JavaCPP快速入门(官方demo增强版)

程序员欣宸

发布于 2021-12-07 10:37:58

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文章被收录于专栏：实战docker实战docker

关于JavaCPP

JavaCPP 使得Java 应用可以在高效的访问本地C++方法，JavaCPP底层使用了JNI技术，可以广泛的用在Java SE应用中（也包括安卓），以下两个特性是JavaCPP的关键，稍后咱们会用到：

提供一些注解，将Java代码映射为C++代码
提供一个jar，用java -jar命令可以将C++代码转为java应用可以访问的动态链接库文件；

目前JavaCPP团队已经用JavaCPP为多个著名C++项目生成了完整的接口，这意味着咱们的java应用可以很方便的使用这些C++库，这里截取部分项目如下图，更详细的列表请访问：https://github.com/bytedeco/javacpp-presets

本篇概览

今天咱们先写C++函数，再写Java类，该Java类用JavaCPP调用C++函数；
提前小结JavaCPP开发的基本步骤如下图，稍后就按这些步骤去做：

与官方demo的差异

聪明的您应该会想到：入门demo，JavaCPP官方也有啊(https://github.com/bytedeco/javacpp)，难道欣宸还能比官方的好？
官方的入门demo一定是最好的，这个毋庸置疑，我这里与官方的不同之处，是添加了下面这些官方没提到的内容，更符合自己的开发习惯（官方没有这些的原因，我觉得应该是更关注JavaCPP本身，而不是一些其他的细枝末节）：

如下图，官方的C++代码只有一个NativeLibrary.h文件，函数功能也在这个文件中，最终生成了一个jni的so文件，而实际上，应该是头文件与功能代码分离，因此本文中的头文件和C++函数的源码是分开的，先生成函数功能的so，再在java中生成jni的so，一共会有两个so文件，至于这两个so如何配置和访问，也是本文的重点之一：

官方demo的java源码如下图，是没有package信息的，而实际java工程中都会有package，由此带来的路径问题，例如头文件放哪里？编译和生成so文件时的命令行怎么处理package信息，等等官方并没有提到，而在本篇咱们的java类是有package的，与之相关的路径问题也会解决：

官方demo在运行时使用的依赖库是org.bytedeco:javacpp:1.5.5，运行时会输出以下警告信息，本篇会解决这个告警问题：

Warning: Could not load Loader: java.lang.UnsatisfiedLinkError: no jnijavacpp in java.library.path

环境信息

这里给出我的环境信息，您可以作为参考：

操作系统：Ubuntu 16.04.5 LTS (server版，64位)
g++：(Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.10) 5.4.0 20160609
JDK：1.8.0_291
JavaCPP：1.5.5
操作账号：root

javacpp-1.5.5.jar文件下载

本篇不会用到maven或者gradle，因此所需的jar文件需要自行准备，您可以从官网、maven中央仓库等地方下载，也可以从下面两个地方任选一个下载：

CSDN（不用积分）：https://download.csdn.net/download/boling_cavalry/20189395
GitHub：https://raw.githubusercontent.com/zq2599/blog_download_files/master/files/javacpp-1.5.5.jar

完整源码和相关文件下载

本次实战的所有源码以及相关文件，我这里都按照实战的目录位置打包上传到服务器，如果有需要，您可以从下面两个地方任选一个下载，用以参考，

CSDN（不用积分）：https://download.csdn.net/download/boling_cavalry/20189692
GitHub：https://raw.githubusercontent.com/zq2599/blog_download_files/master/files/javacpp-project.tar

接下进入实战环节

C++开发

新建一个文件夹，我这边是/root/javacpp/cpp，C++开发都在此文件夹下进行
C++部分总共要写三个文件，分别是：

C++函数的源码：NativeLibrary.cpp
头文件：NativeLibrary.h
测试函数功能的文件：test.cpp（该文件仅用于测试C++函数是否正常可用，与JavcCPP无关）

接下来分别编写，首先是NativeLibrary.cpp，如下，仅有加法的方法：

#include "NativeLibrary.h" 

namespace NativeLibrary { 

    int MyFunc::add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
}

头文件：

#include<iostream>

namespace NativeLibrary {

	class MyFunc{
	public:
		MyFunc(){};
		~MyFunc(){};
		int add(int a, int b);
	};
}

测试文件test.cpp，可见是验证MyFunc类的方法是否正常：

#include<iostream>
#include"NativeLibrary.h"

using namespace NativeLibrary;

int main(){
	MyFunc myFunc;
	int value = myFunc.add(1, 2);
	std::cout << "add value " << value << std::endl;
	return 0;
}

执行以下命令，编译NativeLibrary.cpp，得到so文件libMyFunc.so：

g++ -std=c++11 -fPIC -shared NativeLibrary.cpp -o libMyFunc.so

执行以下命令，编译和链接test.cpp，得到可执行文件test：

g++ test.cpp -o test ./libMyFunc.so

运行可执行文件试试，命令是./test：

root@docker:~/javacpp/cpp# ./test
add value 3

将libMyFunc.so文件复制到/usr/lib/目录下
test的执行结果符合预期，证明so文件创建成功，记住下面两个关键信息，稍后会用到：

头文件是NativeLibrary.h
so文件是libMyFunc.so

接下来是java部分

Java开发

简单起见，咱们手写java文件，不创建maven工程
新建一个文件夹，我这边是/root/javacpp/java，java开发都在此文件夹下进行
将文件javacpp-1.5.5.jar复制到/root/javacpp/java/目录下
出于个人习惯，喜欢将java类放在packgage下，因此建好package目录，我这里是com/bolingcavalry/javacppdemo，在我这里的绝对路径就是/root/javacpp/java/com/bolingcavalry/javacppdemo
将文件NativeLibrary.h复制到com/bolingcavalry/javacppdemo目录下
在com/bolingcavalry/javacppdemo目录下新建Test.java，有几处要注意的地方稍后会提到：

package com.bolingcavalry.javacppdemo;

import org.bytedeco.javacpp.*;
import org.bytedeco.javacpp.annotation.*;

@Platform(include="NativeLibrary.h",link="MyFunc")
@Namespace("NativeLibrary")
public class Test {
    public static class MyFunc extends Pointer {
        static { Loader.load(); }
        public MyFunc() { allocate(); }
        private native void allocate();

        // to call add functions
        public native int add(int a, int b);
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyFunc myFunc = new MyFunc();
        System.out.println(myFunc .add(111,222));
    }
}

Test.java有以下几处需要注意：

Namespace注解的值是命名空间，要与前面C++代码保持一致
静态类名为MyFunc，这个要和C++中声明的类保持一致
Platform注解的include属性是NativeLibrary.h，作用是指定头文件
Platform注解的link属性的值是MyFunc，和so文件名libMyFunc.so相比，少了前面的lib前缀，以及so后缀，这是容易出错的地方，要千万小心，需要按照这个规则来设置link属性的值
对so中的add方法，通过native关键字做声明，然后就可以使用了

现在开发工作已经完成，接下来开始编译和运行

编译和运行

首先是编译java文件，进入目录/root/javacpp/java，执行以下命令，即可生成class文件：

javac -cp javacpp-1.5.5.jar com/bolingcavalry/javacppdemo/Test.java

接下来要用javacpp-1.5.5.jar完成c++文件的创建和编译，生成linux下的so文件：

java \
-jar javacpp-1.5.5.jar \
com/bolingcavalry/javacppdemo/Test.java

控制台输出以下信息，表名so文件已经生成，并且清理掉了中间过程产生的临时文件：

root@docker:~/javacpp/java# java \
> -jar javacpp-1.5.5.jar \
> com/bolingcavalry/javacppdemo/Test.java
Info: javac -cp javacpp-1.5.5.jar:/root/javacpp/java com/bolingcavalry/javacppdemo/Test.java 
Info: Generating /root/javacpp/java/jnijavacpp.cpp
Info: Generating /root/javacpp/java/com/bolingcavalry/javacppdemo/jniTest.cpp
Info: Compiling /root/javacpp/java/com/bolingcavalry/javacppdemo/linux-x86_64/libjniTest.so
Info: g++ -I/usr/lib/jvm/jdk1.8.0_291/include -I/usr/lib/jvm/jdk1.8.0_291/include/linux /root/javacpp/java/com/bolingcavalry/javacppdemo/jniTest.cpp /root/javacpp/java/jnijavacpp.cpp -march=x86-64 -m64 -O3 -s -Wl,-rpath,$ORIGIN/ -Wl,-z,noexecstack -Wl,-Bsymbolic -Wall -fPIC -pthread -shared -o libjniTest.so -lMyFunc 
Info: Deleting /root/javacpp/java/com/bolingcavalry/javacppdemo/jniTest.cpp
Info: Deleting /root/javacpp/java/jnijavacpp.cpp

此时的com/bolingcavalry/javacppdemo目录下新增了一个名为linux-x86_64的文件夹，里面的libjniTest.so是javacpp-1.5.5.jar生成的
您可以将/usr/lib/目录下的libMyFunc.so文件移动到linux-x86_64目录下（不移动也可以，只是个人觉得业务so文件放在/usr/lib/这种公共目录下不太合适）
将java应用运行起来：

java -cp javacpp-1.5.5.jar:. com.bolingcavalry.javacppdemo.Test

控制台输出的信息如下所示，333表示调用so中的方法成功了：

root@docker:~/javacpp/java# java -cp javacpp-1.5.5.jar:. com.bolingcavalry.javacppdemo.Test
Warning: Could not load Loader: java.lang.UnsatisfiedLinkError: no jnijavacpp in java.library.path
333

最后，将我这里c++和java的文件夹和文件的信息详细列出来，您可以参考：

root@docker:~# tree /root/javacpp
/root/javacpp
├── cpp
│   ├── libMyFunc.so
│   ├── NativeLibrary.cpp
│   ├── NativeLibrary.h
│   ├── test
│   └── test.cpp
└── java
    ├── com
    │   └── bolingcavalry
    │       └── javacppdemo
    │           ├── linux-x86_64
    │           │   ├── libjniTest.so
    │           │   └── libMyFunc.so
    │           ├── NativeLibrary.h
    │           ├── Test.class
    │           ├── Test.java
    │           └── Test$MyFunc.class
    └── javacpp-1.5.5.jar

6 directories, 12 files

一点小问题

咱们回顾一下java应用的输出，如下所示，其中有一段告警信息：

root@docker:~/javacpp/java# java -cp javacpp-1.5.5.jar:. com.bolingcavalry.javacppdemo.Test
Warning: Could not load Loader: java.lang.UnsatisfiedLinkError: no jnijavacpp in java.library.path
333

上述告警信息不会影响功能，如果想消除掉，就不能只用org.bytedeco:javacpp:1.5.5这一个库，而是org.bytedeco:javacpp-platform:1.5.5，以及它的依赖库
由于本篇没有用到maven或者gradle，因此很难将org.bytedeco:javacpp-platform:1.5.5及其依赖库集齐，我这里已经将所有jar文件打包上传，您可以选择下面任意一种方式下载：

CSDN（不用积分）：https://download.csdn.net/download/boling_cavalry/20188764
GitHub：https://raw.githubusercontent.com/zq2599/blog_download_files/master/files/javacpp-platform155.tar

下载下来后解压，是个名为lib的文件夹，将此文件夹放在/root/javacpp/java/目录下
lib文件夹下的jar只是在运行时用到，编译时用不上，因此现在可以再次运行java应用了，命令如下：

java -cp lib/*:. com.bolingcavalry.javacppdemo.Test

在看控制台输出如下图，这次没有告警了：

本次实战最终所有文件与目录信息如下，供您参考：

root@docker:~/javacpp# tree /root/javacpp
/root/javacpp
├── cpp
│   ├── libMyFunc.so
│   ├── NativeLibrary.cpp
│   ├── NativeLibrary.h
│   ├── test
│   └── test.cpp
└── java
    ├── com
    │   └── bolingcavalry
    │       └── javacppdemo
    │           ├── linux-x86_64
    │           │   ├── libjniTest.so
    │           │   └── libMyFunc.so
    │           ├── NativeLibrary.h
    │           ├── Test.class
    │           ├── Test.java
    │           └── Test$MyFunc.class
    ├── javacpp-1.5.5.jar
    └── lib
        ├── javacpp-1.5.5-android-arm64.jar
        ├── javacpp-1.5.5-android-arm.jar
        ├── javacpp-1.5.5-android-x86_64.jar
        ├── javacpp-1.5.5-android-x86.jar
        ├── javacpp-1.5.5-ios-arm64.jar
        ├── javacpp-1.5.5-ios-x86_64.jar
        ├── javacpp-1.5.5.jar
        ├── javacpp-1.5.5-linux-arm64.jar
        ├── javacpp-1.5.5-linux-armhf.jar
        ├── javacpp-1.5.5-linux-ppc64le.jar
        ├── javacpp-1.5.5-linux-x86_64.jar
        ├── javacpp-1.5.5-linux-x86.jar
        ├── javacpp-1.5.5-macosx-arm64.jar
        ├── javacpp-1.5.5-macosx-x86_64.jar
        ├── javacpp-1.5.5-windows-x86_64.jar
        ├── javacpp-1.5.5-windows-x86.jar
        └── javacpp-platform-1.5.5.jar

7 directories, 29 files