IntelliJ IDEA平台下JNI编程(一)—HelloWorld篇

简介: IntelliJ IDEA平台下JNI编程(一)—HelloWorld篇

IntelliJ IDEA平台下JNI编程(一)—HelloWorld篇


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JNI(Java Native Interface),出于学习JNI的目的,为了能够更方便快速地运行程序。本文的是在IDEA中进行,而不在AndroidStudio,这样能够对NDK的工作过程有个更深刻的认识,同时也能对JNI的原理有更深的理解。虽然本文是HelloWorld篇,但是其中涉及到很多内容。博主将遇到的坑都记录下来了,希望能够帮到大家。这篇文章可能是2016年的最后一篇文章了,接下来JNI相关系列文章明年推出,欢迎大家关注。

1. 搭建GCC编译环境

既然使用的了JNI,那就不可避免地需要将C/C++文件编译成dll(windows)或so(Linux)文件。因为我是在Windows平台下开发,可以有如下选择:

使用VC(或VS)编译成dll

使用GCC编译成dll

因为开发Android应用肯定是需要编译成Linux平台的so文件,因此,为了后面开发Android程序的兼容,使用GCC编译器比较好。而Windows平台下的GCC又可以有如下选择:

使用MinGW

使用Cygwin

这里我选择了MinGW,不管选择哪个,只要能让本地有GCC编译环境即可。

注意:搭建GCC编译环境时,一定要选择正确的GCC编译版本(32位和64位)。如果你本地安装的JDK是64位的,那么选择64位GCC,否则选择32位。这是为了使得编译后的库文件跟JVM的位一致,否则后面JVM无法调用dll(或so)。

1.1 安装MinGW

安装MinGW的方法很多,可以前往https://sourceforge.net/projects/mingw/files/MinGW/Base/gcc/ 中自己选择需要的包。老实说,我也不是很清楚哪些包需要下载,没花时间研究,感兴趣的自己研究一些各个包的功能。不过这里有个安装教程https://github.com/cpluspluscom/ChessPlusPlus/wiki/MinGW-Build-Tutorial按照这里的方法安装就可以。

另外,针对64位的,这里https://nuwen.net/mingw.html提供了完整的压缩包,直接下载https://nuwen.net/files/mingw/mingw-14.1.exe运行。如下:

微信图片_20221214191823.png

其本质也是解压缩,把需要的MinGW库和程序解压到指定目录。如果懒的去看英文,我这里将我解压后的重新压缩了下,大家去下载并且解压即可直接使用。

链接: https://pan.baidu.com/s/1slpQrrJ

密码: fykw

解压完成后,刚才指定的解压目录中的bin加入到path环境变量中。例如上面图中解压到E:\MinGw,那么应当将E:\MinGw\bin加入到环境变量path中。注意,请确保bin目录确实在E:\MinGw中,如果不在,可能在更深一层目录中,自行确定bin的目录。

做完后,打开控制台,输入:gcc -v,如下:

C:\Users\NetLab\Desktop>gcc -v
Using built-in specs.
COLLECT_GCC=gcc
COLLECT_LTO_WRAPPER=e:/mingw/bin/../libexec/gcc/x86_64-w64-mingw32/6.3.0/lto-wrapper.exe
Target: x86_64-w64-mingw32
Configured with: ../src/configure --enable-languages=c,c++ --build=x86_64-w64-mingw32 --host=x86_64-w64-mingw32 --target=x86_64-w64-mingw32 --disable-multilib --prefix=/c/temp/gcc/dest --with-sysroot=/c/temp/gcc/dest --disable-libstdcxx-pch --disable-nls --disable-shared --disable-win32-registry --enable-checking=release --with-tune=haswell
Thread model: win32
gcc version 6.3.0 (GCC)

2. 开始编码

2.1 编写Java文件

新建一个Java Project,创建包com.huachao.java,如下:

微信图片_20221214191828.png

在包com.huachao.java下编写HelloJNI类:

package com.huachao.java;
/**
 * Created by HuaChao on 2016/12/29.
 */
public class HelloJNI {
    static {
        // hello.dll (Windows) or libhello.so (Unixes)
        System.loadLibrary("hello");
    }
    private native void sayHello();
    public static void main(String[] args) {
        new HelloJNI().sayHello();  // invoke the native method
    }
}

函数System.loadLibrary()是加载dll(windows)或so(Linux)库,只需名称即可,无需加入文件名后缀(.dll或.so)。native关键字将函数sayHello()声明为本地函数,由C/C++实现。具体的实现就在hello.dll(Windows平台)或hello.so(Linux平台)中

2.2 生成JNI头文件

2.2.1 手动输入javah指令

JNI生成头文件是通过JDK中提供的javah来完成,javah在 {JDKHome}/bin目录中。用法如下:

javah -jni -classpath (搜寻类目录) -d (输出目录) (类名)

例如,将E:\Porject\out\com\huachao\java目录中的HelloJNI.class生成头文件,并放入到E:\Project\jni中:

javah -jni -classpath  E:\Porject\out\com\huachao\java -d E:\Project\jni  com.huachao.java.HelloJNI.java

需要注意的是,使用javah来生成头文件(.h)时,-classpath指定的是编译后的java文件(.class)的目录,而不是源文件(.java)的目录,因此在使用javah指令之前,先build一下项目(或直接运行一下)。此时会生称out目录,所有编译后的文件都会存放在这个目录中。


微信图片_20221214191832.png


接下来,直接在IDEA的Terminal窗口运行javah:


微信图片_20221214191840.png


此时在jni目录中生成了头文件com_huachao_java_HelloJNI.h


微信图片_20221214191843.png


内容如下:

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class com_huachao_java_HelloJNI */
#ifndef _Included_com_huachao_java_HelloJNI
#define _Included_com_huachao_java_HelloJNI
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
 * Class:     com_huachao_java_HelloJNI
 * Method:    sayHello
 * Signature: ()V
 */
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_huachao_java_HelloJNI_sayHello
  (JNIEnv *, jobject);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

接下来我们只需实现Java_com_huachao_java_HelloJNI_sayHello(JNIEnv *, jobject)即可。仔细观察就会发现这个函数名称是有规律的,即Java_<包>_<类名>_<函数名>,JNIEXPORT和JNICALL这两个宏定义暂时不用管。JNIEnv 和jobject后面系列文章会详细介绍,这里暂时不理会。

2.2.2 一键生成头文件

在2.2.1小节中,介绍了输入javah生成头文件方法。但是如果目录层次很深,或者是有多个需要生成头文件的class文件,这工作量太大了,当然你可以通过写个小程序来实现。但是这里有个更便捷的方法。点击File>Settings>Tools>External Tools:

微信图片_20221214191848.png

添加一个先的External Tools:

微信图片_20221214191852.png

在HelloJNI.java文件中点击右键>External Tools>Generate Header File

微信图片_20221214191855.png

点击生成,可以看到Terminal窗口会自动运行指令。跟2.2.1小节的指令一模一样。

3. 编写C文件并编译成dll(或so)文件

3.1 手动输入命令生成

在jni目录中新建HelloJNI.c文件,如下:

微信图片_20221214191859.png

编辑HelloJNI.c如下:

#include<jni.h>
#include <stdio.h>
#include "com_huachao_java_HelloJNI.h"
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_huachao_java_HelloJNI_sayHello(JNIEnv *env, jobject thisObj) {
   printf("Hello World!\n");
   return;
}

接下来就是使用GCC对HelloJNI.c编译,在Terminal窗口输入如下:

E:\workspace\StudyJNI>gcc -c jni/HelloJNI.c
jni/HelloJNI.c:1:17: fatal error: jni.h: No such file or directory
 #include <jni.h>

发现报错,找不到jni.h头文件,将JDK目录中的include目录加入,即为:

E:\workspace\StudyJNI>gcc -c -I"E:\JDK\include" jni/HelloJNI.c
In file included from jni/HelloJNI.c:1:0:
E:\JDK\include/jni.h:45:20: fatal error: jni_md.h: No such file or directory
compilation terminated.

又报找不到jni_md.h错误,继续将JDK目录中的include/win32加入,即:

gcc -c -I"E:\JDK\include" -I"E:\JDK\include\win32" jni/HelloJNI.c

完成编译。此时在项目中会生成HelloJNI.o文件。接下来是将HelloJNI.o转为HelloJNI.dll,即转为windows平台下的动态链接库。在Terminal中输入如下:

gcc -Wl,--add-stdcall-alias -shared -o hello.dll HelloJNI.o

此时项目目录中生成了hello.dll文件:

微信图片_20221214191903.png

3.2 一键生成dll

有了前面使用External Tools一键生成头文件的经验后,我们可以将编译成dll的过程命令也加入到External Tools中。前面将c文件编译链接成dll文件分了2个命令,这里我们直接通过一个命令来完成:

gcc -Wl,--add-stdcall-alias -I"E:\JDK\include" -I"E:\JDK\include\win32" -shared -o ./lib/hello.dll ./jni/HelloJNI.c

这样就将c文件编译成了dll,在这里把生成的dll文件加入到了lib目录中,而不是像之前那直接放到项目底下。因此在java.library.path应该指定目录为lib。

有了上面的命令后,可以很轻松的加入到External Tools中了。按照前面的方法,点击File>Settings>Tools>External Tools>+,输入内容如下:

name:Generate DLL

Program:<GCC路径>

Parameters:-Wl,--add-stdcall-alias -I"$JDKPath$\include" -I"$JDKPath$\include\win32" -shared -o ./lib/$FileNameWithoutExtension$.dll ./jni/$FileNameWithoutExtension$.c

Working Directory:$ProjectFileDir$微信图片_20221214191908.png


在HelloJNI.c中点击右键,选择External Tools>Generate DLL。此时,在lib目录中会得到dll文件。

4. 运行

运行HelloJNI.java类后,如下:

微信图片_20221214191911.png

5 可能出现的错误

5.1 java.library.path找不到dll的错误

此时,点击直接运行HelloJNI.java类时,依然还会有错误:

Exception in thread "main" java.lang.UnsatisfiedLinkError: no hello in java.library.path
    at java.lang.ClassLoader.loadLibrary(ClassLoader.java:1867)
    at java.lang.Runtime.loadLibrary0(Runtime.java:870)
    at java.lang.System.loadLibrary(System.java:1122)
    at com.huachao.java.HelloJNI.<clinit>(HelloJNI.java:8)
    at java.lang.Class.forName0(Native Method)
    at java.lang.Class.forName(Class.java:264)
    at com.intellij.rt.execution.application.AppMain.main(AppMain.java:123)
Process finished with exit code 1

即找不到我们生成的dll文件。因为在Windows中JVM的java.library.path属性即为环境变量Path指定的目录,而我们生成的dll并未放入到Path指定的任何一个目录中,因此我们需要告诉JVM,dll文件在哪个目录中。点击Run > Edit Configurations...,如下:

在VM options中加入java.library.path,指定dll(或so)文件所在的目录,比如本文中dll放在项目目录中的lib中,如下:

-Djava.library.path=E:\workspace\StudyJNI\lib

如下图所示:

微信图片_20221214191919.png

5.2 无法识别__int64类型错误

错误如下:

 error: unknown type name '__int64'
 typedef __int64 jlong;
         ^

出现这个错误的人一般是使用Cygwin GCC的人,这是因为Cygwin GCC不认识__int64类型,找到<JDK_HOME>/include/win32/jni_md.h,找到typedef __int64 jlong;并修改为:

#ifdef __GNUC__
typedef long long jlong;
#else
typedef __int64 jlong;
#endif

或者是编译时将__int64加入,如下:

> gcc-3 -D __int64="long long" -mno-cygwin -Wl,--add-stdcall-alias 
  -I"<JAVA_HOME>\include" -I"<JAVA_HOME>\include\win32" -shared -o hello.dll HelloJNI.c

5.3 64-bit mode not compiled

错误如下:

HelloJNI.c:1:0: sorry, unimplemented: 64-bit mode not compiled in
 #include <jni.h>

出现这个错误是因为,JDK版本是64位,而GCC编译器编译出的dll(或so)是32位,只需换个64位版本的GCC即可。

参考资料

https://www3.ntu.edu.sg/home/ehchua/programming/java/JavaNativeInterface.html#zz-3.

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

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