在Java编程的广阔天地中，与本地代码（如C/C++）的互操作一直是一个重要而复杂的议题。传统的Java Native Interface（JNI）虽然提供了这一能力，但其复杂的实现和潜在的性能瓶颈让开发者们倍感头疼。然而，随着JDK 22的发布，这一切都将发生翻天覆地的变化。其中，外部函数和内存API（Foreign Function & Memory API，简称FFM API）的引入，被誉为JNI的终结者，它不仅简化了Java与本地代码的互操作，还在性能和安全性上实现了双提升。
JNI的局限与挑战
JNI自Java诞生之初便存在，它允许Java代码调用本地应用程序接口（API）和访问本地库。然而，JNI的使用并非易事。开发者需要编写复杂的本地代码，处理数据类型转换和内存管理，同时还需要面对平台兼容性和安全性的挑战。此外，JNI的调用通常伴随着较高的性能开销，因为它需要在Java和本地代码之间进行频繁的上下文切换。
FFM API：JNI的优雅替代
JDK 22引入的外部函数和内存API，旨在提供一种更加简洁、高效且安全的方式来替代JNI。FFM API为Java程序提供了一套纯Java的接口，用于直接调用本地函数和访问外部内存。这一改变不仅简化了代码编写，还减少了性能开销，提高了安全性。
性能提升
FFM API通过优化本地函数调用的过程，减少了Java和本地代码之间的上下文切换次数，从而降低了调用开销。此外，它还提供了对现代硬件SIMD（单指令多数据）指令集的支持，使得向量计算等高性能操作得以在Java中轻松实现。这些改进使得Java程序在处理大规模数据和复杂计算时，能够获得与本地代码相媲美的性能。
安全性增强
与JNI相比，FFM API在安全性方面进行了全面升级。它提供了更加严格的类型检查和内存管理机制，减少了因类型不匹配或内存泄漏等问题导致的程序崩溃和安全问题。此外，FFM API还支持对外部函数的调用进行细粒度的权限控制，进一步提高了程序的安全性。
示例展示
以下是一个使用FFM API调用C库中的strlen函数来计算字符串长度的示例：
// 假设已经通过某种方式加载了C库中的strlen函数
var strlenFunc = MemorySegment.ofNativeFunction(
CLinker.getInstance().downcallHandle(
CLinker.C_LIBRARY_NAME, "strlen",
MethodType.methodType(long.class, MemoryAddress.class)
),
MethodHandles.lookup()
);
// 创建一个包含字符串的MemorySegment
var stringSegment = MemorySegment.allocateNative(100);
stringSegment.copyFrom(Charset.defaultCharset().encode("Hello, World!"));
// 调用strlen函数并获取结果
long length = strlenFunc.invokeExact(stringSegment.address());
System.out.println("String length: " + length);
在这个示例中，我们使用了FFM API来加载和调用C库中的strlen函数。与JNI相比，代码更加简洁且易于理解。同时，由于FFM API提供了对内存和函数调用的直接支持，因此性能也得到了显著提升。
