JNI的介绍举例以及内存管理

为了对Java能力的增强，Java最开始被研发就想到了设计Native接口，最开始是有了Native的接口定义，直接把Java中的对象内存给Native，后来加入了JNI，后来就删除了Native。Native接口还实现了Java的其他分支，如Visual J++实现RNI，GCJ实现的CNI。

JNI（Java Native Interface）是Java提供的一种机制，用于在Java虚拟机中调用本地代码（通常是C或C++代码），或者让本地代码调用Java类和方法。JNI提供了一组标准接口和约定，使Java应用程序可以与本地代码进行交互，从而实现更高效、更灵活和更强大的功能。

JNI的主要作用是提高Java应用程序的性能和功能。通过JNI，Java应用程序可以调用本地代码来执行一些高性能的任务，例如图像处理、音频处理、数据加密等等。此外，JNI还可以让Java应用程序与其他编程语言进行交互，例如C、C++、Python、Perl等等，从而扩展Java应用程序的功能和灵活性。

在JNI中，Java代码和本地代码之间的交互是通过Java本机方法（Native Method）来实现的。Java本机方法是一个由native关键字修饰的Java方法，它的实现在本地代码中完成。在Java应用程序中调用Java本机方法时，Java虚拟机将自动加载本地代码，并在本地代码中执行该方法。本地代码可以使用JNI接口来访问Java对象、调用Java方法、抛出Java异常等等。

以下是一个简单的JNI示例，演示如何在Java应用程序中调用本地代码：

定义Java本机方法

首先，我们需要在Java代码中定义一个本机方法，以指示Java虚拟机调用本地代码。本机方法的定义需要使用native关键字，例如：

java 复制代码

public class NativeDemo {
    public native void sayHello();
}

在这个示例中，我们定义了一个NativeDemo类，其中包含一个本机方法sayHello()。这个方法没有实现，而是在本地代码中实现。

生成本地代码

接下来，我们需要使用Java的工具链来生成本地代码。我们可以使用javac编译Java代码，然后使用javah工具生成本机代码的头文件。头文件将包含Java本机方法的声明和一些JNI接口的定义。例如：

java 复制代码

$ javac NativeDemo.java
$ javah -jni NativeDemo

生成的头文件NativeDemo.h的内容如下：

cpp 复制代码

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class NativeDemo */

#ifndef _Included_NativeDemo
#define _Included_NativeDemo
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
 * Class:     NativeDemo
 * Method:    sayHello
 * Signature: ()V
 */
JNIEXPORT void JNICALL Java_NativeDemo_sayHello
  (JNIEnv *, jobject);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

实现本地代码

接下来，我们需要实现本地代码。在本例中，我们将使用C++来编写本地代码，实现sayHello()方法。我们需要包含jni.h头文件，并实现JNI接口中定义的函数。例如：

cpp 复制代码

#include <jni.h>
#include <iostream>
using namespace std;

JNIEXPORT void JNICALL Java_NativeDemo_sayHello(JNIEnv *env, jobject obj) {
    cout << "Hello from C++!" << endl;
}

在这个示例中，我们包含了jni.h头文件，并实现了Java_NativeDemo_sayHello()函数。该函数将输出一条"Hello from C++!"的消息。

编译本地代码

接下来，我们需要编译本地代码。在这个示例中，我们将使用g++编译本地代码，生成动态链接库（.so或.dll文件）。例如：

cpp 复制代码

$ g++ -shared -fPIC -o libnative.so NativeDemo.cpp -I${JAVA_HOME}/include -I${JAVA_HOME}/include/linux

在这个示例中，我们使用g++编译本地代码NativeDemo.cpp，并生成动态链接库libnative.so。我们还需要使用-I选项指定JNI头文件的路径。

运行Java应用程序

最后，我们可以运行Java应用程序，并调用本机方法。在Java应用程序中，我们需要使用System.loadLibrary()方法加载本地库。在本例中，我们需要加载libnative.so库。然后，我们可以创建NativeDemo对象，并调用其sayHello()方法。Java虚拟机将自动加载本地库，并在本地代码中执行该方法。例如：

java 复制代码

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.loadLibrary("native");
        NativeDemo demo = new NativeDemo();
        demo.sayHello();
    }
}

在这个示例中，我们使用System.loadLibrary()方法加载本地库native，然后创建NativeDemo对象，并调用其sayHello()方法。运行Java应用程序时，我们应该能够看到输出一条"Hello from C++!"的消息。

总之，JNI提供了一种机制，使Java应用程序能够调用本地代码，或让本地代码调用Java类和方法。通过JNI，Java应用程序可以实现更高效、更灵活和更强大的功能。实际上，JNI还涉及到一些复杂的问题，例如内存管理、线程同步、异常处理等等，需要仔细设计和实现。在实际应用中，需要根据具体情况进行调整和优化。

Native Method声明

Native Method除了增加Native声明外，和Java Method差不多。

so的加载

在Java中使用JNI（Java Native Interface）调用本地代码时，需要将本地代码编译成动态链接库（.so或.dll文件），并将其加载到Java虚拟机中。本地库的加载通常在静态代码块中完成，例如：

java 复制代码

```java
public class NativeLibrary {
    static {
        System.loadLibrary("myNativeLibrary");
    }
}
```

在这个示例中，我们使用`System.loadLibrary()`方法加载本地库`myNativeLibrary`。在静态代码块中调用`System.loadLibrary()`方法可以确保本地库在Java类加载时被加载到内存中。

`System.loadLibrary()`方法的参数是本地库的名称，不包括文件扩展名。在加载本地库时，Java虚拟机将按照特定的搜索规则查找本地库。具体来说，Java虚拟机将按照以下顺序搜索本地库：

在JVM内置的路径下搜索。这些路径包括系统路径和扩展路径。
在Java库路径中搜索。Java库路径是通过`java.library.path`系统属性指定的。
在操作系统默认的路径中搜索。操作系统默认的路径通常包括系统目录、用户目录等。

如果在上述路径中找不到指定的本地库，则会抛出`UnsatisfiedLinkError`异常。

在实际应用中，需要根据具体情况进行本地库的加载。如果本地库位于非标准路径下，可以使用`System.setProperty()`方法设置`java.library.path`系统属性，以修改Java库路径。例如：

java 复制代码

```java
public class NativeLibrary {
    static {
        System.setProperty("java.library.path", "/path/to/my/library");
        System.loadLibrary("myNativeLibrary");
    }
}
```

在这个示例中，我们将`java.library.path`系统属性设置为本地库所在的路径，然后再调用`System.loadLibrary()`方法加载本地库。

总之，在Java中使用JNI调用本地代码时，需要将本地代码编译成动态链接库，并将其加载到Java虚拟机中。本地库的加载通常在静态代码块中完成，可以使用`System.loadLibrary()`方法加载本地库。在实际应用中，需要根据具体情况进行调整和优化。

Native注册方式分为静态注册和动态注册

静态注册

静态注册是将本机函数的声明和实现直接写在C或C++源文件中，并使用JNI提供的`JNIEXPORT`和`JNICALL`宏进行声明和实现。例如：

cpp 复制代码

```c
#include <jni.h>

JNIEXPORT void JNICALL Java_MyClass_myNativeMethod(JNIEnv *env, jobject obj) {
    // 实现本机函数
}
```

在这个示例中，我们在C源文件中实现了一个名为`Java_MyClass_myNativeMethod`的本机函数，并使用JNI提供的`JNIEXPORT`和`JNICALL`宏进行声明和实现。`JNIEXPORT`和`JNICALL`宏用于指定函数的调用约定，以确保函数能够被正确地调用。

静态注册的优点是简单易用，不需要编写额外的代码。但是，它的缺点是不够灵活，无法在运行时动态注册本机函数。

动态注册

动态注册是在C或C++源文件中编写一个名为`JNI_OnLoad`的函数，并在该函数中动态注册本机函数。`JNI_OnLoad`函数在本地库加载时自动调用，可以在其中注册本机函数。例如：

cpp 复制代码

```c
#include <jni.h>

JNIEXPORT jint JNICALL JNI_OnLoad(JavaVM *vm, void *reserved) {
    JNIEnv *env;
    if ((*vm)->GetEnv(vm, (void **)&env, JNI_VERSION_1_6) != JNI_OK) {
        return JNI_ERR;
    }

    jclass cls = (*env)->FindClass(env, "MyClass");
    if (cls == NULL) {
        return JNI_ERR;
    }

    JNINativeMethod methods[] = {
        {"myNativeMethod", "()V", (void *)&Java_MyClass_myNativeMethod},
    };

    if ((*env)->RegisterNatives(env, cls, methods, sizeof(methods) / sizeof(methods[0])) < 0) {
        return JNI_ERR;
    }

    return JNI_VERSION_1_6;
}
```

在这个示例中，我们在`JNI_OnLoad`函数中动态注册了一个名为`myNativeMethod`的本机函数。首先，我们通过`GetEnv`函数获取JNIEnv指针。然后，我们使用`FindClass`函数获取Java类的引用，再使用`RegisterNatives`函数注册本机函数。`RegisterNatives`函数的参数包括Java类的引用、本机函数的信息以及本机函数的数量。在这个示例中，我们只注册了一个本机函数。

动态注册的优点是灵活，可以在运行时动态注册本机函数。但是，它的缺点是比较繁琐，需要编写额外的代码。

在Java中使用JNI调用本地代码时，需要将本地代码编译成动态链接库，并将其加载到Java虚拟机中。在本地代码中，需要将本机函数注册到JNI接口中，以便在Java代码中调用。本机函数的注册方式有两种：静态注册和动态注册。静态注册是将本机函数的声明和实现直接写在C或C++源文件中，并使用JNI提供的宏进行声明和实现。动态注册是在`JNI_OnLoad`函数中动态注册本机函数。静态注册简单易用，但不够灵活；动态注册比较繁琐，但灵活性更高。

JNI内存管理分为Java内存管理和Native内存管理，而Java的内存管理分为局部引用和全局引用。

局部引用是Native函数执行的时候持有Java对象，Native函数返回后，Java对象被虚拟机释放掉，Native函数参数里的对象都是局部引用，除了特殊函数，通过JNIEnv调用的函数返回的对象也是局部引用，JNI函数返回时会自动释放。

全局引用是Native手动持有和释放Java对象，GC不会处理全局引用的对象，被持有的对象只能同骨Native手动释放，全局一弄还有一种类型手弱全局引用，对象随时会被释放，使用前需要检查对象是否为nullptr，并使用前转换弱全局引用为局部引用，防止JNI执行过程中对象被GC释放掉。

至于Native的内存管理，我不会。