Java底层-本地接口(JNI)

前面的文章我们讲述了类加载子系统、执行引擎、GC子系统、运行数据区的相关内容，那么HotSpot虚拟机三大子系统、两组件就剩下本地接口组件没有讲述了，所以这一篇文章对于本地接口进行介绍。

为什么会有本地接口的概念呢？我们在之前的文章说过Java语言不是面向硬件的，它无法直接调用操作系统API操控硬件，Java和硬件的交互正常都是通过JVM提供的API来完成的，但是当虚拟机提供的API不足以实现我们个别需求的时候，就需要本地接口了。由于JVM底层就有C++的影子，所以JVM也提供了JNI(Java本地接口：Java Native Interface，)技术作为其它语言(主要是C/C++)通信的API。在本地接口的相关的概念里，Java成为了一个调用方，其他语言成为了主角，这篇文章我们以C++为例，看一下如何调用本地接口，关于C++的部分尽可能简单的描述，如果大家还有疑问可以了解一些C++的基本知识。

首先编写调用本地方法的类，方法定义为native，表明调用的是本地接口。

package com.studyjava.email.jni.main;

public class Main {
    //加载Library，将Main资源库加载到内存中
    static {
        System.loadLibrary("Main");
    }
    public native void studyJava();
    public static void main(String[] args) {
        new Main().studyJava();
    }
}

定义完native方法之后，就需要我们使用C++去实现本地接口供Java使用，但是Java调用的本地接口并不是随意一个本地方法就可以调用的，这些本地接口定义是存在一些规律的，如果我们不知道这些规律可以通过javah命令生成，javah命令可以将java文件生成一个头文件(.h后缀的文件)，这种转换会将native方法抽离到头文件中，我们可以认为头文件很像一个接口，Java可以通过头文件来调用资源的库程序，在一些特殊场合下，C/C++的源代码如果不便（或不准）向用户公布，那么只要向用户提供头文件和二进制的库即可。

javah -d jni com.studyjava.email.jni.main.Main

当然我们可以不使用javah命令，这里也可以自己去写.h文件，但是要保证格式是正确的，如下代码。

注：代码include就类似我们Java的import一样，

Java_com_studyjava_email_jni_main_Main_studyJava就是我们要实现的方法

#include <jni.h>
/* Header for class com_studyjava_email_jni_main_Main */

#ifndef _Included_com_studyjava_email_jni_main_Main
#define _Included_com_studyjava_email_jni_main_Main
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
 * Class:     com_studyjava_email_jni_main_Main
 * Method:    studyJava
 * Signature: ()V
 */
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_studyjava_email_jni_main_Main_studyJava
  (JNIEnv *, jobject);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

当头文件有了之后，我们我们就需要编写它的实现，首先定义.cpp文件(可以使用C++开发工具或者纯文本编写也是可以的)， cpp文件中首先引入我们生成的头文件，引入头文件之后，我们就对上面头文件的方法 JNIEXPORT void JNICALL Java_com_studyjava_email_jni_main_Main_studyJava 进行实现，这里使用print函数(或者cout)打印了"每天学Java"。

#include <jni.h>
#include <iostream>
#include "com_studyjava_email_jni_main_Main.h"
JNIEXPORT void JNICALLJava_com_studyjava_email_jni_main_Main_studyJava(JNIEnv *, jobject){
    printf("每天学Java");
    return;
}
int main(){
    return 1;
}

编写.cpp文件就类似我们写接口的实现类，当我们编写完之后，需要将cpp文件编译成.jnilib文件(我这里是Mac操作系统，如果是Windows需要转为.dll文件，Linux/Unix则为.so文件，这个命令的具体含义放在文末)。

g++ -shared -I /Users/.../include/Users/.../include/main.cpp-o libMain.jnilib

如果大家没有C++环境可以百度部署下，MacOS中如果安装XCode，会自带C++环境。

有C++环境之后，编译过程中可能会出现下面报错，

 'jni.h' file not found

这是因为我们引入的jni.h找不到，我们可以将jdk路径下的include复制出来，和上面编译的文件同级，如下图，其中include下jni_md是从darwin中复制到include目录下，因为jni.h中存在对jni_md.h的引用，所以为了方便放到同级目录下

其中lib中存放的就是libMain.jnilib，也就是我们编译的本地资源库。到这里我们本地接口就算编写完成了，调用的时候需要指定Library。

-Djava.library.path=/Users/.../java/lib

否则会有如下报错:

java.lang.UnsatisfiedLinkError: no XXX in java.library.path

关于g++命令的参数这里简单的说下：

-shared是说明要生成动态库。

-I的选项，是因为我们用到<jni.h>相关的头文件，放在<jdk>/include目录下。最

-o 选项，我们在java代码中调用的是System.loadLibrary("Main"),那么生成的动态链接库的名称就必须是libMain.jnilib的形式,否则在执行java代码的时候，同样会报 java.lang.UnsatisfiedLinkError: no XXX in java.library.path 的错误

头文件具体用处：

（1）通过头文件来调用库功能。在很多场合，源代码不便（或不准）向用户公布，只要向用户提供头文件和二进制的库即可。用户只需要按照头文件中的接口声明来调用库功能，而不必关心接口怎么实现的。编译器会从库中提取相应的代码。

（2）头文件能加强类型安全检查。如果某个接口被实现或被使用时，其方式与头文件中的声明不一致，编译器就会指出错误，这一简单的规则能大大减轻程序员调试、改错的负担。

关于本地接口到这里就讲完了，这篇文章只讲述了我们如何去调用本地接口，但是原理并没有提及，大家可以追踪System.loadLibrary()方法进行学习。