JNI

Java Native Interface的缩写

JNI是Java Native Interface的缩写，通过使用 Java本地接口书写程序，可以确保代码在不同的平台上方便移植。从Java1.1开始，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编程语言，只要调用约定受支持就可以了。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。例如，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标准至少要保证本地代码能工作在任何Java 虚拟机环境。

简介

SUN公司发布的Java 本地接口(JNI)提供了将Java与C/C++、汇编等本地代码集成的方案，该规范使得在 Java 虚拟机内运行的 Java 代码能够与其它编程语言互相操作，包括创建本地方法、更新Java对象、调用Java方法，引用 Java类，捕捉和抛出异常等，也允许 Java代码调用 C/C++或汇编语言编写的程序和库。作为一个标准程序接口，它没有对底层 Java虚拟机的实现施加任何限制，并具有以下特点：

二进制兼容。本地方法库与同一平台上所有Java 虚拟机之间实现二进制兼容，即对于给定平台开发人员只需要维护一种版本的本地方法库。

效率高。为了实现实时系统，JNI 在效率与虚拟机无关性之间进行了优化，以保障高效运行。

功能强。JNI 提供了大量的函数及接口让本地方法与Java 虚拟机内核相互操作，增强两者的功能。

本地代码与 Java 虚拟机之间是通过 JNI 函数实现相互操作的。JNI 函数通过接口指针来获得，本地方法将 JNI 接口指针当作参数来接受。虚拟机保证在从相同的 Java 线程中对本地方法进行多次调用时，传递给本地方法的接口指针是相同的，本地方法被不同的 Java 线程调用时，它接受不同的 JNI接口指针。

实现部分系统功能

Java语言利用 JNI 接口访问的本地方法均需要包含在特定于平台的可执行文件中，例如，对32 位 Windows 操作系统而言，本地方法包含在动态链接库 DLL 中。由于对应于某一平台的 JNI 本地代码调用通常不能移植到其他平台上，在 applet 中使用还可能引发安全异常。因此，从跨平台性考虑，在系统实现中一般要求尽可能少使用本地代码。对于某些特殊应用（如硬件设备访问、网络底层协议访问等），必须执行本地调用，则要考虑以下准则：

将所有本地方法都封装在单个类中，这个类调用单个 DLL。对每种目标操作系统，用特定于平台的版本替换这个 DLL。这样可以将本地代码的影响减至最小，并有助于将以后所需的移植问题包含在内。

本地方法要简单。尽量使本地方法独立，将加载 DLL和应用程序的开销减到最小。如果需要其它运行时 DLL，必须随应用程序一起提供。以在 32 位 Windows 平台上采用 C/C++语言作为本地代码为例，采用此方案利用现有代码，需要根据现有代码的程序结构重新编写Java 代码，仅将 Java 不能实现的个别功能在Java 程序中声明为本地函数，用 Java h 命令生成相应的 C/C++头文件，再根据该头文件的格式编写相应的 C/C++实现代码，最后编译生成Java 代码可加载的 DLL 文件。

JNI的演化

JDK1.0包含了一个本地方法接口，它允许JAVA程序调用C/C++写的程序，许多第三方的程序和JAVA类库。如：java.lang,java.io,java.net等都依赖于本地方法来访问底层系统环境的特征。不幸的是，JDK1.0中的本地方法有两个主要问题：

1、本地方法想访问C中的结构（structures）一样访问对象中的字段。尽管如此，JVM规范并没有定义对象怎么样在内存中实现。如果一个给定的JVM实现布局对象时，和本地方法假设的不一样，那你就不得不重新编写本地方法库。

2、因为本地方法可以保持对JVM中对象的直接指针，所以，JDK1.0中的本地方法采用了一种保守的GC策略。

JNI的诞生就是为了解决这两个问题，它可以被所有平台下的JVM支持：

（1）每一个JVM实现方案可以支持大量的本地代码。

（2）开发工具作者不必处理不同的本地方法接口。

（3）本地代码可以运行在不同的JVM上面。

JDK1.1中第一次支持JNI，但是，JDK1.1仍在使用老风格的本地代码来实现JAVA的API。这种情况在JDK1.2下被彻底改变成符合标准的写法。

书写步骤

编写带有native声明的方法的java类

使用javac命令编译所编写的java类

然后使用javah + java类名生成扩展名为h的头文件

使用C/C++实现本地方法

将C/C++编写的文件生成动态连接库

1) 编写java程序：这里以HelloWorld为例。

代码1：

声明native方法：如果你想将一个方法做为一个本地方法动态库（我们可以这样理解：我们的方法 displayHelloWorld()没有实现，但是我们在下面就直接使用了，所以必须在使用之前对它进行初始化）这里一般是以static块进行加载的。同时需要注意的是System.loadLibrary();的参数“hello”是动态库的名字。

2) 编译

没有什么好说的了javac HelloWorld.java

3) 生成扩展名为h的头文件javah HelloWorld。新版jdk-10.0.2已经移除了javah命令工具，使用javac HelloWorld.java -h JniH 代替javah HelloWorld 命令生成扩展名为h的头文件。

jni HelloWorld 头文件的内容：

（这里我们可以这样理解：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_HelloWorld_displayHelloWorld (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的一致）。

4) 编写本地方法实现和由javah命令生成的头文件里面声明的方法名相同的方法。

代码2：

注意代码2中的第1行，需要将jni.h（该文件可以在%JAVA_HOME%/include文件夹下面找到）文件引入，因为在程序中的JNIEnv、 jobject等类型都是在该头文件中定义的；另外在第2行需要将HelloWorld.h头文件引入（我是这么理解的：相当于我们在编写java程序的时候，实现一个接口的话需要声明才可以，这里就是将HelloWorld.h头文件里面声明的方法加以实现。当然不一定是这样）。然后保存为 HelloWorldImpl.c就ok了。

5) 生成动态库

这里以在Windows中为例，需要生成dll文件。在保存HelloWorldImpl.c文件夹下面，使用VC的编译器cl成。这里以最新的VS2017为例，首先在开始菜单中找到适用于 VS 2017 的 x64 本机工具命令提示，该bat脚本会自动配置好VS编译环境，否则后面执行cl命令会报错。直接运行适用于 VS 2017 的 x64 本机工具命令提示，工作目录就会处于默认的目录，从而会提示找不到c文件错误，因此，建议将该快捷方式（指向的bat脚本文件）拷贝到我们自己的工作目录，并修改该快捷方式的起始位置为我们自己的工作目录。

如果配置了MinGW,也可以这样来编译：gcc -Wall -D_JNI_IMPLEMENTATION_ -Wl,--kill-at -Id:/java/include –Id:/java/include/win32 -shared -o (输出的dll文件名，如sum.dll) (输入的c/c++源文件,如abc.c)。

6) 运行程序

javaHelloWorld就ok.

如果用eclipse，需将dll或so文件放在项目下，而不是src及其子目录下。

如果用命令行编译，把dll文件放在该包的同目录下。

使用例子

下面是一个简单的例子实现打印一句话的功能，但是用的c的printf最终实现。一般提供给java的jni接口包括一个so文件（封装了c函数的实现）和一个java文件（需要调用path的类）。

1． JNI的目的是使java方法中能够调用c实现的一些函数，比如以下的java类，就需要调用一个本地函数testjni（一般声明为private native类型），首先需要创建文件weiqiong.java，内容如下：

静态库，test函数在其中实现 } private native void testjni(); //声明本地调用 public void test() { testjni(); } public static void main(String args[]) { weiqiong haha = new weiqiong(); haha.test(); } }

2．然后执行javac weiqiong.java，如果没有报错，会生成一个weiqiong.class。

3．然后设置classpath为你当前的工作目录，如直接输入命令行：set classpath = weiqiong.class所在的完整目录（如 c: est)再执行javah weiqiong，会生成一个文件weiqiong.h文件，其中有一个函数的声明如下：

JNIEXPORT void JNICALL Java_weiqiong_testjni (JNIEnv *, jobject);

4．创建文件testjni.c将上面那个函数实现，内容如下：

1. include

2. include

5．为了生成.so文件，创建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的目录根据自己装的j2sdk的具体版本来写，生成的so文件的名字必须是loadLibrary的参数名前加“lib”。

6．export LD_LIBRARY_PATH=.，由此设置library路径为当前目录，这样java文件才能找到so文件。一般的做法是将so文件copy到本机的LD_LIBRARY_PATH目录下。

7．执行java weiqiong，打印出结果：“haha---------go into c!!!”

调用问题

在首次使用JNI的时候有些疑问，后来在使用中一一解决，下面就是这些问题的备忘：

1.java和c是如何互通的？

其实不能互通的原因主要是数据类型的问题，jni解决了这个问题，例如那个c文件中的jstring数据类型就是java传入的String对象，经过jni函数的转化就能成为c的char*。

对应数据类型关系如下表：

JNI 还包含了很多对应于不同 Java 对象的引用类型。

2. 如何将java传入的String参数转换为c的char*，然后使用?

java传入的String参数，在c文件中被jni转换为jstring的数据类型，在c文件中声明char* test，然后test = (char*)(*env)->GetStringUTFChars(env, jstring, NULL);注意：test使用完后，通知虚拟机平台相关代码无需再访问：(*env)->ReleaseStringUTFChars(env, jstring, test);

3. 将c中获取的一个char*的buffer传递给java？

有两种方式传递得到的数据：

一种是在jni中直接new一个byte数组，然后调用函数(*env)->SetByteArrayRegion(env, bytearray, 0, len, buffer);将buffer的值copy到bytearray中，函数直接return bytearray就可以了。

一种是return错误号，数据作为参数传出，但是java的基本数据类型是传值，对象是传递的引用，所以将这个需要传出的byte数组用某个类包一下，如下：

class RetObj { public byte[] bytearray; } 这个对象作为函数的参数retobj传出，通过如下函数将retobj中的byte数组赋值便于传出。代码如下：

jclass cls;

jfieldID fid;

jbyteArray bytearray;

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

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

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

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

4. 不知道占用多少空间的buffer，如何传递出去呢？

在jni的c文件中new出空间，传递出去。java的数据不初始化，指向传递出去的空间即可。

软件开发

基于JNI的嵌入式手机软件开发实例下面通过一个实例来描述运用JNI技术在手机上操纵摄像头，捕捉视频并存储图片的过程。

活动状态

图2为捕捉视频并存储图片的活动/状态图

根据图2的活动/状态，具体的对应步骤如下：

①发起该流程。

②发起流程后，建立文件用于存储图片。

③用指针获得分配的缓冲器，用于存储获得的帧。

④将指针压栈(序列化缓冲器)。由于手机的内存较小，为了防止内存泄漏，Symbian操作系统有一个Cleanupstack的要求，即在使用指针时，用PushL把指针压入栈中，使用完后再用Pop弹出栈．如果在中间调用导致崩溃的函数时果真出现了问题，那么Cleanupstack可以通过调用该指针的析构函数回收占用的空间。

⑤操纵摄像头，捕捉视频，并将图像流从摄像头端传到缓冲器。

⑥将摄像头内的图像流存入缓冲器内，并将缓冲器内的流转化为文件流，存为jpg格式的文件，将指向缓冲器的指针弹栈。

⑦在过程⑥中，如果使用完了序列化的缓冲器，则要重新序列化缓冲器，以备后面使用。

⑧当接收到停止视频捕捉的信号后，关闭文件。

⑨流程结束。

视频捕捉

子功能捕捉视频的实现是由操纵摄像头、视频播放(解码器准备)以及建立摄像头和手机之间的连接会话三个活动组成的。其中操纵摄像头是通过调用底层设备的驱动来实现的，需要利用JNI来实现，完成的方法包括准备、建立、删除、销毁摄像头等。视频播放的一系列过程也是通过c++代码来实现的，除了准备、建立、删除、销毁解码器外，还有开始、暂停、停止解码等。建立摄像头和手机之间的连接类似建立客户端和服务器连接，视频流从摄像头传到手机界面是通过多媒体会话来完成的。多媒体会话的建立、关闭、摧毁以及会话建立后的发送、取消、读取数据等也是JNI的应用范畴。

全国各地天气预报查询

上海市

云南省

云南省

云南省

云南省

云南省