Java关键字(二)——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。

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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。

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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

public class HelloJNI {
    //native 关键字告诉 JVM 调用的是该方法在外部定义
    private native void helloJNI();
    
    static{
        System.loadLibrary("helloJNI");//载入本地库
    }
    public static void main(String[] args) {
        HelloJNI jni = new HelloJNI();
        jni.helloJNI();
    }

}

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：

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二、使用 javac 命令编译所编写的java类，生成.class文件

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执行上述命令后，生成 HelloJNI.class 文件：

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

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

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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：

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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

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最后运行 HelloJNI：输出 Hello JNI! 大功告成。

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4、JNI调用C的流程图

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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