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JNI （Java Native Interface，Java本地介面）是一種編程框架，使得Java虛擬機器中的Java程式可以呼叫本地應用/或庫，也可以被其他程式呼叫。 本地程式一般是用其它語言（C、C++或匯編語言等）編寫的，並且被編譯為基於本機硬件和作業系統的程式。[1]
 | 此條目翻譯質素不佳。 (2014年11月1日) |
有些事情Java無法處理時，JNI允許程式設計師用其他程式語言來解決，例如，Java標準庫不支援的平台相關功能或者程式庫。也用於改造已存在的用其它語言寫的程式，供Java程式呼叫。許多基於JNI的標準庫提供了很多功能給程式設計師使用，例如檔案I/O、音頻相關的功能。當然，也有各種高效能的程式，以及平台相關的API實現，允許所有Java應用程式安全並且平台獨立地使用這些功能。
JNI框架允許Native方法呼叫Java對象，就像Java程式訪問Native對象一樣方便。Native方法可以建立Java對象，讀取這些對象，並呼叫Java對象執行某些方法。當然Native方法也可以讀取由Java程式自身建立的對象，並呼叫這些對象的方法。
- 在使用JNI的過程中，可能因為某些微小的BUG，對整個JVM造成很難重現和除錯的錯誤。
- 僅有應用程式與簽章的applet可以呼叫JNI。
- 依賴於JNI的應用失去了Java的平台移植性（一種解決辦法是為每個平台編寫專門的JNI代碼，然後在Java代碼中，根據作業系統載入正確的JNI代碼）。
- JNI框架並沒有對 non-JVM 主記憶體提供自動垃圾回收機制，Native代碼（如匯編語言）分配的主記憶體和資源，需要其自身負責進行顯式的釋放。
- Linux與Solaris平台，如果Native代碼將自身註冊為訊號處理器（signal handler），就會攔截發給JVM的訊號。可以使用 責任鏈模式 讓 Native代碼更好地與JVM進行互動。[2]
- Windows平台上，在SEH try/catch塊中可以將結構化例外處理（SEH）用來包裝Native代碼，以擷取機器（CPU/FPU）生成的軟中斷（例如：空指標異常、被除數為0等），將這些中斷在傳播到JVM（中的Java代碼）之前進行處理，以免造成未擷取的異常。
- NewStringUTF、GetStringUTFLength、GetStringUTFChars、ReleaseStringUTFChars與 GetStringUTFRegion等編碼函數處理的是一種修改的UTF-8，[3]，實際上是一種不同的編碼，某些字元並不是標準的UTF-8。 null字元（U+0000）以及不在Unicode字元平面對映中的字元（codepoints 大於等於 U+10000 的字元，例如UTF-16中的代理對 surrogate pairs），在修改的UTF-8中的編碼都有所不同。 許多程式錯誤地使用了這些函數，將標準UTF-8字串傳入或傳出這些函數，實際上應該使用修改後的編碼。程式應當先使用NewString、GetStringLength、GetStringChars、ReleaseStringChars、GetStringRegion、GetStringCritical與ReleaseStringCritical等函數，這些函數在小尾序機器上使用UTF-16LE編碼，在大尾序機器上使用UTF-16BE編碼，然後再通過程式將 UTF-16轉換為 UTF-8。
- JNI在某些情況下可能帶來很大的開銷和效能損失：[4]
- 呼叫 JNI 方法是很笨重的操作，特別是在多次重複呼叫的情況下。
- Native 方法不會被 JVM 行內，也不會被 即時編譯 最佳化 ，因為方法已經被編譯過了。
- Java 陣列可能會被拷貝一份，以傳遞給 native 方法，執行完之後再拷貝回去. 其開銷與陣列的長度是線性相關的。
- 如果傳遞一個對象給方法，或者需要一個回呼，那麼 Native 方法可能會自己呼叫JVM。 訪問Java對象的屬性、方法和類型時，Native代碼需要類似反射的東西。簽章由字串指定，通常從JVM中查詢。這非常緩慢並且容易出錯。
- Java 中的字串（String） 也是對象，有 length 屬性，並且是編碼過的. 讀取或者建立字串都需要一次時間複雜度為 O(n) 的複製操作.
在JNI框架，native方法一般在單獨的.c或.cpp檔案中實現。當JVM呼叫這些函數，就傳遞一個JNIEnv指標，一個jobject的指標，任何在Java方法中聲明的Java參數。一個JNI函數看起來類似這樣：
JNIEXPORT void JNICALL Java_ClassName_MethodName
(JNIEnv *env, jobject obj)
{
/*Implement Native Method Here*/
}
env指向一個結構包含了到JVM的介面，包含了所有必須的函數與JVM互動、訪問Java對象。例如，把本地陣列轉換為Java陣列的JNI函數，把本地字串轉換為Java字串的JNI函數，實例化對象，投擲異常等。基本上，Java程式可以做的任何事情都可以用JNIEnv做到，雖然相當不容易。
例如，下面代碼把Java字串轉化為本地字串：
//C++ code
extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL Java_ClassName_MethodName
(JNIEnv *env, jobject obj, jstring javaString)
{
//Get the native string from javaString
const char *nativeString = env->GetStringUTFChars(javaString, 0);
//Do something with the nativeString
//DON'T FORGET THIS LINE!!!
env->ReleaseStringUTFChars(javaString, nativeString);
}
/*C code*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_ClassName_MethodName
(JNIEnv *env, jobject obj, jstring javaString)
{
/*Get the native string from javaString*/
const char *nativeString = (*env)->GetStringUTFChars(env, javaString, 0);
/*Do something with the nativeString*/
/*DON'T FORGET THIS LINE!!!*/
(*env)->ReleaseStringUTFChars(env, javaString, nativeString);
}
/*Objective-C code*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_ClassName_MethodName
(JNIEnv *env, jobject obj, jstring javaString)
{
/*DON'T FORGET THIS LINE!!!*/
JNF_COCOA_ENTER(env);
/*Get the native string from javaString*/
NSString* nativeString = JNFJavaToNSString(env, javaString);
/*Do something with the nativeString*/
/*DON'T FORGET THIS LINE!!!*/
JNF_COCOA_EXIT(env);
}
本地資料類型與Java資料類型可以互相對映。對於複合資料類型，如對象，陣列，字串，就必須用JNIEnv中的方法來顯示地轉換。
第2個參數obj參照到一個Java對象，在其中聲明了本地方法。
下表是Java (JNI)與本地代碼之間的資料類型對映：
| 本地類型 | Java語言的類型 | 描述 | 類型簽章（signature） |
|---|---|---|---|
| unsigned char | jboolean | unsigned 8 bits | Z |
| signed char | jbyte | signed 8 bits | B |
| unsigned short | jchar | unsigned 16 bits | C |
| short | jshort | signed 16 bits | S |
| long | jint | signed 32 bits | I |
|
long long |
jlong | signed 64 bits | J |
| float | jfloat | 32 bits | F |
| double | jdouble | 64 bits | D |
| void | V |
簽章"L fully-qualified-class ;"是由該名字指明的類。例如，簽章"Ljava/lang/String;"是類java.lang.String。帶字首[的簽章表示該類型的陣列，如[I表示整型陣列。void簽章使用V代碼。
這些類型是可以互換的，如jint也可使用 int，不需任何類型轉換。
但是，Java字串、陣列與本地字串、陣列是不同的。如果在使用char *代替了jstring，程式可能會導致JVM崩潰。
JNIEXPORT void JNICALL Java_ClassName_MethodName
(JNIEnv *env, jobject obj, jstring javaString) {
// printf("%s", javaString); // INCORRECT: Could crash VM!
// Correct way: Create and release native string from Java string
const char *nativeString = (*env)->GetStringUTFChars(env, javaString, 0);
printf("%s", nativeString);
(*env)->ReleaseStringUTFChars(env, javaString, nativeString);
}
這種情況也適用於Java陣列。下例對陣列元素求和。
JNIEXPORT jint JNICALL Java_IntArray_sumArray
(JNIEnv *env, jobject obj, jintArray arr) {
jint buf[10];
jint i, sum = 0;
// This line is necessary, since Java arrays are not guaranteed
// to have a continuous memory layout like C arrays.
env->GetIntArrayRegion(arr, 0, 10, buf);
for (i = 0; i < 10; i++) {
sum += buf[i];
}
return sum;
}
JNI環境指標(JNIEnv*)作為每個對映為Java方法的本地幔數的第一個參數，使得本地幔數可以與JNI環境互動。這個JNI介面指標可以儲存，但僅在當前線程中有效。其它線程必須首先呼叫AttachCurrentThread()把自身附加到虛擬機器以獲得JNI介面指標。一旦附加，本地線程執行就類似執行本地幔數的正常Java線程。本地線程直到執行DetachCurrentThread()把自身脫離虛擬機器。[5]
把當前線程附加到虛擬機器並取得JNI介面指標：
JNIEnv *env; (*g_vm)->AttachCurrentThread (g_vm, (void **) &env, NULL);
當前線程脫離虛擬機器：
(*g_vm)->DetachCurrentThread (g_vm);
本地代碼不僅可以與Java互動，也可以在Java Canvas繪圖，使用Java AWT Native Interface。
Microsoft實現的Java虛擬機器——Visual J++的類似的訪問本地Windows代碼的機制Raw Native Interface（RNI）。
make.sh
#!/bin/sh
# openbsd 4.9
# gcc 4.2.1
# openjdk 1.7.0
export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:.
javac HelloWorld.java
javah HelloWorld
gcc -shared libHelloWorld.c -o libHelloWorld.so
java HelloWorld
build.bat
:: Microsoft Visual Studio 2012 Visual C++ compiler
SET VC="C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio 11.0\VC"
:: Microsoft Windows SDK for Windows 7 and .NET Framework 4
SET MSDK="C:\Program Files (x86)\Microsoft SDKs\Windows\v7.1A"
:: Java 1.7.0 update 21
SET JAVA_HOME="C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.7.0_21"
call %VC%\vcvarsall.bat
javac HelloWorld.java
javah HelloWorld
%VC%\bin\cl /I%JAVA_HOME%\include /I%JAVA_HOME%\include\win32 /I%VC%\include /I%VC%\lib /I%MSDK%\Lib libHelloWorld.c /FelibHelloWorld.dll /LD
java HelloWorld
HelloWorld.java
class HelloWorld
{
private native void print();
public static void main(String[] args)
{
new HelloWorld().print();
}
static{
System.loadLibrary("HelloWorld");
}
}
HelloWorld.h
/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class HelloWorld */
#ifndef _Included_HelloWorld
#define _Included_HelloWorld
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
* Class: HelloWorld
* Method: print
* Signature: ()V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloWorld_print
(JNIEnv *, jobject);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif
libHelloWorld.c
#include <stdio.h>
#include "HelloWorld.h"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_HelloWorld_print(JNIEnv *env, jobject obj)
{
printf("Hello World!\n");
return;
}
Invocation:
$ chmod +x make.sh
$ ./make.sh
- Java AWT Native Interface
- Gluegen, a Java tool which automatically generates the Java and JNI code necessary to call C libraries from Java code
- P/Invoke, the .NET Framework method of calling native applications
- SWIG, a multilanguage interface-generator for C and C++ libraries that can generate JNI code
- Java Native Access provides Java programs easy access to native shared libraries without writing boilerplate code
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