JNI官方规范中文版——如何在JNI中抛出Java异常
2016-08-25 16:24
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很多情况下，本地代码做JNI调用后都要检查是否有错误发生，本章讲的就是怎么样检查错误和处理错误。
我重点放在JNI函数调用引发的错误上面。如果一个本地方法中调用了一个JNI函数，它必须遵守下面几个步骤来检查和处理这个JNI函数调用时可能引发的错误。至于其它可能的错误，比如本地代码中调用了一个可能引发错误的系统方法，那只需要按照该系统方法的标准文档中规定的来处理就可以了。
6.1 概述
我们通过一些例子来介绍一些JNI异常处理函数
6.1.1 本地代码中如何缓存和抛出异常
下面的代码中演示了如何声明一个会抛出异常的本地方法。CatchThrow这个类声明了一个会抛出IllegalArgumentException异常的名叫doit的本地方法。
class CatchThrow {
private native void doit()
throws IllegalArgumentException;
private void callback() throws NullPointerException {
throw new NullPointerException("CatchThrow.callback");
}
public static void main(String args[]) {
CatchThrow c = new CatchThrow();
try {
c.doit();
} catch (Exception e) {
System.out.println("In Java:\n\t" + e);
}
}
static {
System.loadLibrary("CatchThrow");
}
}
Main方法调用本地方法doit，doit方法的实现如下：
JNIEXPORT void JNICALL
Java_CatchThrow_doit(JNIEnv *env, jobject obj)
{
jthrowable exc;
jclass cls = (*env)->GetObjectClass(env, obj);
jmethodID mid =
(*env)->GetMethodID(env, cls, "callback", "()V");
if (mid == NULL) {
return;
}
(*env)->CallVoidMethod(env, obj, mid);
exc = (*env)->ExceptionOccurred(env);
if (exc) {
/* We don't do much with the exception, except that
we print a debug message for it, clear it, and
throw a new exception. */
jclass newExcCls;
(*env)->ExceptionDescribe(env);
(*env)->ExceptionClear(env);
newExcCls = (*env)->FindClass(env,
"java/lang/IllegalArgumentException");
if (newExcCls == NULL) {
/* Unable to find the exception class, give up. */
return;
}
(*env)->ThrowNew(env, newExcCls, "thrown from C code");
}
}
运行程序，输出是：
java.lang.NullPointerException:
at CatchThrow.callback(CatchThrow.java)
at CatchThrow.doit(Native Method)
at CatchThrow.main(CatchThrow.java)
In Java:
java.lang.IllegalArgumentException: thrown from C code
回调方法抛出一个NullPointerException异常。当CallVoidMethod把控制权交给本地方法时，本地代码会通过ExceptionOccurred来检查这个异常。在我们的例子中，当一个异常被检测到时，本地代码通过调用ExceptionDescribe来输出一个关于这个异常的描述信息，然后通过调用ExceptionClear清除异常信息，最后，抛出一个IllegalArgumentException。
和JAVA中的异常机制不一样，JNI抛出的异常（例如，通过ThrowNew方法）不被处理的话，不会立即终止本地方法的执行。异常发生后，JNI程序员必须手动处理。
6.1.2 制作一个抛出异常的工具函数
抛出异常通常需要两步：通过FindClass找到异常类、调用ThrowNew函数生成异常。为了简化这个过程，我们写了一个工具函数专门用来生成一个指定名字的异常。
void
JNU_ThrowByName(JNIEnv *env, const char *name, const char *msg)
{
jclass cls = (*env)->FindClass(env, name);
/* if cls is NULL, an exception has already been thrown */
if (cls != NULL) {
(*env)->ThrowNew(env, cls, msg);
}
/* free the local ref */
(*env)->DeleteLocalRef(env, cls);
}
本书中，如果一个函数有JNU前缀的话，意味它是一个工具函数。JNU_ThrowByName这个工具函数首先使用FindClass函数来找到异常类，如果FindClass执行失败（返回NULL），VM会抛出一个异常（比如NowClassDefFoundError），这种情况下JNI_ThrowByName不会再抛出另外一个异常。如果FindClass执行成功的话，我们就通过ThrowNew来抛出一个指定名字的异常。当函数JNU_ThrowByName返回时，它会保证有一个异常需要处理，但这个异常不一定是name参数指定的异常。当函数返回时，记得要删除指向异常类的局部引用。向DeleteLocalRef传递NULL不会产生作用。
6.2 妥善地处理异常
JNI程序员必须能够预测到可能会发生异常的地方，并编写代码进行检查。妥善地异常处理有时很繁锁，但是一个高质量的程序不可或缺的。
6.2.1 异常检查
检查一个异常是否发生有两种方式。
第一种方式是：大部分JNI函数会通过特定的返回值（比如NULL）来表示已经发生了一个错误，并且当前线程中有一个异常需要处理。在C语言中，用返回值来标识错误信息是一个很常见的方式。下面的例子中演示了如何通过GetFieldID的返回值来检查错误。这个例子包含两部分，定义了一些实例字段（handle、length、width）的类Window和一个缓存这些字段的字段ID的本地方法。虽然这些字段位于Window类中，调用GetFieldID时，我们仍然需要检查是否有错误发生，因为VM可能没有足够的内存分配给字段ID。
1. /* a class in the Java programming language */
2. public class Window {
3. long handle;
4. int length;
5. int width;
6. static native void initIDs();
7. static {
8. initIDs();
9. }
10. }
11.
12. /* C code that implements Window.initIDs */
13. jfieldID FID_Window_handle;
14. jfieldID FID_Window_length;
15. jfieldID FID_Window_width;
16.
17. JNIEXPORT void JNICALL
18. Java_Window_initIDs(JNIEnv *env, jclass classWindow)
19. {
20. FID_Window_handle =
21. (*env)->GetFieldID(env, classWindow, "handle", "J");
22. if (FID_Window_handle == NULL) { /* important check. */
23. return; /* error occurred. */
24. }
25. FID_Window_length =
26. (*env)->GetFieldID(env, classWindow, "length", "I");
27. if (FID_Window_length == NULL) { /* important check. */
28. return; /* error occurred. */
29. }
30. FID_Window_width =
31. (*env)->GetFieldID(env, classWindow, "width", "I");
32. /* no checks necessary; we are about to return anyway */
33. }
第二种方式：
public class Fraction {
// details such as constructors omitted
int over, under;
public int floor() {
return Math.floor((double)over/under);
}
}
/* Native code that calls Fraction.floor. Assume method ID
MID_Fraction_floor has been initialized elsewhere. */
void f(JNIEnv *env, jobject fraction)
{
jint floor = (*env)->CallIntMethod(env, fraction,
MID_Fraction_floor);
/* important: check if an exception was raised */
if ((*env)->ExceptionCheck(env)) {
return;
}
... /* use floor */
}
当一个JNI函数返回一个明确的错误码时，你仍然可以用ExceptionCheck来检查是否有异常发生。但是，用返回的错误码来判断比较高效。一旦JNI函数的返回值是一个错误码，那么接下来调用ExceptionCheck肯定会返回JNI_TRUE。
6.2.2 异常处理
本地代码通常有两种方式来处理一个异常：
1、 一旦发生异常，立即返回，让调用者处理这个异常。
2、 通过ExceptionClear清除异常，然后执行自己的异常处理代码。
当一个异常发生后，必须先检查、处理、清除异常后再做其它JNI函数调用，否则的话，结果未知。当前线程中有异常的时候，你可以调用的JNI函数非常少，11.8.2节列出了这些JNI函数的详细列表。通常来说，当有一个未处理的异常时，你只可以调用两种JNI函数：异常处理函数和清除VM资源的函数。
当异常发生时，释放资源是一件很重要的事，下面的例子中，调用GetStringChars函数后，如果后面的代码发生异常，不要忘了调用ReleaseStringChars释放资源。
JNIEXPORT void JNICALL
Java_pkg_Cls_f(JNIEnv *env, jclass cls, jstring jstr)
{
const jchar *cstr = (*env)->GetStringChars(env, jstr);
if (c_str == NULL) {
return;
}
...
if (...) { /* exception occurred */
(*env)->ReleaseStringChars(env, jstr, cstr);
return;
}
...
/* normal return */
(*env)->ReleaseStringChars(env, jstr, cstr);
}
6.2.3 工具函数中的异常
程序员编写工具函数时，一定要把工具函数内部分发生的异常传播到调用它的方法中去。这里有两个需要注意的地方：
1、 对调用者来说，工具函数提供一个错误返回码比简单地把异常传播过去更方便一些。
2、 工具函数在发生异常时尤其需要注意管理局部引用的方式。
为了说明这两点，我们写了一个工具函数，这个工具函数根据对象实例方法的名字和描述符做一些方法回调。
· jvalue
· JNU_CallMethodByName(JNIEnv *env,
· jboolean *hasException,
· jobject obj,
· const char *name,
· const char *descriptor, ...)
· {
· va_list args;
· jclass clazz;
· jmethodID mid;
· jvalue result;
· if ((*env)->EnsureLocalCapacity(env, 2) == JNI_OK) {
· clazz = (*env)->GetObjectClass(env, obj);
· mid = (*env)->GetMethodID(env, clazz, name,
· descriptor);
· if (mid) {
· const char *p = descriptor;
· /* skip over argument types to find out the
· return type */
· while (*p != ')') p++;
· /* skip ')' */
· p++;
· va_start(args, descriptor);
· switch (*p) {
· case 'V':
· (*env)->CallVoidMethodV(env, obj, mid, args);
· break;
· case '[':
· case 'L':
· result.l = (*env)->CallObjectMethodV(
· env, obj, mid, args);
· break;
· case 'Z':
· result.z = (*env)->CallBooleanMethodV(
· env, obj, mid, args);
· break;
· case 'B':
· result.b = (*env)->CallByteMethodV(
· env, obj, mid, args);
· break;
· case 'C':
· result.c = (*env)->CallCharMethodV(
· env, obj, mid, args);
· break;
· case 'S':
· result.s = (*env)->CallShortMethodV(
· env, obj, mid, args);
· break;
· case 'I':
· result.i = (*env)->CallIntMethodV(
· env, obj, mid, args);
· break;
· case 'J':
· result.j = (*env)->CallLongMethodV(
· env, obj, mid, args);
· break;
· case 'F':
· result.f = (*env)->CallFloatMethodV(
· env, obj, mid, args);
· break;
· case 'D':
· result.d = (*env)->CallDoubleMethodV(
· env, obj, mid, args);
· break;
· default:
· (*env)->FatalError(env, "illegal descriptor");
· }
· va_end(args);
· }
· (*env)->DeleteLocalRef(env, clazz);
· }
· if (hasException) {
· *hasException = (*env)->ExceptionCheck(env);
· }
· return result;
· }
JNU_CallMethodByName的参数当中有一个jboolean指针，如果函数执行成功的话，指针指向的值会被设置为JNI_TRUE，如果有异常发生的话，会被设置成JNI_FALSE。这就可以让调用者方便地检查异常。
JNU_CallMethodByName首先通过EnsureLocalCapacity来确保可以创建两个局部引用，一个类引用，一个返回值。接下来，它从对象中获取类引用并查找方法ID。根据返回类型，switch语句调用相应的JNI方法调用函数。回调过程完成后，如果hasException不是NULL，我们调用ExceptionCheck检查异常。
函数ExceptionCheck和ExceptionOccurred非常相似，不同的地方是，当有异常发生时，ExceptionCheck不会返回一个指向异常对象的引用，而是返回JNI_TRUE，没有异常时，返回JNI_FALSE。而ExceptionCheck这个函数不会返回一个指向异常对象的引用，它只简单地告诉本地代码是否有异常发生。上面的代码如果使用ExceptionOccurred的话，应该这么写：
· if (hasException) {
· jthrowable exc = (*env)->ExceptionOccurred(env);
· *hasException = exc != NULL;
· (*env)->DeleteLocalRef(env, exc);
}
为了删除指向异常对象的局部引用，DeleteLocalRef方法必须被调用。
使用JNU_CallMethodByName这个工具函数，我们可以重写Instance-MethodCall.nativeMethod方法的实现：
· JNIEXPORT void JNICALL
· Java_InstanceMethodCall_nativeMethod(JNIEnv *env, jobject obj)
· {
· printf("In C\n");
· JNU_CallMethodByName(env, NULL, obj, "callback", "()V");
· }
调用JNU_CallMethodByName函数后，我们不需要检查异常，因为本地方法后面会立即返回。
我重点放在JNI函数调用引发的错误上面。如果一个本地方法中调用了一个JNI函数，它必须遵守下面几个步骤来检查和处理这个JNI函数调用时可能引发的错误。至于其它可能的错误，比如本地代码中调用了一个可能引发错误的系统方法，那只需要按照该系统方法的标准文档中规定的来处理就可以了。
6.1 概述
我们通过一些例子来介绍一些JNI异常处理函数
6.1.1 本地代码中如何缓存和抛出异常
下面的代码中演示了如何声明一个会抛出异常的本地方法。CatchThrow这个类声明了一个会抛出IllegalArgumentException异常的名叫doit的本地方法。
class CatchThrow {
private native void doit()
throws IllegalArgumentException;
private void callback() throws NullPointerException {
throw new NullPointerException("CatchThrow.callback");
}
public static void main(String args[]) {
CatchThrow c = new CatchThrow();
try {
c.doit();
} catch (Exception e) {
System.out.println("In Java:\n\t" + e);
}
}
static {
System.loadLibrary("CatchThrow");
}
}
Main方法调用本地方法doit，doit方法的实现如下：
JNIEXPORT void JNICALL
Java_CatchThrow_doit(JNIEnv *env, jobject obj)
{
jthrowable exc;
jclass cls = (*env)->GetObjectClass(env, obj);
jmethodID mid =
(*env)->GetMethodID(env, cls, "callback", "()V");
if (mid == NULL) {
return;
}
(*env)->CallVoidMethod(env, obj, mid);
exc = (*env)->ExceptionOccurred(env);
if (exc) {
/* We don't do much with the exception, except that
we print a debug message for it, clear it, and
throw a new exception. */
jclass newExcCls;
(*env)->ExceptionDescribe(env);
(*env)->ExceptionClear(env);
newExcCls = (*env)->FindClass(env,
"java/lang/IllegalArgumentException");
if (newExcCls == NULL) {
/* Unable to find the exception class, give up. */
return;
}
(*env)->ThrowNew(env, newExcCls, "thrown from C code");
}
}
运行程序，输出是：
java.lang.NullPointerException:
at CatchThrow.callback(CatchThrow.java)
at CatchThrow.doit(Native Method)
at CatchThrow.main(CatchThrow.java)
In Java:
java.lang.IllegalArgumentException: thrown from C code
回调方法抛出一个NullPointerException异常。当CallVoidMethod把控制权交给本地方法时，本地代码会通过ExceptionOccurred来检查这个异常。在我们的例子中，当一个异常被检测到时，本地代码通过调用ExceptionDescribe来输出一个关于这个异常的描述信息，然后通过调用ExceptionClear清除异常信息，最后，抛出一个IllegalArgumentException。
和JAVA中的异常机制不一样，JNI抛出的异常（例如，通过ThrowNew方法）不被处理的话，不会立即终止本地方法的执行。异常发生后，JNI程序员必须手动处理。
6.1.2 制作一个抛出异常的工具函数
抛出异常通常需要两步：通过FindClass找到异常类、调用ThrowNew函数生成异常。为了简化这个过程，我们写了一个工具函数专门用来生成一个指定名字的异常。
void
JNU_ThrowByName(JNIEnv *env, const char *name, const char *msg)
{
jclass cls = (*env)->FindClass(env, name);
/* if cls is NULL, an exception has already been thrown */
if (cls != NULL) {
(*env)->ThrowNew(env, cls, msg);
}
/* free the local ref */
(*env)->DeleteLocalRef(env, cls);
}
本书中，如果一个函数有JNU前缀的话，意味它是一个工具函数。JNU_ThrowByName这个工具函数首先使用FindClass函数来找到异常类，如果FindClass执行失败（返回NULL），VM会抛出一个异常（比如NowClassDefFoundError），这种情况下JNI_ThrowByName不会再抛出另外一个异常。如果FindClass执行成功的话，我们就通过ThrowNew来抛出一个指定名字的异常。当函数JNU_ThrowByName返回时，它会保证有一个异常需要处理，但这个异常不一定是name参数指定的异常。当函数返回时，记得要删除指向异常类的局部引用。向DeleteLocalRef传递NULL不会产生作用。
6.2 妥善地处理异常
JNI程序员必须能够预测到可能会发生异常的地方，并编写代码进行检查。妥善地异常处理有时很繁锁，但是一个高质量的程序不可或缺的。
6.2.1 异常检查
检查一个异常是否发生有两种方式。
第一种方式是：大部分JNI函数会通过特定的返回值（比如NULL）来表示已经发生了一个错误，并且当前线程中有一个异常需要处理。在C语言中，用返回值来标识错误信息是一个很常见的方式。下面的例子中演示了如何通过GetFieldID的返回值来检查错误。这个例子包含两部分，定义了一些实例字段（handle、length、width）的类Window和一个缓存这些字段的字段ID的本地方法。虽然这些字段位于Window类中，调用GetFieldID时，我们仍然需要检查是否有错误发生，因为VM可能没有足够的内存分配给字段ID。
1. /* a class in the Java programming language */
2. public class Window {
3. long handle;
4. int length;
5. int width;
6. static native void initIDs();
7. static {
8. initIDs();
9. }
10. }
11.
12. /* C code that implements Window.initIDs */
13. jfieldID FID_Window_handle;
14. jfieldID FID_Window_length;
15. jfieldID FID_Window_width;
16.
17. JNIEXPORT void JNICALL
18. Java_Window_initIDs(JNIEnv *env, jclass classWindow)
19. {
20. FID_Window_handle =
21. (*env)->GetFieldID(env, classWindow, "handle", "J");
22. if (FID_Window_handle == NULL) { /* important check. */
23. return; /* error occurred. */
24. }
25. FID_Window_length =
26. (*env)->GetFieldID(env, classWindow, "length", "I");
27. if (FID_Window_length == NULL) { /* important check. */
28. return; /* error occurred. */
29. }
30. FID_Window_width =
31. (*env)->GetFieldID(env, classWindow, "width", "I");
32. /* no checks necessary; we are about to return anyway */
33. }
第二种方式：
public class Fraction {
// details such as constructors omitted
int over, under;
public int floor() {
return Math.floor((double)over/under);
}
}
/* Native code that calls Fraction.floor. Assume method ID
MID_Fraction_floor has been initialized elsewhere. */
void f(JNIEnv *env, jobject fraction)
{
jint floor = (*env)->CallIntMethod(env, fraction,
MID_Fraction_floor);
/* important: check if an exception was raised */
if ((*env)->ExceptionCheck(env)) {
return;
}
... /* use floor */
}
当一个JNI函数返回一个明确的错误码时，你仍然可以用ExceptionCheck来检查是否有异常发生。但是，用返回的错误码来判断比较高效。一旦JNI函数的返回值是一个错误码，那么接下来调用ExceptionCheck肯定会返回JNI_TRUE。
6.2.2 异常处理
本地代码通常有两种方式来处理一个异常：
1、 一旦发生异常，立即返回，让调用者处理这个异常。
2、 通过ExceptionClear清除异常，然后执行自己的异常处理代码。
当一个异常发生后，必须先检查、处理、清除异常后再做其它JNI函数调用，否则的话，结果未知。当前线程中有异常的时候，你可以调用的JNI函数非常少，11.8.2节列出了这些JNI函数的详细列表。通常来说，当有一个未处理的异常时，你只可以调用两种JNI函数：异常处理函数和清除VM资源的函数。
当异常发生时，释放资源是一件很重要的事，下面的例子中，调用GetStringChars函数后，如果后面的代码发生异常，不要忘了调用ReleaseStringChars释放资源。
JNIEXPORT void JNICALL
Java_pkg_Cls_f(JNIEnv *env, jclass cls, jstring jstr)
{
const jchar *cstr = (*env)->GetStringChars(env, jstr);
if (c_str == NULL) {
return;
}
...
if (...) { /* exception occurred */
(*env)->ReleaseStringChars(env, jstr, cstr);
return;
}
...
/* normal return */
(*env)->ReleaseStringChars(env, jstr, cstr);
}
6.2.3 工具函数中的异常
程序员编写工具函数时，一定要把工具函数内部分发生的异常传播到调用它的方法中去。这里有两个需要注意的地方：
1、 对调用者来说，工具函数提供一个错误返回码比简单地把异常传播过去更方便一些。
2、 工具函数在发生异常时尤其需要注意管理局部引用的方式。
为了说明这两点，我们写了一个工具函数，这个工具函数根据对象实例方法的名字和描述符做一些方法回调。
· jvalue
· JNU_CallMethodByName(JNIEnv *env,
· jboolean *hasException,
· jobject obj,
· const char *name,
· const char *descriptor, ...)
· {
· va_list args;
· jclass clazz;
· jmethodID mid;
· jvalue result;
· if ((*env)->EnsureLocalCapacity(env, 2) == JNI_OK) {
· clazz = (*env)->GetObjectClass(env, obj);
· mid = (*env)->GetMethodID(env, clazz, name,
· descriptor);
· if (mid) {
· const char *p = descriptor;
· /* skip over argument types to find out the
· return type */
· while (*p != ')') p++;
· /* skip ')' */
· p++;
· va_start(args, descriptor);
· switch (*p) {
· case 'V':
· (*env)->CallVoidMethodV(env, obj, mid, args);
· break;
· case '[':
· case 'L':
· result.l = (*env)->CallObjectMethodV(
· env, obj, mid, args);
· break;
· case 'Z':
· result.z = (*env)->CallBooleanMethodV(
· env, obj, mid, args);
· break;
· case 'B':
· result.b = (*env)->CallByteMethodV(
· env, obj, mid, args);
· break;
· case 'C':
· result.c = (*env)->CallCharMethodV(
· env, obj, mid, args);
· break;
· case 'S':
· result.s = (*env)->CallShortMethodV(
· env, obj, mid, args);
· break;
· case 'I':
· result.i = (*env)->CallIntMethodV(
· env, obj, mid, args);
· break;
· case 'J':
· result.j = (*env)->CallLongMethodV(
· env, obj, mid, args);
· break;
· case 'F':
· result.f = (*env)->CallFloatMethodV(
· env, obj, mid, args);
· break;
· case 'D':
· result.d = (*env)->CallDoubleMethodV(
· env, obj, mid, args);
· break;
· default:
· (*env)->FatalError(env, "illegal descriptor");
· }
· va_end(args);
· }
· (*env)->DeleteLocalRef(env, clazz);
· }
· if (hasException) {
· *hasException = (*env)->ExceptionCheck(env);
· }
· return result;
· }
JNU_CallMethodByName的参数当中有一个jboolean指针，如果函数执行成功的话，指针指向的值会被设置为JNI_TRUE，如果有异常发生的话，会被设置成JNI_FALSE。这就可以让调用者方便地检查异常。
JNU_CallMethodByName首先通过EnsureLocalCapacity来确保可以创建两个局部引用，一个类引用，一个返回值。接下来，它从对象中获取类引用并查找方法ID。根据返回类型，switch语句调用相应的JNI方法调用函数。回调过程完成后，如果hasException不是NULL，我们调用ExceptionCheck检查异常。
函数ExceptionCheck和ExceptionOccurred非常相似，不同的地方是，当有异常发生时，ExceptionCheck不会返回一个指向异常对象的引用，而是返回JNI_TRUE，没有异常时，返回JNI_FALSE。而ExceptionCheck这个函数不会返回一个指向异常对象的引用，它只简单地告诉本地代码是否有异常发生。上面的代码如果使用ExceptionOccurred的话，应该这么写：
· if (hasException) {
· jthrowable exc = (*env)->ExceptionOccurred(env);
· *hasException = exc != NULL;
· (*env)->DeleteLocalRef(env, exc);
}
为了删除指向异常对象的局部引用，DeleteLocalRef方法必须被调用。
使用JNU_CallMethodByName这个工具函数，我们可以重写Instance-MethodCall.nativeMethod方法的实现：
· JNIEXPORT void JNICALL
· Java_InstanceMethodCall_nativeMethod(JNIEnv *env, jobject obj)
· {
· printf("In C\n");
· JNU_CallMethodByName(env, NULL, obj, "callback", "()V");
· }
调用JNU_CallMethodByName函数后，我们不需要检查异常，因为本地方法后面会立即返回。
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