【转】使用JNI进行混合编程：在C/C++中调用Java代码

原文链接：http://www.cnblogs.com/icejoywoo/archive/2012/02/24/2367116.html

JNI就是Java Native Interface, 即可以实现Java调用本地库, 也可以实现C/C++调用Java代码, 从而实现了两种语言的互通, 可以让我们更加灵活的使用。

通过使用JNI可以从一个侧面了解Java内部的一些实现。

本文使用的环境是：

64位的win7系统

JDK 1.6.0u30 (32位)

C/C++编译器是 Microsoft (R) 32-bit C/C++ Optimizing Compiler Version 12.00.8168 for 80x86 (VC 6.0的, 其他版本的也可以编译通过, 测试过vs2010)
本文使用到的一些功能：

创建虚拟机

寻找class对象, 创建对象

调用静态方法和成员方法

获取成员属性, 修改成员属性
C/C++调用Java代码的一般步骤：

编写Java代码, 并编译

编写C/C++代码

配置lib进行编译, 配置PATH添加相应的dll或so并运行
编写Java代码并编译

这段代码非常简单, 有个静态方法和成员方法, 一个public的成员变量
public class Sample2 {  
    public String name;  
       
    public static String sayHello(String name) {  
        return "Hello, " + name + "!";  
    }  
       
    public String sayHello() {  
        return "Hello, " + name + "!";  
    }  
} 
由于没有定义构造函数, 所以会有一个默认的构造函数.

运行下面的命令编译
>javac Sample2.java
可以在当前目录下看到Sample2.class文件, 编译成功, 第一步完成了, So easy!

可以查看Sample2类中的签名
>javap -s -private Sample2
结果如下
Compiled from "Sample2.java" 
public class Sample2 extends java.lang.Object{  
public java.lang.String name;  
  Signature: Ljava/lang/String;  
public Sample2();  
  Signature: ()V  
public static java.lang.String sayHello(java.lang.String);  
  Signature: (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;  
public java.lang.String sayHello();  
  Signature: ()Ljava/lang/String;  
} 
关于签名的含义, 请参看使用JNI进行Java与C/C++语言混合编程(1)--在Java中调用C/C++本地库.

编写C/C++代码调用Java代码

先贴代码吧
#include <jni.h>  
#include <string.h>  
#include <stdio.h>  
   
// 环境变量PATH在windows下和linux下的分割符定义  
#ifdef _WIN32  
#define PATH_SEPARATOR ';' 
#else 
#define PATH_SEPARATOR ':' 
#endif  
   
   
int main(void)  
{  
    JavaVMOption options[1];  
    JNIEnv *env;  
    JavaVM *jvm;  
    JavaVMInitArgs vm_args;  
       
    long status;  
    jclass cls;  
    jmethodID mid;  
    jfieldID fid;  
    jobject obj;  
       
    options[0].optionString = "-Djava.class.path=.";  
    memset(&vm_args, 0, sizeof(vm_args));  
    vm_args.version = JNI_VERSION_1_4;  
    vm_args.nOptions = 1;  
    vm_args.options = options;  
       
    // 启动虚拟机  
    status = JNI_CreateJavaVM(&jvm, (void**)&env, &vm_args);  
       
    if (status != JNI_ERR)  
    {  
        // 先获得class对象  
        cls = (*env)->FindClass(env, "Sample2");  
        if (cls != 0)  
        {  
            // 获取方法ID, 通过方法名和签名, 调用静态方法  
            mid = (*env)->GetStaticMethodID(env, cls, "sayHello", "(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;");  
            if (mid != 0)  
            {  
                const char* name = "World";  
                jstring arg = (*env)->NewStringUTF(env, name);  
                jstring result = (jstring)(*env)->CallStaticObjectMethod(env, cls, mid, arg);  
                const char* str = (*env)->GetStringUTFChars(env, result, 0);  
                printf("Result of sayHello: %s\n", str);  
                (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, result, 0);  
            }  
               
            /*** 新建一个对象 ***/ 
            // 调用默认构造函数  
            //obj = (*env)->AllocObjdect(env, cls);   
               
            // 调用指定的构造函数, 构造函数的名字叫做<init>  
            mid = (*env)->GetMethodID(env, cls, "<init>", "()V");  
            obj = (*env)->NewObject(env, cls, mid);  
            if (obj == 0)  
            {  
                printf("Create object failed!\n");  
            }  
            /*** 新建一个对象 ***/ 
               
            // 获取属性ID, 通过属性名和签名  
            fid = (*env)->GetFieldID(env, cls, "name", "Ljava/lang/String;");  
            if (fid != 0)  
            {  
                const char* name = "icejoywoo";  
                jstring arg = (*env)->NewStringUTF(env, name);  
                (*env)->SetObjectField(env, obj, fid, arg); // 修改属性  
            }  
               
            // 调用成员方法  
            mid = (*env)->GetMethodID(env, cls, "sayHello", "()Ljava/lang/String;");  
            if (mid != 0)  
            {  
                jstring result = (jstring)(*env)->CallObjectMethod(env, obj, mid);  
                const char* str = (*env)->GetStringUTFChars(env, result, 0);  
                printf("Result of sayHello: %s\n", str);  
                (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, result, 0);  
            }  
        }  
           
        (*jvm)->DestroyJavaVM(jvm);  
        return 0;  
    }  
    else 
    {  
        printf("JVM Created failed!\n");  
        return -1;  
    }  
} 
这段代码大概做了这几件事：

创建虚拟机JVM, 在程序结束的时候销毁虚拟机JVM

寻找class对象

创建class对象的实例

调用方法和修改属性
虚拟的创建

与之相关的有这样几个变量
JavaVMOption options[1];  
JNIEnv *env;  
JavaVM *jvm;  
JavaVMInitArgs vm_args; 
JavaVM就是我们需要创建的虚拟机实例

JavaVMOption相当于在命令行里传入的参数

JNIEnv在Java调用C/C++中每个方法都会有的一个参数, 拥有一个JNI的环境

JavaVMInitArgs就是虚拟机创建的初始化参数, 这个参数里面会包含JavaVMOption

下面就是创建虚拟机
options[0].optionString = "-Djava.class.path=.";  
memset(&vm_args, 0, sizeof(vm_args));  
vm_args.version = JNI_VERSION_1_4;  
vm_args.nOptions = 1;  
vm_args.options = options;  
   
// 启动虚拟机  
status = JNI_CreateJavaVM(&jvm, (void**)&env, &vm_args); 
"-Djava.class.path=."看着眼熟吧, 这个就是传入当前路径, 作为JVM寻找class的用户自定义路径, 我们的Sample2.class就在当前路径(当然也可以不在当前路径, 你可以随便修改).

vm_args.version是Java的版本, 这个应该是为了兼容以前的JDK, 可以使用旧版的JDK, 这个宏定义是在jni.h中,  有以下四种
#define JNI_VERSION_1_1 0x00010001 
#define JNI_VERSION_1_2 0x00010002 
#define JNI_VERSION_1_4 0x00010004 
#define JNI_VERSION_1_6 0x00010006   
vm_args.nOptions的含义是, 你传入的options有多长, 我们这里就一个, 所以是1。

vm_args.options = options把JavaVMOption传给JavaVMInitArgs里面去。

然后就是启动虚拟机了status = JNI_CreateJavaVM(&jvm, (void**)&env, &vm_args)。

可以通过这个返回值status , 知道虚拟机是否启动成功
#define JNI_OK           0                 /* success */ 
#define JNI_ERR          (-1)              /* unknown error */ 
#define JNI_EDETACHED    (-2)              /* thread detached from the VM */ 
#define JNI_EVERSION     (-3)              /* JNI version error */ 
#define JNI_ENOMEM       (-4)              /* not enough memory */ 
#define JNI_EEXIST       (-5)              /* VM already created */ 
#define JNI_EINVAL       (-6)              /* invalid arguments */   
寻找class对象, 并实例化

JVM在Java中都是自己启动的, 在C/C++中只能自己来启动了, 启动完之后的事情就和在Java中一样了, 不过要使用C/C++的语法.

获取class对象比较简单, FindClass(env, className).
cls = (*env)->FindClass(env, "Sample2");  
在Java中的类名格式是java.lang.String, 但是className的格式有点不同, 不是使用'.'作为分割, 而是'/', 即java/lang/String.

我们知道Java中构造函数有两种, 一种是默认的没有参数的, 一种是自定义的带有参数的. 对应的在C/C++中, 有两种调用构造函数的方法.

调用默认构造函数
// 调用默认构造函数  
obj = (*env)->AllocObjdect(env, cls);   
构造函数也是方法, 类似调用方法的方式.
// 调用指定的构造函数, 构造函数的名字叫做<init>  
mid = (*env)->GetMethodID(env, cls, "<init>", "()V");  
obj = (*env)->NewObject(env, cls, mid);  
调用方法和修改属性

关于方法和属性是有两个ID与之对应, 这两个ID用来标识方法和属性.
jmethodID mid;  
jfieldID fid; 
方法分为静态和非静态的, 所以对应的有
mid = (*env)->GetStaticMethodID(env, cls, "sayHello", "(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;");  
   
mid = (*env)->GetMethodID(env, cls, "sayHello", "()Ljava/lang/String;");   
上面两个方法是同名的, 都叫sayHello, 但是签名不同, 所以可以区分两个方法.

JNI的函数都是有一定规律的, Static就表示是静态, 没有表示非静态.

方法的调用如下
jstring result = (jstring)(*env)->CallStaticObjectMethod(env, cls, mid, arg);  
   
jstring result = (jstring)(*env)->CallObjectMethod(env, obj, mid);   
我们可以看到静态方法是只需要class对象, 不需要实例的, 而非静态方法需要使用我们之前实例化的对象.

属性也有静态和非静态, 示例中只有非静态的.

获取属性ID
fid = (*env)->GetFieldID(env, cls, "name", "Ljava/lang/String;");   
改属性的值
(*env)->SetObjectField(env, obj, fid, arg); // 修改属性  
关于jstring的说明

java的String都是使用了unicode, 是双字节的字符, 而C/C++中使用的单字节的字符。

从C转换为java的字符, 使用NewStringUTF方法
jstring arg = (*env)->NewStringUTF(env, name);  
从java转换为C的字符, 使用GetStringUTFChars

const char* str = (*env)->GetStringUTFChars(env, result, 0); 

const char* str = (*env)->GetStringUTFChars(env, result, 0);

 编译和运行

编译需要头文件, 头文件在这两个目录中%JAVA_HOME%\include和%JAVA_HOME%\include\win32, 第一个是与平台无关的, 第二个是与平台有关的, 由于笔者的系统是windows, 所以是win32.

编译的时候还要一个lib文件, 是对虚拟机的支持, 保证编译通过.
cl -I%JAVA_HOME%\include -I%JAVA_HOME%\include\win32 Sample2.c %JAVA_HOME%\lib\jvm.lib  

我们可以看到在当前目录下Sample2.exe, 运行的时候需要jvm.dll(不要将其复制到当前目录下, 这样不可以运行, 会导致jvm创建失败) set PATH=%JAVA_HOME%\jre\bin\client\;%PATH%  
Sample2  

jvm.dll在%JAVA_HOME%\jre\bin\client\目录下, 所以我把这个目录加入到PATH中, 然后就可以运行 Result of sayHello: Hello, World!  
Result of sayHello: Hello, icejoywoo! 

关于C++的说明
本示例的C++版本, 请自行下载后面的源代码来查看, 区别不是很大.

主要是JNIEnv和JavaVM两个对象, 在C中是结构体, 是函数指针的集合, 在C++中结构体拥有类的能力, 使用起来更为简便, 与Java之间的差异更小一些.

结语

本文介绍了一个简单的例子, 分析了其中的一些代码, 笔者希望通过这篇文章让大家对JNI的了解更加深入一些.

水平有限, 错漏在所难免, 欢迎指正!
 

源代码下载: c调用java.zip

使用方法: 参照里面的build&run.bat, 使用了%JAVA_HOME%环境变量.

注意:

动态链接库和JDK都有32位和64位的区别, 使用64位系统的朋友, 要注意这个问题, 可能导致运行或编译错误.

还要注意区分C和C++代码, 在JNI中两种代码有一定的区别, 主要是env和jvm两个地方.
参考文献:

public0821, C++调用JAVA方法详解, http://public0821.iteye.com/blog/423941
Scott Stricker, 用 JNI 进行 Java 编程, http://www.ibm.com/developerworks/cn/education/java/j-jni/section3.html
JDK 6u30 docs, Java Native Interface Specification


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