JNI技术规范 - 第一章 介绍

目录

第一章 介绍
第二章 设计机制
第三章 JNI类型和数据结构
第四章 JNI函数(1)
第四章 JNI函数(2)
第四章 JNI函数(3)
第四章 JNI函数(4)
第五章 Invocation API

前言

因为目前市面上关于JNI的中文资料都比较分散，且不太全面和深入，因此在学习JNI的过程中，主要针对目前最新版的JNI 6.0官方技术文档进行理解性的翻译，并根据JVM源码和网上各方面资料穿插一些个人的理解内容，整理并形成这份中文版JNI技术指南。若有翻译或理解不当之处，望指出。

英文版官方文档《Java Native Interface 6.0 Specification》请查阅：

http://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/guides/jni/spec/jniTOC.html

除了此文档之外，更多关于JNI的知识，可以查阅Sheng Liang在1999年出版的：

《The Java Native Interface: Programmer's Guide and Specification》一书。

本文档的大多数内容该书都涉及到了，并还有一些补充知识和例子。Sheng Liang博士曾是SUN公司JVM团队的主要开发者之一，耶鲁大学计算机博士。

另外需要注意的是本文中的大部分内容基于官方文档的翻译内容，但中间穿插了一些个人理解性的内容，这些内容并非官方文档的一部分，仅是个人对于文档的理解，因为可能会存在理解不当的地方，所以这部分在文中都会进行特别标注或说明，避免对读者造成任何误导。

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之所以对此文档进行如此细致的研读工作，主要是因为JNI的相关文档并不多，特别是中文资料，而这份英文的官方技术规范是目前市面上最权威也是最全面的文档，研读此文档有助于对于JNI知识有一个比较全面而深入的了解。而且因为这份文档包含了所有的JNI函数方法，因此也有参考手册的作用，今后在使用JNI技术的过程中也可查阅本文档以作参考。

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第一章 介绍

1.1 JNI简介

JNI全称为Java Native Interface. 它可以简单理解为是本地方法的接口，即允许在Java虚拟机里面的Java代码可以和如C，C++等其他底层语言进行交互（即可互相调用）。

一般情况下，当你无法用纯Java来实现需求的时候，就需要使用JNI来用底层语言编写的本地方法来满足这些该需求。

例如以下的几种场景可能需要用到JNI：

• Java库无法提供基于平台系统相关特性的功能，如平台特有的功能或接口等。
• 已经用其他语言写好的库，需要用Java调用，而不想重现编码，而想直接复用它们。
• 希望实现一部分时间和性能要求都很高的逻辑，需要用底层语言来编写，如视频图片处理，游戏逻辑等。

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使用JNI，你可以使用本地方法来：

• 创造，交互，更新Java对象（包括array和string）
• 调用Java方法。
• catch或抛出异常。
• 载入Java Class，获取class信息。
• 执行运行时类型检查（runtime type checking）

当你使用JNI的 Invocation API 可以允许任何本地应用内嵌Java虚拟机，这允许程序员非常简单的可以使已经写好的程序变成 Java-enabled , 而不需要链接到虚拟机源码。

当然你还可以使用JNI来使得Java方法可以直接调用本地方法。本地方法也可以调用Java方法。

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1.2 历史背景

历史上存在过不同本地方法接口的实现，各自不同，这使得开发者不得不编写，维护和发布多种不同的版本。

简单的回顾一下一些存在过的本地方法接口：

• JDK 1.0内置的 native method interface
• 网景的 Java Runtime Interface
• 微软的 Raw Native Interface and JAVA/COM interface

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JDK 1.0内置的Native Method Interface

在JDK 1.0的时候旧内置了一套native method interface的机制，但不幸的是，因为两个主要的原因使得其他Java虚拟机不适合接受它们。

1. 首先，本地方法像访问C里面的结构体(structures)的成员一样去访问Java对象里的字段，但是Java语言规范里面又没有定义对象如何在内存中放置。如果Java虚拟机以不同的方式来放置这些对象，则开发者则必须重新编译本地代码库来适应它们。
2. 第二的问题，JDK 1.0的native method interface依赖于一个保守的垃圾收集器（GC）。可以无限制的使用 unhand 指令，例如 made it necessary to conservatively scan the native stack.

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网景的 Java Runtime Interface

网景曾经提出 Java Runtime Interface(JRI), 一个由Java虚拟机提供的通用接口服务。JRI的设计考虑到了移植性--它对基础Java虚拟机的实现做了很少的假设。JRI讨论了大量的问题，包括本地方法，调试，反射，内嵌等问题。

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微软的 Raw Native Interface and Java/COM Interface

微软的Java虚拟机提供两种native method interface。

在底层，它提供一个高效的 Raw Native Interface（RNI）。RNI提供高级和JDK 1.0提供的native method interface, 但由一个重要的区别在于，本地方法不必依赖于保守的垃圾回收，而是必须使用RUN提供的函数来和垃圾回收器进行明确的交互。

在上层，微软的Java/COM接口为Java虚拟机提供与语言无关的标准二进制接口。Java代码可以像使用Java对象一样使用COM对象。一个Java类也可以作为COM类暴露给系统的其他部分。

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1.3 JNI的目标

JNI的目标就是提供一套统一的，考虑充分的标准接口来为大家提供好处：

• 所有Java虚拟机都支持大量的本地代码。
• 工具开发者不需要维护多种不同的本地方法接口。
• 应用开发者可以只写一个版本的本地代码，并且可以在不同的Java虚拟机上正常运行。

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标准的统一的本地方法接口应该满足一下几点要求：

• 二进制的兼容性。主要目的是提供本地方法库访问在所有平台上实现的Java虚拟机的二进制兼容性。
• 高效性。为了支持性能要求高的代码，本地方法接口必须执行很少的开销。所有已知的技术在确保Java虚拟机的独立性（以及二进制的兼容性）一定会带来一定的开销。所有必须以某种方法再效率和虚拟机独立性之间寻求平衡点。
• 功能性。接口必须暴露足够的Java虚拟机内部，来允许本地方法来访问它们以完成有用的任务。

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1.4 Java Native Interface Approach

我们希望采用现有的方法之一作为标准的JNI接口，因为这将减小程序员的学习负担。 不幸的是，现有的解决方案不是太令人满意。

网景的 JRI 是最接近于我们想要实现的JNI接口，并作为了我们设计新的JNI接口的起点。熟悉JRI的读者会接近新的JNI接口命名，使用方法或成员域的ID，布局和全局变量等概念和JRI十分相似。尽管我们尽了最大努力，JNI也没有完全兼容JRI。

TODO

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1.5 使用JNI编程

本地方法的开发者可以使用JNI编程。使用个JNI编程可以使你免受未知的问题困扰。只要通过满足JNI标准，你就有能力和机会来在Java虚拟机上运行一个本地库。

如果你正在实现一个Java虚拟机，也应该去实现JNI标准，JNI已经经过时间充分的测试，并确保不会对于实现一个Java虚拟机造成任何过多的开销和限制，包括对象申明，垃圾回收等。如果有任何问题造成额外的开销，可以联系Java标准团队。

1.6 历史版本更改

在 Java SE 6.0里，废弃的 JDK1_1InitArgs 和 JDK1_1AttachArgs 已经被移除，却而代之的是 JavaVMInitArgs 和 JavaVMAttachArgs 。

第二章 设计机制