JNI
JNI即Java Native Interface，它能在Java层实现对本地方法的调用，一般本地的实现语言主要是C/C++，其实从虚拟机层面来看JNI挺好理解，JVM主要使用C/C++ 和少量汇编编写，在执行Java字节码时如果遇到有某个方法标明为Native的则从JVM中找到对应的C/C++函数，一般本地方法对应的函数会被注册到JVM中。
使用JNI能让Java与本地语言交互，但一般也意味着丧失了跨平台性，而有些场合会使用。比如标准的Java特性不符合你的需求时，比如在性能要求很高的某段逻辑。
从一个例子说起
- 编写一个Java类提供本地加密的方法，其中加密方法为本地方法，实现是在ByteCodeEncryptor动态库。
package com.seaboat.bytecode;
public class ByteCodeEncryptor {
static{
System.loadLibrary("ByteCodeEncryptor");
}
public native static byte[] encrypt(byte[] text);
}- 为方便起见，不自己写头文件，用
javah -jni com.seaboat.bytecode.ByteCodeEncryptor生成。
/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class com_seaboat_bytecode_ByteCodeEncryptor */
#ifndef _Included_com_seaboat_bytecode_ByteCodeEncryptor
#define _Included_com_seaboat_bytecode_ByteCodeEncryptor
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
* Class: com_seaboat_bytecode_ByteCodeEncryptor
* Method: encrypt
* Signature: ([B)[B
*/
JNIEXPORT jbyteArray JNICALL Java_com_seaboat_bytecode_ByteCodeEncryptor_encrypt
(JNIEnv *, jclass, jbyteArray);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif
- 编写源文件，实现头文件声明的函数。
#include "com_seaboat_bytecode_ByteCodeEncryptor.h"
#include "jni.h"
void encode(char *str)
{
unsigned int m = strlen(str);
for (int i = 0; i < m; i++)
{
str[i] = str[i]+4;
}
}
extern"C" JNIEXPORT jbyteArray JNICALL
Java_com_seaboat_bytecode_ByteCodeEncryptor_encrypt(JNIEnv * env, jclass cla,jbyteArray text)
{
char* dst = (char*)env->GetByteArrayElements(text, 0);
encode(dst);
env->SetByteArrayRegion(text, 0, strlen(dst), (jbyte *)dst);
return text;
}- 用cl进行编译，生成动态库，指定编译需要的一些头文件。
cl /EHsc -ID:\Java\jdk1.8.0_73\include\ -ID:\Java\jdk1.8.0_73\include\win32 -LD com_seaboat_bytecode_ByteCodeEncryptor.cpp -FeByteCodeEncryptor.dll- 可以调用Java层的ByteCodeEncryptor类的encrypt方法了。
怎么加载动态库
Java层需要调用System.loadLibrary去加载动态库，而它其实就是通过ClassLoader的loadLibrary方法来加载，加载的大致逻辑为：
- 是不是使用了绝对路径来指定动态库，如果是则直接通过绝对路径来加载。
- 如果启动Java时带有
-Dsun.boot.library.path=xxxx时，则去改参数指定的目录下寻找动态库。 - 如果启动Java时带有
-Djava.library.path=xxxx时，则去改参数指定的目录下寻找动态库。
加载动态库在Java层面实现不了，所以必须会通过本地才能真正实现加载操作，Java层面最后是走到NativeLibrary类，其包含的load本地方法为真正的加载注册操作。
对应着ClassLoader.c的Java_java_lang_ClassLoader_00024NativeLibrary_load函数，因为NativeLibrary在Java层的ClassLoader的子类，所以其中包含一串数字00024，即表示美元符号。该函数最重要的一步是调了JVM_LoadLibrary函数，该函数如下，核心的一步是os::dll_load，它会根据不同的操作系统做不同的处理。
JVM_ENTRY_NO_ENV(void*, JVM_LoadLibrary(const char* name))
//%note jvm_ct
JVMWrapper2("JVM_LoadLibrary (%s)", name);
char ebuf[1024];
void *load_result;
{
ThreadToNativeFromVM ttnfvm(thread);
load_result = os::dll_load(name, ebuf, sizeof ebuf);
}
if (load_result == NULL) {
char msg[1024];
jio_snprintf(msg, sizeof msg, "%s: %s", name, ebuf);
// Since 'ebuf' may contain a string encoded using
// platform encoding scheme, we need to pass
// Exceptions::unsafe_to_utf8 to the new_exception method
// as the last argument. See bug 6367357.
Handle h_exception =
Exceptions::new_exception(thread,
vmSymbols::java_lang_UnsatisfiedLinkError(),
msg, Exceptions::unsafe_to_utf8);
THROW_HANDLE_0(h_exception);
}
return load_result;
JVM_END看一个图，它包含了linux、solaris、windows三大类型操作系统的处理，下面分别看看不同操作系统如何处理。
- 对于linux，主要通过
dlopen函数来打开动态库，并加载到内存中，再通过dlsym函数可以获取动态库中的函数指针，于是就能实现调用动态库某函数。 - 对于solaris，主要通过
dlopen函数来打开动态库，并加载到内存中，再通过dlsym函数可以获取动态库中的函数指针，但它与linux不同的是dlsym在linux中是非线程安全的，需要加锁，而solaris则不需要。 - 对于windows，主要通过
LoadLibrary函数加载动态库，加载到内存中，再通过GetProcAddress函数可以获取动态库的函数指针，从而实现调用动态库某函数。
另外，我们注意到Java层不必指定动态库的后缀，这个留给JVM去解决，它会根据不同操作系统添加不同的后缀，这个逻辑由System.c的Java_java_lang_System_mapLibraryName函数实现，它会有如下两个后缀。
#define JNI_LIB_SUFFIX ".so"
#define JNI_LIB_SUFFIX ".dll"字节码
对于字节码，它是Java执行时的指令，其实想一下就能想到本地方法要在执行时区别于Java层的调用，所以必须要有一个flag来标识本地方法，那咱们用javap来看看上面包含本地方法的class会有什么标识，可以看到存在一个ACC_NATIVE，有了它就可以在执行时调用C/C++函数了。
public static native byte[] encrypt(byte[]);
descriptor: ([B)[B
flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC, ACC_NATIVE总结一下
两句话总结起来就是，Java编译器将包含本地方法的class对应的方法添加ACC_NATIVE标识，而JVM负责将动态库加载到内存，Java执行引擎执行到本地方法时找到对应的函数，完成本地方法的调用。
以下是广告和相关阅读
========广告时间========
鄙人的新书《Tomcat内核设计剖析》已经在京东销售了，有需要的朋友可以到 https://item.jd.com/12185360.html 进行预定。感谢各位朋友。
=========================
相关阅读：
注解的原理又是怎么一回事
欢迎关注：
