Java项目中手动实现JNI（不借助Android Studio）

参考链接： Java JNI实现原理初探 JAVA JNI简单实现 JAVA基础之理解JNI原理

介绍

在Android的Native项目中，我们在Java层定义JNI函数时，Android Studio会自动帮我们编译并创建JNI函数 及 自动生成SO库。本篇文章则是在Java项目中，手动使用javah生成头文件，手动调用gcc编译so库；进行了一个完整的JNI实现流程。

JNI的简单实现(静态注册+生成动态库)

假设当前的目录结构如下：

-
| - xunua
						| Test.java

1、首先编写java文件：

package xunua;
public class Test{
    static{
        System.loadLibrary("bridge");
    }
    
    public native int nativeAdd(int x,int y);
    
    public static void main(String[] args){
        Test obj = new Test();
        System.out.printf("%d\n",obj.nativeAdd(2012,3));
    }
}

代码很简单，这里声明了 nativeAdd(int x,inty) 的方法，执行的时候简单的打出执行的结果。另外这里调用API去加载 名为 bridge 的库，接下来就来实现这个库。

2、生成JNI调用需要的头文件：

生成头文件需要使用到javah.exe工具，这个工具在Java SDK的bin目录中。

javac xunua/Test.java	
javah -jni xunua.Test

第一行代码的作用是：编译xunua包下的Test.java 文件，生成Test.class可执行文件文件。

第二行代码的作用是：将xunua包下的Test类，通过javah生成JNI调用所需要的.h头文件：xunua.h

执行完javah命令后的目录结构是这样的：

-
| - xunua
						| Test.java
						| Test.class
| - xunua_Test.h

xunua_Text.h头文件内容如下：

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class xunua_Test */
//对_Included_xunua_Test的判断是为了避免头文件的重复引入。
#ifndef _Included_xunua_Test	//如果宏_Included_xunua_Test没有被定义，那么执行下面的代码。
#define _Included_xunua_Test	//定义宏_Included_xunua_Test。

#ifdef __cplusplus	//判断当前编译器是否 是支持 cplusplus,如果是C++的编译器，那么就添加extern"C"让编译器以C的方式编译。   如果不是C++的环境，说明是C的环境，那么就不需要添加extern"C"了。
extern "C" {
#endif

JNIEXPORT jint JNICALL Java_xunua_Test_nativeAdd
    (JNIEnv *, jobject, jint, jint);
    
#ifdef __cplusplus
}
#endif

对javah工具生成.h头文件的代码阅读

经常会见到__cplusplus关键字，比如下面的代码：

#ifdef __cplusplus  //当前是否是CPP文件中
extern "C" {
#endif
JNIEXPORT jint JNICALL Java_xunua_Test_nativeAdd
	(JNIEnv *, jobject, jint, jint);
#ifdef __cplusplus
}
#endif

这里面，两种关键字，都是为了实现C++与C兼容的；extern "C"是用来在C++程序中 声明或定义一个C语言代码块的符号，比如：

extern "C" {
    int func(int);
    int var;
}

上面的代码中，C++编译器会将 在extern "C"的大括号内部的代码当做C语言来处理。

由于C和C++毕竟是不同的，为了实现某个程序在C和C++中都是兼容的，如果定义两套头文件，未免太过麻烦，所以就有了cplusplus的出现，这个是在C++中特有的， cplusplus就是C++，也就有了上面第一段代码的使用。

• 如果这段代码是在C++文件中出现，那么经过编译后，该段代码就变成了：

/**********C++文件中条件编译后的结果***************/
extern "C" {
JNIEXPORT jint JNICALL Java_xunua_Test_nativeAdd
	(JNIEnv *, jobject, jint, jint);
}

• 而在C文件中，经过条件编译，该段代码变成了：

JNIEXPORT jint JNICALL Java_xunua_Test_nativeAdd
	(JNIEnv *, jobject, jint, jint);

3、native方法的实现

接下来新增bridge.c文件来实现之前声明的native方法，目录结构如下：

-
| - xunua
			| Test.java
			| Test.class
| - xunua_Test.h
| - bridge.c

bridge.c的内容如下：

#include "xunua_Test.h"//将javah生成的头文件引入

//对头文件声明的函数进行定义
JNIEXPORT jint JNICALL Java_xunua_Test_nativeAdd
	(JNIEnv * env, jobject obj, jint x, jint y){
	return x+y;
}

这里的实现只是简单的把两个参数相加，然后返回结果。

4、生成动态链接库

配置好mingw64工具后，在bin目录下有gcc.exe工具。

linux指令：gcc -shared -I /usr/lib/jdk1.6.0_45/include-I /usr/lib/jdk1.6.0_45/include/linux bridge.c -o libbridge.so

windows指令：gcc -shared -o dll_demo.dll bridge.c //将bridge.c文件 编译成windows可执行文件dll_demo.dll。

注意：gcc编译时如果出现找不到jni.h库，那么就去sdk中将jni.h和jni_md.h导入过来当前目录作为本地文件。检查bridge.c的引入方式，include<>是引入系统库中文件，include" "是引入本地的文件；避免引入方式不正确而无法编译。

我们在java代码中调用的是**System.loadLibrary**("xxx")加载so库,那么生成的动态链接库的名称就必须是libxxx.so的形式（这里指Linux环境；windows中生成是.dll后缀(即：dll_xxx.dll形式)，使用'System.load ("xxx.dll")'进行加载，它们在使用上没有区别），否则在执行java代码的时候，就会报 java.lang.UnsatisfiedLinkError: no XXX in java.library.path 的错误！也就是说找不到这个库。

生成动态链接库之后的目录结构如下：

-
| - xunua
            | Test.java
            | Test.class
| - xunua_Test.h
| - bridge.c
| - libbridge.so

5、执行代码验证结果

java -Djava.library.path=. xunua.Test

//输出2015

Java调用JNI的最简单例子完成。

此处为语雀内容卡片，点击链接查看：www.yuque.com/u26760130/x...

JNI技术实现原理

我们知道cpu只认得 "0101101" 类似这种二进制符号， C、C++ 这些代码最终都得通过编译、汇编成二进制代码，cpu才能识别并执行。。而Java比C、C++又多了一层虚拟机，过程也复杂许多。Java代码经过编译成class文件、虚拟机装载等步骤最终在虚拟机中执行。class文件里面就是一个结构复杂的表，而最终告诉虚拟机怎么执行的就是靠里面的字节码说明。

Java虚拟机在执行的时候，可以采用解释执行和编译执行的方式执行，但最终都是转化为机器码执行。

Java虚拟机运行时的数据区，包括：方法区、虚拟机栈、堆、程序计数器、本地方法栈。

问题来了，按目前的理解，如果是解释执行，那么方法区中应该存的是字节码，那执行的时候，通过JNI 动态装载的c、c++库，放哪去？怎么执行？

那么，刚刚生成的动态链接库"libbridge.so"是如何装进内存的？native方法怎么调用？跟普通的方法调用有什么区别吗？

我们把Test.java改改，增加普通的方法 int add(int x,int y) ：

public class Test{
    static{
        System.loadLibrary("bridge");
    }
    public native int nativeAdd(int x,int y);
    public int add(int x,int y){
        return x+y;
    }
    public static void main(String[] args){
        Test obj = new Test();
        System.out.printf("%d\n",obj.nativeAdd(2012,3));
        System.out.printf("%d\n",obj.add(2012,3));
    }
}

接下来将它编译成class文件，看看class文件中，native方法和普通方法有何区别：

javac hackooo/Test.java

javap -verbose hackooo.Test

解析后，"nativeAdd"和"add"两个方法的结果如下：

  public native int nativeAdd(int, int);
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_NATIVE

  public int add(int, int);
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=3, args_size=3
         0: iload_1       
         1: iload_2       
         2: iadd          
         3: ireturn       
      LineNumberTable:
        line 8: 0

可见，普通的"add"方法是直接把字节码放到code属性表中，而native方法，与普通的方法通过一个标志"ACC_NATIVE"区分开来。java在执行普通的方法调用的时候，可以通过找方法表，再找到相应的code属性表，最终解释执行代码，那么，对于native方法，在class文件中，并没有体现native代码在哪里，只有一个"ACC_NATIVE"的标识，那么在执行的时候改怎么找到动态链接库的代码呢？

深入原理参考此文章：Java JNI实现原理初探_jnibridge-CSDN博客