如何在Linux平台下使用JNI提高Java效率

　　Java的出现给大家开发带来的极大的方便。但是，如果我们有大量原有的经过广泛测试的非Java代码，将它们全部用Java来重写，恐怕会带来巨大的工作量和长期的测试；如果我们的应用中需要访问到特定的设备，甚至是仅符合公司内部信息交互规范的设备，或某个特定的操作系统才有的特性，Java就显得有些力不从心了。面对这些问题，Sun公司在JDK1.0中就定义了JNI规范，它规定了Java应用程序对本地方法的调用规则。
　　
　　实现步骤及相关函数使用
　　
　　本文将一步步说明在Linux平台下如何实现本地共享库与Java协同工作。Hello World程序是目前标准的入门第一步，那么，我也以类似的应用最为样例。
　　
　　第一步，定义一个 Java 类 -- Hello. 它提供SayHello方法：
　　
　　此时应注意两点：
　　
　　1、为要使用的每个本地方法编写本地方法声明，其声明方式与普通Java方法接口没什么不同，只是必须指定 native 关键字，如下所示：
　　
　　public native void SayHello(String strName);
　　
　　在这个函数中，我们将根据传进的人名，向某人问好。
　　
　　2、必须显式地加载本地代码库。我们需在类的一个静态块中加载这个库：
　　
　　static
　　{
　　System.loadLibrary("hello");
　　}
　　
　　再加上必要的异常处理就生成如下源文件Hello.java：
　　
　　public class Hello
　　{
　　static
　　{
　　try
　　{
　　//此处即为本地方法所在链接库名
　　System.loadLibrary("hello");
　　}
　　catch(UnsatisfiedLinkError e)
　　{
　　System.err.println
　　( "Cannot load hello library:\n " +
　　e.toString() );
　　}
　　}
　　public Hello()
　　{
　　}
　　//声明的本地方法
　　public native void SayHello(String strName);
　　}
　　
　　编译后生成Hello.class文件。
　　
　　第二步，生成本地链接库。具体过程如下：
　　
　　1、要为以上定义的类生成 Java 本地接口头文件，需使用javah，Java 编译器的 javah 功能将根据Hello类生成必要的声明，此命令将生成Hello.h文件，我们在共享库的代码中要包含它，javah不使默认内部命令，需要指明路径，它在JDK的bin目录下，在我的Linux环境下命令如下：
　　
　　/home/jbuilder/jdk1.3.1/bin/javah Hello
　　
　　生成的Hello.h 文件 内容如下所示：
　　
　　/* DO NOT EDIT THIS FILE -
　　it is machine generated */
　　#include
　　/* Header for class Hello */
　　#ifndef _Included_Hello
　　#define _Included_Hello
　　#ifdef __cplusplus
　　extern "C" {
　　#endif
　　/*
　　* Class:　　 Hello
　　* Method:　　SayHello
　　* Signature: (Ljava/lang/String;)V
　　*/
　　JNIEXPORT void JNICALL Java_Hello_SayHello
　　(JNIEnv *, jobject, jstring);
　　#ifdef __cplusplus
　　}
　　#endif
　　#endif
　　
　　2、在与Hello.h相同的路径下创建一个CPP文件Hello.cpp。内容如下：
　　
　　#include "Hello.h"
　　#include
　　//与Hello.h中函数声明相同
　　JNIEXPORT void JNICALL Java_Hello_SayHello
　　(JNIEnv * env, jobject arg, jstring instring)
　　{
　　//从instring字符串取得指向字符串UTF编码的指针
　　const jbyte *str =
　　(const jbyte *)env->GetStringUTFChars
　　( instring, JNI_FALSE );
　　printf("Hello,%s\n",str);
　　//通知虚拟机本地代码不再需要通过str访问Java字符串。
　　env->ReleaseStringUTFChars
　　( instring, (const char *)str );
　　return;
　　}
　　
　　所有的JNI调用都使用了JNIEnv*类型的指针，习惯上在CPP文件中将这个变量定义为evn，它是任意一个本地方法的第一个参数。env指针指向一个函数指针表，在VC中可以直接用"->"操作符访问其中的函数。
　　
　　jobject 指向在此 Java 代码中实例化的 Java 对象 LocalFunction的一个句柄，相当于this指针。后续的参数就是本地调用中有Java程序传进的参数，本例中只有一个String型参数。对于字符串型参数，因为在本地代码中不能直接读取Java字符串，而必须将其转换为C/C++字符串或Unicode。以下是三个我们经常会用到的字符串类型处理的函数：
　　　
　　
　　参数：array 数组对象
　　
　　isCopy 如果进行拷贝，指向以JNI_TRUE填充的jboolean,否则指向以JNI_FALSE填充的jboolean。
　　
　　例如： jboolean * GetBooleanArrayElements(jbooleanArray array, jboolean *isCopy)
　　
　　void ReleaseXxxArrayElements(xxxArray array,xxx *elems, jint mode)
　　
　　通知虚拟机不再需要从GetXxxArrayElements得到的指针。
　　
　　参数：array 数组对象
　　
　　elems 不再需要的指向数组元素的指针
　　
　　mode 0＝在更新数组元素后释放elems缓冲器
　　
　　JNI_COMMIT＝在更新数组元素后不释放elems缓冲器
　　
　　JNI_ABORT＝不更新数组元素释放elems缓冲器
　　
　　例如：void ReleaseBooleanArrayElements(jbooleanArray array,jboolean *elems, jint mode)
　　
　　xxxArray NewXxxArray(jsize len)
　　
　　产生一个新的数组，通常在反值类型为数组型时用到
　　
　　参数：len 数组中元素的个数。
　　
　　例如：jbooleanArray NewBooleanArray(jsize len)
　　
　　3、编译生成共享库。
　　
　　使用GCC时,必须通知编译器在何处查找此Java本地方法的支持文件，并且显式通知编译器生成位置无关的代码，在我的环境中按如下过程编译：
　　
　　gcc-I/home/jbuilder/jdk1.3.1/include-I/home
　　/jbuilder/jdk1.3.1/include/linux -fPIC -c Hello.c
　　
　　生成Hello.o
　　
　　gcc -shared -Wl,-soname,libhello.so.1
　　-o libhello.so.1.0 Hello.o
　　
　　生成libhello.so.1.0
　　
　　接下来将生成的共享库拷贝为标准文件名
　　
　　cp libhello.so.1.0 libhello.so
　　
　　最后通知动态链接程序此共享文件的路径。
　　
　　export LD_LIBRARY_PATH=`pwd`
　　:$LD_LIBRARY_PATH
　　
　　4、编写一个简单的Java程序来测试我们的本地方法。
　　
　　将如下源码存为ToSay.java：
　　
　　import Hello;
　　import java.util.*;
　　public class ToSay
　　{
　　public static void main(String argv[])
　　{
　　ToSay say = new ToSay();
　　}
　　public ToSay()
　　{
　　Hello h = new Hello();
　　//调用本地方法向John问好
　　h.SayHello("John");
　　}
　　}
　　
　　用javac编译ToSay.java，生成ToSay.class向执行普通Java程序一样使用java ToSay，我们会看到在屏幕上出现Hello,John。到这里我们就将整个的本地调用编写过程大概浏览了一遍。
　　
　　应用中注意事项
　　
　　1．如果可以通过TCP/IP实现Java代码与本地C/C++代码的交互工作，那么最好不使用以上提到的JNI的方式，因为一次JNI调用非常耗时，大概要花0.5～1个毫秒。
　　
　　2．在一个Applet应用中，不要使用JNI。因为在 applet 中可能引发安全异常。
　　
　　3．将所有本地方法都封装在单个类中，这个类调用单个 DLL。对于每种目标操作系统，都可以用特定于适当平台的版本替换这个 DLL。这样就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。
　　
　　4．本地方法要简单。尽量将生成的DLL 对任何第三方运行时 DLL 的依赖减到最小。使本地方法尽量独立，以将加载DLL 和应用程序所需的开销减到最小。如果必须要运行时 DLL，则应随应用程序一起提供它们。
　　
　　5．本地代码运行时，没有有效地防数组越界错误、错误指针引用带来的间接错误等。所以必须保证保证本地代码的稳定性，因为，丝毫的错误都可能导致Java虚拟机崩溃。
　　
　　结束语
　　
　　JNI调用规范给我们复用原有其它语言的代码提供了简单易用的接口，可以节省大量的财力，使我们可以在享受Java带来的开发速度的同时，不必放弃旧有资源。
　　
　　const char* GetStringUTFChars
　　(jstring string,jboolean* isCopy)
　　
　　返回指向字符串UTF编码的指针，如果不能创建这个字符数组，返回null。这个指针在调用ReleaseStringUTFChar()函数之前一直有效。
　　
　　参数：string Java字符串对象
　　
　　isCopy 如果进行拷贝，指向以JNI_TRUE填充的jboolean,否则指向以JNI_FALSE填充的jboolean。
　　
　　void ReleaseStringUTFChars(jstring str, const char* chars)
　　
　　通知虚拟机本地代码不再需要通过chars访问Java字符串。
　　
　　参数：string Java字符串对象
　　
　　chars 由GetStringChars返回的指针
　　
　　jstring NewStringUTF(const char *utf)
　　
　　返回一个新的Java字符串并将utf内容拷贝入新串，如果不能创建字符串对象，
　　
　　返回null。通常在反值类型为string型时用到。
　　
　　参数：utf UTF编码的字符