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JNI技术

2024-07-10 07:01:49   225人阅读

1. JNI 介绍 

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。 （没有，有，速度）

  • 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。  


JNI 编程模型：

图像

 

2. JNI 编程步骤 

JNI编程分为以下步骤完成： 

  1. 编写带有 native 方法的 java 代码: HelloWorld.java 

  2. 生成 java 代码的 class 文件: HelloWorld.class 

  3. 用 javah 命令生成 .h 头文件: 
    这个头文件相当于一个接口，里面声明了和 java 代码的 native 方法一致的方法： 
    java_HelloWorld_nativeMethodName(JNIEnv *, jobject); 

  4. 使用 c/c++ 实现上面的本地方法。 
    注意必须 include 进 jni.h 因为 jni.h 中定义了 JNIEnv, jobject 等数据类型。 

native层回调java层：在 c/c++ 代码中，可以实现对 java 代码的调用，如在cpp文件中： 

图像

这里是 new 出一个 java 的 ArrayList 对象。 

  1. 将 c/c++ 编写的文件生成动态链接库：.dll 文件，或 .so 文件。 

 

图解： 

图像 


3. 调用 native 方法 

java程序启动时，将动态链接库 load 到 jvm 中（一般通过 static 块进行加载），程序运行时，遇到对 native 方法调用时： 

  1. 依据 native 方法所在类名，找到对应的 .h 文件 

  2. 依据 .h 文件，找到对应的 c/c++ 实现 

  3. 执行 native 代码 

  4. Native 代码返回结果给 java 

 

4. 深层次 

1). JNIEnv *env 和 jobject thisObj 参数： 

可以将 env 理解为这样一个指针：它指向了 jvm 环境，后续通过 env 可以在 c/c++ 层调用 java 层，实现创建 java 对象，对 java 方法调用等功能。 
 
thisObj代表当前java的对象（调用native的对象）。 
 
这两个参数是作为任何 native 方法的第一、第二个方法传入的。如： 
图像

 

2). 关于native调用线程的问题： 

我的理解是，采用异步的方式：java 线程调用native方法，然后进入阻塞状态，native本地代码由系统开启一个新的线程执行，待执行完毕，java线程唤醒，继续执行。 

 

多线程对 native 方法的调用，可能会更加复杂，可以参考： 

在多线程环境中调用native方法 一文。 

 

3). 关于native 调用内存的问题： 

这里再复习下 jvm 内存结构： 

图像

 

Jvm 内存分为两个子系统和两个组件： 

  • Class loader子系统 
    根据给定的全限定名类名(如java.lang.Object)来装载class文件的内容到Runtimedataarea中的methodarea(方法区域)。Java程序员可以extendsjava.lang.ClassLoader类来写自己的Classloader。 

  • Execution engine(执行引擎)子系统 
    执行classes中的指令。任何JVMspecification实现(JDK)的核心都是Executionengine，不同的JDK例如Sun的JDK和IBM的JDK好坏主要就取决于他们各自实现的Executionengine的好坏。 

  • Runtime data area(运行时数据区域)组件 
    这就是我们常说的JVM的内存了。它主要分为五个部分： 

    • Heap(堆)：一个Java虚拟实例中只存在一个堆空间。 

    • MethodArea(方法区域)：被装载的class的信息存储在Methodarea的内存中。当虚拟机装载某个类型时，它使用类装载器定位相应的class文件，然后读入这个class文件内容并把它传输到虚拟机中。 

    • JavaStack(java的栈)：虚拟机只会直接对Javastack执行两种操作：以帧为单位的压栈或出栈。 

    • ProgramCounter(程序计数器)：每一个线程都有它自己的PC寄存器，也是该线程启动时创建的。PC寄存器的内容总是指向下一条将被执行指令的饿地址，这里的地址可以是一个本地指针，也可以是在方法区中相对应于该方法起始指令的偏移量。 

    • Nativemethodstack(本地方法栈)：保存native方法进入区域的地址。 

以上五部分只有Heap和MethodArea是被所有线程的共享使用的；而Javastack,Programcounter和Nativemethodstack是以线程为粒度的，每个线程独自拥有自己的部分。 

  • Native interface(本地接口)组件 
    与native libraries交互，是其它编程语言交互的接口。当调用native方法的时候，就进入了一个全新的并且不再受虚拟机限制的世界，所以也很容易出现JVM无法控制的nativeheapOutOfMemory。 

 

当 jvm 执行 native 调用时，native 代码（如c/c++）执行时所用的内存，并不在jvm的堆上，比如 c/c++ 可能直接通过 malloc 向系统申请内存，jvm不能管理这些内存，所以可能会出现 NativeHeapOutOfMemory问题。Jvm 内虽然有一个 native method stack区域，但它只是用来保存 native 方法进入区域的地址。 



来自为知笔记(Wiz)


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