JNI (Java Native Interface) 使用指南_java jni 使用-优快云博客

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JNI 是 Java Native Interface 的缩写，它允许 Java 代码与本地代码（如 C/C++）相互调用。以下是 JNI 的全面使用指南。

1. JNI 基础概念

主要功能

从 Java 调用本地方法（C/C++ 实现）
从本地代码调用 Java 方法
在本地代码中操作 Java 对象

基本原理

Java 代码声明 native 方法
使用 javah/javac -h 生成头文件
实现本地方法
编译生成动态链接库
Java 程序加载库并调用本地方法

2. 从 Java 调用本地代码

步骤 1：声明 native 方法

java

public class NativeDemo {
    // 声明 native 方法
    public native void sayHello();
    public native int addNumbers(int a, int b);
    
    // 加载动态库
    static {
        System.loadLibrary("NativeDemo");
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        NativeDemo demo = new NativeDemo();
        demo.sayHello();
        System.out.println("3 + 5 = " + demo.addNumbers(3, 5));
    }
}

步骤 2：生成头文件

bash

javac NativeDemo.java
javac -h . NativeDemo.java

生成的头文件 NativeDemo.h 内容示例：

/* 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:    sayHello
 * Signature: ()V
 */
JNIEXPORT void JNICALL Java_NativeDemo_sayHello
  (JNIEnv *, jobject);

/*
 * Class:     NativeDemo
 * Method:    addNumbers
 * Signature: (II)I
 */
JNIEXPORT jint JNICALL Java_NativeDemo_addNumbers
  (JNIEnv *, jobject, jint, jint);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

步骤 3：实现本地方法

创建 NativeDemo.c 文件：

#include <stdio.h>
#include "NativeDemo.h"

JNIEXPORT void JNICALL Java_NativeDemo_sayHello(JNIEnv *env, jobject obj) {
    printf("Hello from native code!\n");
}

JNIEXPORT jint JNICALL Java_NativeDemo_addNumbers(JNIEnv *env, jobject obj, jint a, jint b) {
    return a + b;
}

步骤 4：编译本地代码

Linux/macOS:

bash

gcc -shared -fpic -I${JAVA_HOME}/include -I${JAVA_HOME}/include/linux -o libNativeDemo.so NativeDemo.c

Windows:

cmd

cl -I"%JAVA_HOME%\include" -I"%JAVA_HOME%\include\win32" -LD NativeDemo.c -FeNativeDemo.dll

步骤 5：运行 Java 程序

bash

java -Djava.library.path=. NativeDemo

3. 从本地代码调用 Java

访问 Java 对象字段

JNIEXPORT void JNICALL Java_NativeDemo_modifyField(JNIEnv *env, jobject obj) {
    // 获取类
    jclass cls = (*env)->GetObjectClass(env, obj);
    
    // 获取字段ID
    jfieldID fid = (*env)->GetFieldID(env, cls, "myField", "I");
    
    // 获取字段值
    jint value = (*env)->GetIntField(env, obj, fid);
    
    // 修改字段值
    (*env)->SetIntField(env, obj, fid, value + 1);
}

调用 Java 方法

JNIEXPORT void JNICALL Java_NativeDemo_callJavaMethod(JNIEnv *env, jobject obj) {
    // 获取类
    jclass cls = (*env)->GetObjectClass(env, obj);
    
    // 获取方法ID
    jmethodID mid = (*env)->GetMethodID(env, cls, "javaMethod", "(Ljava/lang/String;)V");
    
    // 创建字符串参数
    jstring jstr = (*env)->NewStringUTF(env, "From native code");
    
    // 调用方法
    (*env)->CallVoidMethod(env, obj, mid, jstr);
    
    // 释放本地引用
    (*env)->DeleteLocalRef(env, jstr);
}

4. 数据类型映射

基本类型

Java 类型	JNI 类型	C/C++ 类型
boolean	jboolean	unsigned char
byte	jbyte	char
char	jchar	unsigned short
short	jshort	short
int	jint	int
long	jlong	long long
float	jfloat	float
double	jdouble	double

引用类型

Java 类型	JNI 类型
Object	jobject
String	jstring
Class	jclass
Object[]	jobjectArray
boolean[]	jbooleanArray
byte[]	jbyteArray
...	...

5. 异常处理

检查异常

jthrowable exc = (*env)->ExceptionOccurred(env);
if (exc) {
    (*env)->ExceptionDescribe(env);
    (*env)->ExceptionClear(env);
    // 处理异常...
}

抛出异常

jclass excCls = (*env)->FindClass(env, "java/lang/IllegalArgumentException");
if (excCls != NULL) {
    (*env)->ThrowNew(env, excCls, "Invalid argument from native code");
}

6. 内存管理

局部引用

默认创建的引用都是局部引用
在本地方法返回后自动释放
可以手动释放：DeleteLocalRef()

全局引用

jclass globalCls = (*env)->NewGlobalRef(env, localCls);
// 使用...
(*env)->DeleteGlobalRef(env, globalCls);

弱全局引用

jclass weakCls = (*env)->NewWeakGlobalRef(env, localCls);
// 使用前检查是否有效
if ((*env)->IsSameObject(env, weakCls, NULL) == JNI_FALSE) {
    // 仍然有效
}
(*env)->DeleteWeakGlobalRef(env, weakCls);

7. 多线程注意事项

附加本地线程到JVM

JavaVM *jvm; // 需要保存全局的JavaVM指针
JNIEnv *env;
(*jvm)->AttachCurrentThread(jvm, (void **)&env, NULL);

// 执行JNI调用...

(*jvm)->DetachCurrentThread(jvm);

线程同步

// 获取对象监视器
(*env)->MonitorEnter(env, obj);
// 临界区代码...
(*env)->MonitorExit(env, obj);

8. 最佳实践

减少JNI调用：每次JNI调用都有开销，尽量批量处理数据
正确处理字符串：及时释放GetStringUTFChars获取的字符串
异常检查：每次JNI调用后检查异常
资源释放：及时释放创建的全局引用和分配的内存
线程安全：确保多线程环境下正确使用JNI
类型签名：确保方法签名完全正确

9. 常见问题解决

库加载失败

确保库路径正确 (java.library.path)
检查库依赖 (ldd/otool -L)
确保库文件名正确 (Linux: libxxx.so, Windows: xxx.dll)

UnsatisfiedLinkError

检查方法名是否完全匹配 (包括包名)
检查方法签名是否匹配
确保库导出所需的符号

内存泄漏

检查全局引用是否释放
检查是否释放了GetXXXArrayElements获取的数组
检查是否释放了GetStringUTFChars获取的字符串

JNI 是连接 Java 和本地代码的强大工具，正确使用可以充分发挥两种语言的优势，但需要注意正确处理内存、异常和线程安全等问题。