JNI

JNI是Java Native Interface的縮寫，通過使用 Java本地接口書寫程式，可以確保代碼在不同的平台上方便移植。從Java1.1開始，JNI標準成為java平台的一部分，它允許Java代碼和其他語言寫的代碼進行互動。JNI一開始是為了本地已編譯語言，尤其是C和C++而設計的，但是它並不妨礙你使用其他程式語言，只要調用約定受支持就可以了。使用java與本地已編譯的代碼互動，通常會喪失平台可移植性。但是，有些情況下這樣做是可以接受的，甚至是必須的。例如，使用一些舊的庫，與硬體、作業系統進行互動，或者為了提高程式的性能。JNI標準至少要保證本地代碼能工作在任何Java 虛擬機環境。

基本介紹

• 中文名：Java本地接口
• 外文名：Java Native Interface
• 學科：Java和本地代碼間的雙向互動
• 簡寫：JNI
• 目的：使用 Java 本地接口書寫程式
• 程式語言：Java

簡介

SUN公司發布的Java 本地接口(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 代碼能夠與其它程式語言互相操作，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式和庫。作為一個標準程式接口，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：

二進制兼容。本地方法庫與同一平台上所有Java 虛擬機之間實現二進制兼容，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最佳化，以保障高效運行。

功能強。JNI 提供了大量的函式及接口讓本地方法與Java 虛擬機核心相互操作，增強兩者的功能。

本地代碼與 Java 虛擬機之間是通過 JNI 函式實現相互操作的。JNI 函式通過接口指針來獲得，本地方法將 JNI 接口指針當作參數來接受。虛擬機保證在從相同的 Java 執行緒中對本地方法進行多次調用時，傳遞給本地方法的接口指針是相同的，本地方法被不同的 Java 執行緒調用時，它接受不同的 JNI接口指針。

實現部分系統功能

Java語言利用 JNI 接口訪問的本地方法均需要包含在特定於平台的執行檔中，例如，對32 位 Windows 作業系統而言，本地方法包含在動態程式庫 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。對於某些特殊套用(如硬體設備訪問、網路底層協定訪問等)，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。對每種目標作業系統，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。儘量使本地方法獨立，將載入 DLL和應用程式的開銷減到最小。如果需要其它運行時 DLL，必須隨應用程式一起提供。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式結構重新編寫Java 代碼，僅將 Java 不能實現的個別功能在Java 程式中聲明為本地函式，用 Java h 命令生成相應的 C/C++頭檔案，再根據該頭檔案的格式編寫相應的 C/C++實現代碼，最後編譯生成Java 代碼可載入的 DLL 檔案。

JNI的演化

JDK1.0包含了一個本地方法接口，它允許JAVA程式調用C/C++寫的程式，許多第三方的程式和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、本地方法想訪問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么樣在記憶體中實現。如果一個給定的JVM實現布局對象時，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接口。

（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。

書寫步驟

·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的頭檔案

·使用C/C++實現本地方法

·將C/C++編寫的檔案生成動態連線庫

·ok

1) 編寫java程式：這裡以HelloWorld為例。

代碼1：

public class HelloWorld {    public native void displayHelloWorld();//所有native關鍵字修飾的都是對本地的聲明    static {        System.loadLibrary("hello");//載入本地庫    }    public static void main(String[] args) {        new HelloWorld().displayHelloWorld();    }}

聲明native方法：如果你想將一個方法做為一個本地方法的話，那么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的頭檔案javah HelloWorld。新版jdk-10.0.2已經移除了javah命令工具，使用javac HelloWorld.java -h JniH 代替javah HelloWorld 命令生成擴展名為h的頭檔案。

jni HelloWorld 頭檔案的內容：

/*DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated*/#include <jni.h>/*Header for class HelloWorld*/#ifndef _Included_HelloWorld#define _Included_HelloWorld#ifdef __cplusplusextern "C" {#endif/* *Class:HelloWorld *Method:displayHelloWorld *Signature:()V */JNIEXPORT void JNICALLJava_HelloWorld_displayHelloWorld(JNIEnv*, jobject);#ifdef __cplusplus}#endif#endif

JNI

（這裡我們可以這樣理解：這個h檔案相當於我們在java裡面的接口，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++程式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命令生成的頭檔案裡面聲明的方法名相同的方法。

代碼2：

#include "jni.h"#include "HelloWorld.h"//#include otherheadersJNIEXPORT void JNICALLJava_HelloWorld_displayHelloWorld(JNIEnv *env, jobject obj){    printf("Helloworld!\n");    return;}

JNI

注意代碼2中的第1行，需要將jni.h（該檔案可以在%JAVA_HOME%/include資料夾下面找到）檔案引入，因為在程式中的JNIEnv、 jobject等類型都是在該頭檔案中定義的；另外在第2行需要將HelloWorld.h頭檔案引入（我是這么理解的：相當於我們在編寫java程式的時候，實現一個接口的話需要聲明才可以，這裡就是將HelloWorld.h頭檔案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檔案。在保存HelloWorldImpl.c資料夾下面，使用VC的編譯器cl成。這裡以最新的VS2017為例，首先在開始選單中找到適用於 VS 2017 的 x64 本機工具命令提示，該bat腳本會自動配置好VS編譯環境，否則後面執行cl命令會報錯。直接運行適用於 VS 2017 的 x64 本機工具命令提示，工作目錄就會處於默認的目錄，從而會提示找不到c檔案錯誤，因此，建議將該捷徑（指向的bat腳本檔案）拷貝到我們自己的工作目錄，並修改該捷徑的起始位置為我們自己的工作目錄。然後輸入命令 cl -I%java_home%\include -I%java_home%\include\win32 -LD HelloWorldImp.c -Fehello.dll 注意：生成的dll檔案名稱在選項-Fe後面配置（-Fe與hello.dll之間不能有空格），這裡是hello，因為在HelloWorld.java檔案中我們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檔案。

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檔案名稱，如sum.dll) (輸入的c/c++源檔案,如abc.c)。

6) 運行程式

javaHelloWorld就ok.

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

如果用命令行編譯，把dll檔案放在該包的同目錄下。

使用例子

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接口包括一個so檔案（封裝了c函式的實現）和一個java檔案（需要調用path的類）。

JNI

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

class weiqiong { static { System.loadLibrary("testjni");//載入靜態庫，test函式在其中實現 } 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．然後設定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，會生成一個檔案weiqiong.h檔案，其中有一個函式的聲明如下：

JNIEXPORT void JNICALL Java_weiqiong_testjni (JNIEnv *, jobject);

4．創建檔案testjni.c將上面那個函式實現，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檔案，創建makefile檔案如下：

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檔案的名字必須是loadLibrary的參數名前加“lib”。

6．export LD_LIBRARY_PATH=.，由此設定library路徑為當前目錄，這樣java檔案才能找到so檔案。一般的做法是將so檔案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!!!”

調用問題

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檔案中的jstring數據類型就是java傳入的String對象，經過jni函式的轉化就能成為c的char*。

對應數據類型關係如下表：

Java 類型	本地 C 類型	實際表示的 C 類型; （Win32）	說明
boolean	jboolean	unsigned char	無符號，8 位
byte	jbyte	signed char	有符號，8 位
char	jchar	unsigned short	無符號，16 位
short	jshort	short	有符號，16 位
int	jint	long	有符號，32 位
long	jlong	__int64	有符號，64 位
float	jfloat	float	32 位
double	jdouble	double	64 位
void	void	N/A	N/A

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檔案中被jni轉換為jstring的數據類型，在c檔案中聲明char* test，然後test = (char*)(*env)->GetStringUTFChars(env, jstring, NULL);注意：test使用完後，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，然後調用函式(*env)->SetByteArrayRegion(env, bytearray, 0, len, buffer);將buffer的值copy到bytearray中，函式直接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; } 這個對象作為函式的參數retobj傳出，通過如下函式將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. 不知道占用多少空間的buffer，如何傳遞出去呢？

在jni的c檔案中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。

軟體開發

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。

活動狀態

圖2為捕捉視頻並存儲圖片的活動/狀態圖

JNI

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發起流程後，建立檔案用於存儲圖片。

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)。由於手機的記憶體較小，為了防止記憶體泄漏，Symbian作業系統有一個Cleanupstack的要求，即在使用指針時，用PushL把指針壓入棧中，使用完後再用Pop彈出棧．如果在中間調用導致崩潰的函式時果真出現了問題，那么Cleanupstack可以通過調用該指針的析構函式回收占用的空間。

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檔案流，存為jpg格式的檔案，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後，關閉檔案。

⑨流程結束。

視頻捕捉

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線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線類似建立客戶端和伺服器連線，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、摧毀以及會話建立後的傳送、取消、讀取數據等也是JNI的套用範疇。