把一个JVM嵌入到本地程序中

作者: 738bc070cd74 | 来源:发表于2016-03-04 16:06 被阅读240次

本章讲述如何把一个JVM嵌入到你的本地程序当中去。一个JVM可以看作就是一个本地库。本地程序可以链接这个库，然后通过“调用接口”（invocation interface）来加载JVM。实际上，JDK中标准的启动器也就是一段简单的链接了JVM的C代码。启动器解析命令、加载JVM、并通过“调用接口”（invocation interface）运行JAVA程序。
7.1 创建JVM
我们用下面这段C代码来加载一个JVM并调用Prog.main方法来演示如何使用调用接口。
public class Prog {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Hello World " + args[0]);
}
}
下面是启动器：

include <jni.h>

define PATH_SEPARATOR ';' /* define it to be ':' on Solaris */

define USER_CLASSPATH "." /* where Prog.class is */

main() {
JNIEnv *env;
JavaVM *jvm;
jint res;
jclass cls;
jmethodID mid;
jstring jstr;
jclass stringClass;
jobjectArray args;

ifdef JNI_VERSION_1_2

 JavaVMInitArgs vm_args;
 JavaVMOption options[1];
 options[0].optionString =
     "-Djava.class.path=" USER_CLASSPATH;
 vm_args.version = 0x00010002;
 vm_args.options = options;
 vm_args.nOptions = 1;
 vm_args.ignoreUnrecognized = JNI_TRUE;
 /* Create the Java VM */
 res = JNI_CreateJavaVM(&jvm, (void**)&env, &vm_args);

else

 JDK1_1InitArgs vm_args;
 char classpath[1024];
 vm_args.version = 0x00010001;
 JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs(&vm_args);
 /* Append USER_CLASSPATH to the default system class path */
 sprintf(classpath, "%s%c%s",
         vm_args.classpath, PATH_SEPARATOR, USER_CLASSPATH);
 vm_args.classpath = classpath;
 /* Create the Java VM */
 res = JNI_CreateJavaVM(&jvm, &env, &vm_args);

endif /* JNI_VERSION_1_2 */

 if (res < 0) {
     fprintf(stderr, "Can't create Java VM\n");
     exit(1);
 }
 cls = (*env)->FindClass(env, "Prog");
 if (cls == NULL) {
     goto destroy;
 }

 mid = (*env)->GetStaticMethodID(env, cls, "main",
                                 "([Ljava/lang/String;)V");
 if (mid == NULL) {
     goto destroy;
 }
 jstr = (*env)->NewStringUTF(env, " from C!");
 if (jstr == NULL) {
     goto destroy;
 }
 stringClass = (*env)->FindClass(env, "java/lang/String");
 args = (*env)->NewObjectArray(env, 1, stringClass, jstr);
 if (args == NULL) {
     goto destroy;
 }
 (*env)->CallStaticVoidMethod(env, cls, mid, args);

destroy:
if ((env)->ExceptionOccurred(env)) {
(env)->ExceptionDescribe(env);
}
(jvm)->DestroyJavaVM(jvm);
}
上面的代码有条件地编译一个初始化JDK1_1InitArgs这个structure。这个structure是JDK1.1下特有的，尽管JDK1.2也会支持，但JDK1.2引入了一个更通用的叫作JavaVMInitArgs的VM初始化structure。
常量JNI_VERSION_1_2在JDK1.2下定义，JDK1.1下是没有的。
当目标平台是1.1时，C代码首先调用JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs来获得默认的VM设置。这个调用会返回heap size、stack size、默认类路径等信息，并把这些信息存放在参数vm_args中。然后我们把Prog.class所在的目录附加到vm_args.classpath中。
当平台目标是1.2时，C代码创建了一个JavaVMInitArgs的structure。VM的初始化参数被存放在一个JavaVMOption数组中。
设置完VM初始化structure后，C程序调用JNI_CreateJavaVM来加载和初始化JVM，传入的前两个参数：
1、接口指针jvm，指向新创建的JVM。
2、当前线程的JNIEnv接口指针env。本地代码通过env指针访问JNI函数。
当函数JNI_CreateJavaVM函数成功返回时，当前本地线程已经把自己的控制权交给JVM。这时，它会就像一个本地方法一样运行。以后就可以通过JNI函数来启动Prog.main方法。
接着，程序调用DestroyJavaVM函数来unloadJVM。不幸的是，在JDK1.1和JDK1.2中你不能unloadJVM，它会一直返回一个错误码。
运行上面的程序，产生如下输出：
Hello World from C!
7.2 把本地程序和JVM链接在一起
通过调用接口，你可把invoke.c这样的程序和一个JVM链接到一起。怎么样链接JVM取决于本地程序是要和一个特定的VM一起工作，还是要和多个具体实现方式未知的不同VM一起工作。
7.2.1 和一个己知的JVM链接到一起
这种情况下，你可以把你的本地程序和实现了JVM的本地库链接在一起。编译链接成功后，你就可以运行得到的可执行文件。运行时，你可能会得到一个错误信息，比如“无法找到共享库或者动态链接库”，在Windows下，错误信息可能会指出无法发现动态链接库javai.dll（JDK1.1）或者jvm.dll（JDK1.2），这时，你需要把DLL文件加载到你的PATH环境变量中去。
7.2.2 和未知的多个JVM链接到一起
这种情况下，你就不能把本地程序直接和一个特定的库链接在一起了。比如，JDK1.1的库是javai.dll，而JDK1.2的库是jvm.dll。
解决方案是根据本地程序的需要，用运行时动态链接来加载不同的VM库。例如，下面的win32代码，根据给定的VM库的路径找到JNI_CreateJavaVM函数的入口。
LoadLibrary和GetProcAddress是Win32平台上用来动态链接的API。虽然LoadLibrary可以实现了JVM的本地库的名字（如“jvm”）或者路径（如“C:\jdk1.2\jre\bin\classic\jvm.dll”）。最好把本地库的绝对路径传递给JNU_FindCreateJavaVM，让LoadLibrary去搜索jvm.dll，这样程序就不怕环境变量被改变了。
7.3 附加本地线程
假设，你有一个用C写的服务器这样的多线程程序。当HTTP请求进来的时候，服务器创建许多本地线程来并行的处理HTTP请求。为了让多个线程可以同时操作JVM，我们可能需要把一个JVM植入这个服务器。
图7.1 把JVM嵌入WEB服务器
服务器上的本地方法的生命周期一般会比JVM要短，因此我们需要一个方法把本地线程附加到一个已经在运行的JVM上面，然后在这个本地方法中进行JNI调用，最后在不打扰其它连接到JVM上的线程的情况下把这个本地线程和JVM分离。
下面这个例子中，attach.c演示了怎么样使用调用接口（invocation interface）把本地线程附加到VM上去，这段程序使用的是Win32线程API。
/ Note: This program only works on Win32 */

include <windows.h>

include <jni.h>

JavaVM jvm; / The virtual machine instance */

define PATH_SEPARATOR ';'

define USER_CLASSPATH "." /* where Prog.class is */

void thread_fun(void *arg)
{
jint res;
jclass cls;
jmethodID mid;
jstring jstr;
jclass stringClass;
jobjectArray args;
JNIEnv env;
char buf[100];
int threadNum = (int)arg;
/ Pass NULL as the third argument */

ifdef JNI_VERSION_1_2

 res = (*jvm)->AttachCurrentThread(jvm, (void**)&env, NULL);

else

 res = (*jvm)->AttachCurrentThread(jvm, &env, NULL);

endif

 if (res < 0) {
    fprintf(stderr, "Attach failed\n");
    return;
 }
 cls = (*env)->FindClass(env, "Prog");
 if (cls == NULL) {
     goto detach;
 }
 mid = (*env)->GetStaticMethodID(env, cls, "main", 
                                 "([Ljava/lang/String;)V");
 if (mid == NULL) {
     goto detach;
 }
 sprintf(buf, " from Thread %d", threadNum);
 jstr = (*env)->NewStringUTF(env, buf);
 if (jstr == NULL) {
     goto detach;
 }
 stringClass = (*env)->FindClass(env, "java/lang/String");
 args = (*env)->NewObjectArray(env, 1, stringClass, jstr);
 if (args == NULL) {
     goto detach;
 }
 (*env)->CallStaticVoidMethod(env, cls, mid, args);

detach:
if ((env)->ExceptionOccurred(env)) {
(env)->ExceptionDescribe(env);
}
(*jvm)->DetachCurrentThread(jvm);
}

main() {
JNIEnv *env;
int i;
jint res;

ifdef JNI_VERSION_1_2

 JavaVMInitArgs vm_args;
 JavaVMOption options[1];
 options[0].optionString =
     "-Djava.class.path=" USER_CLASSPATH;
 vm_args.version = 0x00010002;
 vm_args.options = options;
 vm_args.nOptions = 1;
 vm_args.ignoreUnrecognized = TRUE;
 /* Create the Java VM */
 res = JNI_CreateJavaVM(&jvm, (void**)&env, &vm_args);

else

 JDK1_1InitArgs vm_args;
 char classpath[1024];
 vm_args.version = 0x00010001;
 JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs(&vm_args);
 /* Append USER_CLASSPATH to the default system class path */
 sprintf(classpath, "%s%c%s",
         vm_args.classpath, PATH_SEPARATOR, USER_CLASSPATH);
 vm_args.classpath = classpath;
 /* Create the Java VM */
 res = JNI_CreateJavaVM(&jvm, &env, &vm_args);

endif /* JNI_VERSION_1_2 */

if (res < 0) {
fprintf(stderr, "Can't create Java VM\n");
exit(1);
}
for (i = 0; i < 5; i++)
/* We pass the thread number to every thread */
_beginthread(thread_fun, 0, (void )i);
Sleep(1000); / wait for threads to start /
(jvm)->DestroyJavaVM(jvm);
}
上面这段attach.c代码是invoke.c的一个变形。与在主线程中调用Prog.main不同，本地代码开启了五个线程。开启线程完成以后，它就会等待1秒钟让线程可以运行完毕，然后调用DestroyJavaVM来销毁JVM。而每一个线程都会把自己附加到JVM上面，然后调用Prog.main方法，最后断开与JVM的连接。
JNI_AttachCurrentThread的第三个参数需要传入NULL。JDK1.2引入了JNI_ThreadAttachArgs这个structure。它允许你向你要附加的线程传递特定的信息，如线程组等。JNI_ThreadAttachArgs这个structure的详细描述在13.2节里面，作为JNI_AttachCurrentThread的规范的一部分被提到。
当程序运行函数DetachCurrentThread时，它释放属于当前线程的所有局部引用。
运行程序，输出如下：
Hello World from thread 1
Hello World from thread 0
Hello World from thread 4
Hello World from thread 2
Hello World from thread 3
上面这些输出根据不同的线程调试策略，可能会出现不同的顺序。

把一个JVM嵌入到本地程序中

include <jni.h>

define PATH_SEPARATOR ';' /* define it to be ':' on Solaris */

define USER_CLASSPATH "." /* where Prog.class is */

ifdef JNI_VERSION_1_2

else

endif /* JNI_VERSION_1_2 */

include <windows.h>

include <jni.h>

define PATH_SEPARATOR ';'

define USER_CLASSPATH "." /* where Prog.class is */

ifdef JNI_VERSION_1_2

else

endif

ifdef JNI_VERSION_1_2

else

endif /* JNI_VERSION_1_2 */

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