL Java_weiqiong_testjni (JNIEnv *env， jobject obj) { printf("haha---------go into c!!!\n")； }

5．為了生成.so文件，創建makefile文件如下：

libtestjni.s o：testjni.o makefile gcc -Wall -rdynamic -shared -o libtestjni. so testjni.o testjni.o：testjni.c weiqiong.h gcc -Wall -c testjni.c -I./ -I/usr/java/j2sdk1.4.0/include -I/usr/java/j2sdk1.4.0/include/linux cl： rm -rf *.o *.so 注意：gcc前面是tab空，j2sdk的目錄根據自己裝的j2sdk的具體版本來寫，生成的so文件的名字必須是loadLibrary的參數名前加“lib”。

6．export LD_LIBRARY_PATH=.，由此設置library路徑為當前目錄，這樣java文件才能找到so文件。一般的做法是將so文件copy到本機的LD_LIBRARY_PATH目錄下。

7．執行java weiqiong，列印出結果：“haha---------go into c!!!”

在首次使用JNI的時候有些疑問，後來在使用中一一解決，下面就是這些問題的備忘：

1.java和c是如何互通的？

其實不能互通的原因主要是數據類型的問題，jni解決了這個問題，例如那個c文件中的jstring數據類型就是java傳入的String對象，經過jni函數的轉化就能成為c的char*。

對應數據類型關係如下表：

JNI 還包含了很多對應於不同 Java 對象的引用類型如下圖：

2. 如何將java傳入的String參數轉換為c的char*，然後使用?

java傳入的String參數，在c文件中被jni轉換為jstring的數據類型，在c文件中聲明char* test，然後test = (char*)(*env)->GetStringUTFChars(env， jstring， NULL)；注意：test使用完后，通知虛擬機平台相關代碼無需再訪問：(*env)->ReleaseStringUTFChars(env， jstring， test)；

3. 將c中獲取的一個char*的buffer傳遞給java？

這個char*如果是一般的字元串的話，作為string傳回去就可以了。如果是含有’\0’的buffer，最好作為bytearray傳出，因為可以制定copy的length，如果copy到string，可能到’\0’就截斷了。

有兩種方式傳遞得到的數據：

一種是在jni中直接new一個byte數組，然後調用函數(*env)->SetByteArrayRegion(env， bytearray， 0， len， buffer)；將buffer的值copy到bytearray中，函數直接return bytearray就可以了。

一種是return錯誤號，數據作為參數傳出，但是java的基本數據類型是傳值，對象是傳遞的引用，所以將這個需要傳出的byte數組用某個類包一下，如下：

class RetObj { public byte[] bytearray； } 這個對象作為函數的參數retobj傳出，通過如下函數將retobj中的byte數組賦值便於傳出。代碼如下：

jclass cls；

jfieldID fid；

jbyteArray bytearray；

bytearray = (*env)->NewByteArray(env，len)；

(*env)->SetByteArrayRegion(env， bytearray， 0， len， buffer)；

cls = (*env)->GetObjectClass(env， retobj)；

fid = (*env)->GetFieldID(env， cls， "retbytes"， "[B"])；

(*env)->SetObjectField(env， retobj， fid， bytearray)；

4. 不知道佔用多少空間的buffer，如何傳遞出去呢？

在jni的c文件中new出空間，傳遞出去。java的數據不初始化，指向傳遞出去的空間即可。

基於JNI的嵌入式手機軟體開發實例 下面通過一個實例來描述運用JNI技術在手機上操縱攝像頭，捕捉視頻並存儲圖片的過程。

圖2為捕捉視頻並存儲圖片的活動/狀態圖

根據圖2的活動/狀態，具體的對應步驟如下：

①發起該流程。

②發起流程后，建立文件用於存儲圖片。

③用指針獲得分配的緩衝器，用於存儲獲得的幀。

④將指針壓棧(序列化緩衝器)。由於手機的內存較小，為了防止內存泄漏，Symbian操作系統有一個Cleanupstack的要求，即在使用指針時，用PushL把指針壓入棧中，使用完后再用Pop彈出棧．如果在中間調用導致崩潰的函數時果真出現了問題，那麼Cleanupstack可以通過調用該指針的析構函數回收佔用的空間。

⑤操縱攝像頭，捕捉視頻，並將圖像流從攝像頭端傳到緩衝器。

⑥將攝像頭內的圖像流存入緩衝器內，並將緩衝器內的流轉化為文件流，存為jpg格式的文件，將指向緩衝器的指針彈棧。

⑦在過程⑥中，如果使用完了序列化的緩衝器，則要重新序列化緩衝器，以備後面使用。

⑧當接收到停止視頻捕捉的信號后，關閉文件。

⑨流程結束。

子功能捕捉視頻的實現是由操縱攝像頭、視頻播放(解碼器準備)以及建立攝像頭和手機之間的連接會話三個活動組成的。其中操縱攝像頭是通過調用底層設備的驅動來實現的，需要利用JNI來實現，完成的方法包括準備、建立、刪除、銷毀攝像頭等。視頻播放的一系列過程也是通過c++代碼來實現的，除了準備、建立、刪除、銷毀解碼器外，還有開始、暫停、停止解碼等。建立攝像頭和手機之間的連接類似建立客戶端和伺服器連接，視頻流從攝像頭傳到手機界面是通過多媒體會話來完成的。多媒體會話的建立、關閉、摧毀以及會話建立后的發送、取消、讀取數據等也是JNI的應用範疇。