一. JNI简介
JNI是Java Native Interface的缩写, 它是一套实现了Java和其他语言通信(主要是C&C++)的的接口.
如果在不同的平台, java程序可以通过jvm成功运行, 但是一旦使用了JNI, 就会丧失这种平台移植性, 简单说就是如果有一套基于某个平台(如Windows 64位)的C语言程序, 然后使用JNI让其与一个java程序绑定, 那么这个java程序就只能跑在64位的windows系统上了. 在32位的windows, linux和android以及其他平台都用不了了. 即使强行编译过然后再其他平台跑起来了, 执行到native方法的时候也会报错.
二. 文章目的以及学习方向
本文主要用于帮助初次接触JNI的同学成功编写一个JNI的Hello World程序.
由于JNI是一个很深入的知识, 每个平台编译动态库的方式也不一样, 笔者也是刚开始接触这方面的知识, 所以就先从最基础的Windows平台的动态库开始学习(也是因为使用起来很简单, 不需要其他设备, 一台电脑即可完成调试), 然后将JNI的基本知识了解一些以后 (也顺便提升一下大学以后就基本没用过的C语言的水平), 再开始进行Android平台的JNI编程.
三. 环境搭建
Intellij IDEA, JDK11, MinGW64, Win10 64位.
download_MinGW.png
四. 步骤详解(笔者每一步都进行了一次提交, 以便于理解流程)
1. 创建一个新的Java工程, 并创建主类. (Init Win10 64bit JNI demo.)
2. 创建一个类用于声明JNI方法并在主类中进行调用, 这里由于只要实现Hello World功能, 所以无需参数和返回值.(Create class, declare methods and invoke them.)
3. 使用jdk生成与声明对应的JNI lib的头文件(Build header file):
1. jdk version <= 8:
首先将声明jni方法的java文件编译出对应的class文件, 在我的demo中, 就是NativeMethods.java
随后执行下面的语句
javah -jni -cp out\production\Win64JNI\ -d jni\ com.jayson.jni.windows.NativeMethods
执行结束后, 就可以在Win64JNI\jni\下看到头文件了.
命令详解
-jni: 说明是要使用jni的模式
-cp: 指定classpath
-d: 文件输出路径
注意: 最后指明需要编译的头文件的全类名, 由于使用的是idea执行build生成的.class文件, 所以文件路径其实为 Win64JNI\out\production\Win64JNI\com\jayson\jni\windows\NativeMethods.class. 配置classpath参数的时候, 配置到工程名即可, 不要进入到包名下, 如果classpath设置为out\production\Win64JNI\com\ 或是其他的, 会导致生成头文件失败.
2. jdk version >= 10:
由于jdk10以上, 将javah工具集成进了java中, 只需要配置命令即可使用功能, 并且将编译与生成头文件合并了, 一行命令完成了编译java文件为class和将class生成对应的头文件两个操作.
javac -h jni\ -d out\classes\ src\com\jayson\jni\windows\NativeMethods.java
执行结束后, 就可以在Win64JNI\jni\ 路径下看到生成的头文件了.
命令详解
-h: 表示要使用将javac编译出来的.class文件生成对应的.h头文件, 并指定.h文件的输出路径
-d: 指定.class文件的输出路径
注意:
1. 笔者直接使用的idea的Terminal命令窗口进行的操作, 也就是所有操作的根路径都是我项目的根路径:E:\Projects\Study\Win64JNI>
2. 笔者的java环境配置的是jdk11, 所以没有准备jdk8的截图.
create_header_before.png
create_header_after.png
4. 创建JNI方法的具体实现(Implement jni method):
1. 在Win64JNI\jni\ 路径下创建一个C文件 jayson.c, 并添加需要用到的头文件.
c_include.png
2. 将头文件中的方法声明复制到jayson.c中并进行实现.
header_method.png
c_method.png
这里有几个细节要注意:
1. 由于只是实现Hello World功能, 所以JNIEnv和jclass, jobject三个参数类型暂时不需要了解, 只要知道它们将来会有用就好了.
2. 头文件的方法声明最后有个分号, 如果不注意就在最后添加方法体, 那么最后很可能不是添加了方法体而是仅仅添加了一个代码块, 所以这里要细心的把那个分号删除掉.
3. 头文件的方法声明只有形参的类型, 没有形参的变量名以及方法体, 所以需要手动增加形参名称和方法体.
5. 编译生成windows 64bit对应的动态链接库(Build dll)
执行命令:
gcc -I"D:\Develop\Environment\jdk-11.0.3\include" -I"D:\Develop\Environment\jdk-11.0.3\include\win32" -shared -o jni\jni_lib.dll jni\jayson.c
然后就可以在 Win64JNI\jni\ 目录下看到 jni_lib.dll 了
命令参数详解:
-I: 表示将D:\Develop\Environment\jdk-11.0.3\include目录作为第一个寻找头文件的目录，寻找的顺序是: D:\Develop\Environment\jdk-11.0.3\include-->/usr/include-->/usr/local/includ.
-shared: 标识要生成共享库, 这里也就是指动态库.
-o: 输出文件的路径, 上面的命令标识编译输出为 Win64JNI\jni\ 路径下的 jni_lib.dll 文件.
6. 执行主方法
由于笔者使用的是IDEA直接执行main方法, 没有使用命令行, 所以执行和配置都按着IDEA环境来.
如果直接执行main方法, 会报出一个错误UnsatisfiedLinkError, 这个错误的意思是动态库链接失败, 也就是没有找到咱们生成的jni_lib.dll, 这时候需要手动配置一下, 在IDEA的菜单栏找按如下顺序点开对话框 Run -> Edit Configurations... , 然后在VM options那一栏添加放置动态库的路径, 如示例工程则是-Djava.library.path=E:\Projects\Study\Win64JNI\jni. 这时候再去执行一下main方法, 即可成功输出在c文件中打印的日志了.
UnsatisfiedLinkError.png
configurations.png
vm_options.png
success.png
五. 案例项目地址
六. 我遇到的一些问题
1. 运行后报错: 不是有效的win32程序:
一开始查找资料都说卸载sdk后就可以解决问题, 但是我尝试了这种方法后发现问题仍然存在, 所以分析问题可能出现的原因.
由于代码原本是可以执行的, 但是经过某次操作我卸载了1.8的jdk换成jdk10以后重新生成动态库, 就出现了这个问题.
所以定位到这个问题是由于动态库与环境不匹配导致的, 不需要大张旗鼓的修改环境变量等. 由于咱们使用的是MinGW64, 支持交叉编译, 所以只需要在编译命令上加上 -m64 参数即可, 示例如下:
gcc -m64 -I"D:\DevEnvironment\Java\jdk_10\include" -I"D:\DevEnvironment\Java\jdk_10\include\win32" -shared -o jni\Jayson.dll jni\JaysonJni.c
另外, 如果是想编出来32位的动态库, 那么编译命令则是加上 -m32.
2. 卸载jdk后命令行输入java -verison仍然显示原来的版本
这个问题是由于没有卸载干净引起的, 手动删除掉C:\Windows\System32\ 目录下的java.exe, javaw.exe, javaws.exe三个文件即可.
问题产生的原因: 在安装新的JDK时, 会将java.exe, javaw.exe, javaws.exe三个可执行文件复制到了C:\Windows\System32目录, 这个目录在WINDOWS环境变量中的优先级高于JAVA_HOME设置的环境变量优先级, 所以要将这个目录中这三个文件删除.
如果没有在C:\Windows\System32目录下找到对应的文件, 那么文件可能会是在C:\ProgramData\Oracle\Java\javapath目录下, 在这个目录下找到对应的删除掉即可.
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