目錄

第一章 介紹
第二章 設計機制
第三章 JNI類型和數據結構
第四章 JNI函數(1)
第四章 JNI函數(2)
第四章 JNI函數(3)
第四章 JNI函數(4)
第五章 Invocation API

前言

因為目前市面上關于JNI的中文資料都比較分散，且不太全面和深入，因此在學習JNI的過程中，主要針對目前最新版的JNI 6.0官方技術文檔進行理解性的翻譯，并根據JVM源碼和網上各方面資料穿插一些個人的理解內容，整理并形成這份中文版JNI技術指南。若有翻譯或理解不當之處，望指出。

英文版官方文檔《Java Native Interface 6.0 Specification》請查閱：

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

除了此文檔之外，更多關于JNI的知識，可以查閱Sheng Liang在1999年出版的：

《The Java Native Interface: Programmer's Guide and Specification》一書。

本文檔的大多數內容該書都涉及到了，并還有一些補充知識和例子。Sheng Liang博士曾是SUN公司JVM團隊的主要開發者之一，耶魯大學計算機博士。

另外需要注意的是本文中的大部分內容基于官方文檔的翻譯內容，但中間穿插了一些個人理解性的內容，這些內容并非官方文檔的一部分，僅是個人對于文檔的理解，因為可能會存在理解不當的地方，所以這部分在文中都會進行特別標注或說明，避免對讀者造成任何誤導。

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之所以對此文檔進行如此細致的研讀工作，主要是因為JNI的相關文檔并不多，特別是中文資料，而這份英文的官方技術規范是目前市面上最權威也是最全面的文檔，研讀此文檔有助于對于JNI知識有一個比較全面而深入的了解。而且因為這份文檔包含了所有的JNI函數方法，因此也有參考手冊的作用，今后在使用JNI技術的過程中也可查閱本文檔以作參考。

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第一章 介紹

1.1 JNI簡介

JNI全稱為Java Native Interface. 它可以簡單理解為是本地方法的接口，即允許在Java虛擬機里面的Java代碼可以和如C，C++等其他底層語言進行交互（即可互相調用）。

一般情況下，當你無法用純Java來實現需求的時候，就需要使用JNI來用底層語言編寫的本地方法來滿足這些該需求。

例如以下的幾種場景可能需要用到JNI：

• Java庫無法提供基于平臺系統相關特性的功能，如平臺特有的功能或接口等。
• 已經用其他語言寫好的庫，需要用Java調用，而不想重現編碼，而想直接復用它們。
• 希望實現一部分時間和性能要求都很高的邏輯，需要用底層語言來編寫，如視頻圖片處理，游戲邏輯等。

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使用JNI，你可以使用本地方法來：

• 創造，交互，更新Java對象（包括array和string）
• 調用Java方法。
• catch或拋出異常。
• 載入Java Class，獲取class信息。
• 執行運行時類型檢查（runtime type checking）

當你使用JNI的 Invocation API 可以允許任何本地應用內嵌Java虛擬機，這允許程序員非常簡單的可以使已經寫好的程序變成 Java-enabled , 而不需要鏈接到虛擬機源碼。

當然你還可以使用JNI來使得Java方法可以直接調用本地方法。本地方法也可以調用Java方法。

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1.2 歷史背景

歷史上存在過不同本地方法接口的實現，各自不同，這使得開發者不得不編寫，維護和發布多種不同的版本。

簡單的回顧一下一些存在過的本地方法接口：

• JDK 1.0內置的 native method interface
• 網景的 Java Runtime Interface
• 微軟的 Raw Native Interface and JAVA/COM interface

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JDK 1.0內置的Native Method Interface

在JDK 1.0的時候舊內置了一套native method interface的機制，但不幸的是，因為兩個主要的原因使得其他Java虛擬機不適合接受它們。

1. 首先，本地方法像訪問C里面的結構體(structures)的成員一樣去訪問Java對象里的字段，但是Java語言規范里面又沒有定義對象如何在內存中放置。如果Java虛擬機以不同的方式來放置這些對象，則開發者則必須重新編譯本地代碼庫來適應它們。
2. 第二的問題，JDK 1.0的native method interface依賴于一個保守的垃圾收集器（GC）?？梢詿o限制的使用 unhand 指令，例如 made it necessary to conservatively scan the native stack.

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網景的 Java Runtime Interface

網景曾經提出 Java Runtime Interface(JRI), 一個由Java虛擬機提供的通用接口服務。JRI的設計考慮到了移植性--它對基礎Java虛擬機的實現做了很少的假設。JRI討論了大量的問題，包括本地方法，調試，反射，內嵌等問題。

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微軟的 Raw Native Interface and Java/COM Interface

微軟的Java虛擬機提供兩種native method interface。

在底層，它提供一個高效的 Raw Native Interface（RNI）。RNI提供高級和JDK 1.0提供的native method interface, 但由一個重要的區別在于，本地方法不必依賴于保守的垃圾回收，而是必須使用RUN提供的函數來和垃圾回收器進行明確的交互。

在上層，微軟的Java/COM接口為Java虛擬機提供與語言無關的標準二進制接口。Java代碼可以像使用Java對象一樣使用COM對象。一個Java類也可以作為COM類暴露給系統的其他部分。

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1.3 JNI的目標

JNI的目標就是提供一套統一的，考慮充分的標準接口來為大家提供好處：

• 所有Java虛擬機都支持大量的本地代碼。
• 工具開發者不需要維護多種不同的本地方法接口。
• 應用開發者可以只寫一個版本的本地代碼，并且可以在不同的Java虛擬機上正常運行。

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標準的統一的本地方法接口應該滿足一下幾點要求：

• 二進制的兼容性。主要目的是提供本地方法庫訪問在所有平臺上實現的Java虛擬機的二進制兼容性。
• 高效性。為了支持性能要求高的代碼，本地方法接口必須執行很少的開銷。所有已知的技術在確保Java虛擬機的獨立性（以及二進制的兼容性）一定會帶來一定的開銷。所有必須以某種方法再效率和虛擬機獨立性之間尋求平衡點。
• 功能性。接口必須暴露足夠的Java虛擬機內部，來允許本地方法來訪問它們以完成有用的任務。

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1.4 Java Native Interface Approach

我們希望采用現有的方法之一作為標準的JNI接口，因為這將減小程序員的學習負擔。 不幸的是，現有的解決方案不是太令人滿意。

網景的 JRI 是最接近于我們想要實現的JNI接口，并作為了我們設計新的JNI接口的起點。熟悉JRI的讀者會接近新的JNI接口命名，使用方法或成員域的ID，布局和全局變量等概念和JRI十分相似。盡管我們盡了最大努力，JNI也沒有完全兼容JRI。

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1.5 使用JNI編程

本地方法的開發者可以使用JNI編程。使用個JNI編程可以使你免受未知的問題困擾。只要通過滿足JNI標準，你就有能力和機會來在Java虛擬機上運行一個本地庫。

如果你正在實現一個Java虛擬機，也應該去實現JNI標準，JNI已經經過時間充分的測試，并確保不會對于實現一個Java虛擬機造成任何過多的開銷和限制，包括對象申明，垃圾回收等。如果有任何問題造成額外的開銷，可以聯系Java標準團隊。

1.6 歷史版本更改

在 Java SE 6.0里，廢棄的 JDK1_1InitArgs 和 JDK1_1AttachArgs 已經被移除，卻而代之的是 JavaVMInitArgs 和 JavaVMAttachArgs 。

第二章 設計機制