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Java关键字——native

  本篇博客我们将介绍Java中的一个关键字——native。

  native 关键字在 JDK 源码中很多类中都有,在 Object.java类中,其 getClass() 方法、hashCode()方法、clone() 方法等等都是用 native 关键字修饰的。

    public final native Class<?> getClass();
    public native int hashCode();
    protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;

  那么为什么要用 native 来修饰方法,这样做有什么用?

1、JNI:Java Native Interface

  在介绍 native 之前,我们先了解什么是 JNI。

  一般情况下,我们完全可以使用 Java 语言编写程序,但某些情况下,Java 可能会不满足应用程序的需求,或者是不能更好的满足需求,比如:

  ①、标准的 Java 类库不支持应用程序平台所需的平台相关功能。

  ②、我们已经用另一种语言编写了一个类库,如何用Java代码调用?

  ③、某些运行次数特别多的方法代码,为了加快性能,我们需要用更接近硬件的语言(比如汇编)编写。

  上面这三种需求,其实说到底就是如何用 Java 代码调用不同语言编写的代码。那么 JNI 应运而生了。

  从Java 1.1开始,Java Native Interface (JNI)标准就成为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,比如,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标准至少保证本地代码能工作在任何Java 虚拟机实现下。

  通过 JNI,我们就可以通过 Java 程序(代码)调用到操作系统相关的技术实现的库函数,从而与其他技术和系统交互,使用其他技术实现的系统的功能;同时其他技术和系统也可以通过 JNI 提供的相应原生接口开调用 Java 应用系统内部实现的功能。

  在windows系统上,一般可执行的应用程序都是基于 native 的PE结构,windows上的 JVM 也是基于native结构实现的。Java应用体系都是构建于 JVM 之上。

  可能有人会问,Java不是跨平台的吗?如果用 JNI,那么程序不就将失去跨平台的优点?确实是这样的。

JNI 的缺点:

  ①、程序不再跨平台。要想跨平台,必须在不同的系统环境下重新编译本地语言部分。

  ②、程序不再是绝对安全的,本地代码的不当使用可能导致整个程序崩溃。一个通用规则是,你应该让本地方法集中在少数几个类当中。这样就降低了JAVA和C之间的耦合性。

   目前来讲使用 JNI 的缺点相对于优点还是可以接受的,可能后面随着 Java 的技术发展,我们不在需要 JNI,但是目前 JDK 还是一直提供对 JNI 标准的支持。

3、用C语言编写程序本地方法

  上面讲解了什么是 JNI,那么我们接下来就写个例子,如何用 Java 代码调用本地的 C 程序。

  官方文档如下:https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/jni/spec/jniTOC.html

  步骤如下:

  ①、编写带有 native 声明的方法的java类,生成.java文件;(注意这里出现了 native 声明的方法关键字)

  ②、使用 javac 命令编译所编写的java类,生成.class文件;

  ③、使用 javah -jni  java类名 生成扩展名为 h 的头文件,也即生成.h文件;

  ④、使用C/C++(或者其他编程想语言)实现本地方法,创建.h文件的实现,也就是创建.cpp文件实现.h文件中的方法;

  ⑤、将C/C++编写的文件生成动态连接库,生成dll文件;

  下面我们通过一个 HelloWorld 程序的调用来完成这几个步骤。

  注意:下面所有操作都是在所有操作都是在目录:D:\JNI 下进行的。

  一、编写带有 native 声明的方法的java类

 1 public class HelloJNI {
 2     //native 关键字告诉 JVM 调用的是该方法在外部定义
 3     private native void helloJNI();
 4     
 5     static{
 6         System.loadLibrary("helloJNI");//载入本地库
 7     }
 8     public static void main(String[] args) {
 9         HelloJNI jni = new HelloJNI();
10         jni.helloJNI();
11     }
12 
13 }

  用 native 声明的方法表示告知 JVM 调用,该方法在外部定义,也就是我们会用 C 语言去实现。

  System.loadLibrary("helloJNI");加载动态库,参数 helloJNI 是动态库的名字。我们可以这样理解:程序中的方法 helloJNI() 在程序中没有实现,但是我们下面要调用这个方法,怎么办呢?我们就需要对这个方法进行初始化,所以用 static 代码块进行初始化。

  这时候如果我们直接运行该程序,会报“A Java Exception has occurred”错误:

  二、使用 javac 命令编译所编写的java类,生成.class文件

  执行上述命令后,生成 HelloJNI.class 文件:

  三、使用 javah -jni  java类名 生成扩展名为 h 的头文件

  执行上述命令后,在 D:/JNI 目录下多出了个 HelloJNI.h 文件:

  四、使用C语言实现本地方法

  如果不想安装visual studio 的,我们需要在 windows平台安装 gcc。

  安装教程如下:http://blog.csdn.net/altland/article/details/63252757

  注意安装版本的选择,根据系统是32位还是64位来选择。64位点击下载

  安装完成之后注意配置环境变量,在 cmd 中输入 g++ -v,如果出现如下信息,则安装配置完成:

  接着输入如下命令:

gcc -m64  -Wl,--add-stdcall-alias -I"C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_152\include" -I"C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_152\include\include\win32" -shared -o helloJNI.dll helloJNI.c

  -m64表示生成dll库是64位的。后面的路径表示本机安装的JDK路径。生成之后多了一个helloJNI.dll 文件

  最后运行 HelloJNI:输出 Hello JNI! 大功告成。

4、JNI调用C的流程图

  图片引用自:https://www.cnblogs.com/Qian123/p/5702574.html

5、native关键字

  通过上面介绍了那么多JNI的知识,终于到介绍本篇文章的主角——native 关键字了。相信大家看完上面的介绍,应该也是知道什么是 native 了吧。

  native 用来修饰方法,用 native 声明的方法表示告知 JVM 调用,该方法在外部定义,我们可以用任何语言去实现它。 简单地讲,一个native Method就是一个 Java 调用非 Java 代码的接口。

  native 语法:

  ①、修饰方法的位置必须在返回类型之前,和其余的方法控制符前后关系不受限制。

  ②、不能用 abstract 修饰,也没有方法体,也没有左右大括号。

  ③、返回值可以是任意类型

  我们在日常编程中看到native修饰的方法,只需要知道这个方法的作用是什么,至于别的就不用管了,操作系统会给我们实现。

参考文档:https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/jni/spec/jniTOC.html 

     https://www.cnblogs.com/Qian123/p/5702574.html

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