Ubuntu 使用 JNI 开发实例详解

什么是 JNI

JNI （Java Native Interface）是一种编程桥梁，可用于在 Java 程序和本机代码之间执行互操作。通过 JNI，Java 应用程序可以调用本地函数和本地动态库，也可以使用 Java 调用 Java 以外的本地方法。

常见的用例包括：

• 在 Java 程序中调用 C 或 C++ 实现的库，从而获得更好的性能。
• 在 Java 程序中调用必须使用本机代码（例如设备驱动程序）的系统级操作。
• 在非 Java 程序中调用 Java 方法。

Ubuntu 上使用 JNI 开发的步骤

在 Ubuntu 上使用 JNI 开发可以分为以下几个步骤：

1. 编写本地 C 代码和头文件
2. 将本地 C 代码编译为本机动态库
3. 编写 Java 代码，调用本地动态库

下面将逐一介绍这些步骤。

1. 编写本地 C 代码和头文件

在 Ubuntu 终端中，使用任何文本编辑器（例如 vim 或 nano）打开一个名为 com_example_Test.c 的文件，并编写以下代码：

#include <jni.h>
#include <stdio.h>
#include "com_example_Test.h"

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_example_Test_printHello(JNIEnv * env, jobject obj) {
   printf("Hello from C\n");
   return;
}

上述代码定义了一个名为 Java_com_example_Test_printHello 的本地函数，该函数将输出 "Hello from C"。

然后，还需要为该函数生成一个头文件 com_example_Test.h。在终端中运行以下命令：

javac -h . com/example/Test.java

执行该命令后，将生成名为 com_example_Test.h 的头文件，该文件包含 JNI 函数的声明。

2. 将本地 C 代码编译为本机动态库

在终端中，使用以下命令来编译 C 代码和生成动态库文件 .so：

gcc -fPIC -I${JAVA_HOME}/include -I${JAVA_HOME}/include/linux -shared -o libTest.so com_example_Test.c

上述命令将使用 gcc 编译本地 C 代码，并生成名为 libTest.so 的动态库文件。

3. 编写 Java 代码，调用本地动态库

在 Java 中，调用本地动态库的语法如下：

native void functionName();

在 com.example 包中创建一个名为 Test.java 的类，并编写以下代码：

package com.example;

public class Test {
   public native void printHello();

   static {
      System.loadLibrary("Test");
   }
}

上述代码中，printHello 方法是本地方法，它将调用名为 Java_com_example_Test_printHello 的本地函数。

在静态块中，使用 System.loadLibrary() 方法加载名为 libTest.so 的本地动态库。

在 Ubuntu 终端中，通过以下命令编译 Java 代码：

javac com/example/Test.java

最后，可以通过以下命令运行 Java 应用程序：

java -Djava.library.path=. com.example.Test

成功运行 Java 应用程序后，将输出 "Hello from C"。

示例说明

示例1

下面是一个简单的例子，展示如何在 Java 中调用 C 函数并将其返回值打印到控制台上。

假设我们要编写一个程序，在其中使用 JNI 调用名为 add 的 C 函数，该函数将两个整数相加。

首先，在 Ubuntu 终端中创建一个名为 com_example_Test.c 的文件，并编写以下 C 代码：

#include <jni.h>
#include <stdio.h>
#include "com_example_Test.h"

JNIEXPORT jint JNICALL Java_com_example_Test_add(JNIEnv * env, jobject obj, jint num1, jint num2) {
   return num1 + num2;
}

上述代码定义了一个名为 Java_com_example_Test_add 的本地函数，该函数将两个整数相加，并返回其结果。

然后，使用以下命令编译 C 代码并生成动态库文件：

gcc -fPIC -I${JAVA_HOME}/include -I${JAVA_HOME}/include/linux -shared -o libTest.so com_example_Test.c

接下来，在 com.example 包中创建一个名为 Test.java 的类，并编写以下 Java 代码：

package com.example;

public class Test {
   private native int add(int num1, int num2);

   static {
      System.loadLibrary("Test");
   }

   public static void main(String[] args) {
      Test test = new Test();
      System.out.println("5 + 3 = " + test.add(5, 3));
   }
}

上述代码中，add 方法是本地方法，它将调用名为 Java_com_example_Test_add 的本地函数，并传递两个整数参数。

在静态块中，使用 System.loadLibrary() 方法加载名为 libTest.so 的本地动态库。

在 main 方法中，创建 Test 对象并调用 add 方法，将两个整数相加，并将其结果打印到控制台上。

最后，可以通过以下命令运行 Java 应用程序：

java -Djava.library.path=. com.example.Test

运行程序后，将输出 "5 + 3 = 8"。

示例2

下面是一个示例，展示如何在 Java 中调用 C 函数并修改传递的参数。

假设我们要编写一个程序，在其中使用 JNI 调用名为 swap 的 C 函数，该函数将交换两个整数的值。

首先，在 Ubuntu 终端中创建一个名为 com_example_Test.c 的文件，并编写以下 C 代码：

#include <jni.h>
#include <stdio.h>
#include "com_example_Test.h"

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_example_Test_swap(JNIEnv * env, jobject obj, jintArray arr) {
   jint * vals = (*env)->GetIntArrayElements(env, arr, NULL);
   jint tmp = vals[0];
   vals[0] = vals[1];
   vals[1] = tmp;
   (*env)->ReleaseIntArrayElements(env, arr, vals, 0);
}

上述代码定义了一个名为 Java_com_example_Test_swap 的本地函数，该函数将交换传递的整数数组的前两个元素的值。

然后，使用以下命令编译 C 代码并生成动态库文件：

gcc -fPIC -I${JAVA_HOME}/include -I${JAVA_HOME}/include/linux -shared -o libTest.so com_example_Test.c

接下来，在 com.example 包中创建一个名为 Test.java 的类，并编写以下 Java 代码：

package com.example;

public class Test {
   private native void swap(int[] arr);

   static {
      System.loadLibrary("Test");
   }

   public static void main(String[] args) {
      int[] arr = {3, 7};
      Test test = new Test();
      System.out.println("Before swapping: " + arr[0] + " " + arr[1]);
      test.swap(arr);
      System.out.println("After swapping: " + arr[0] + " " + arr[1]);
   }
}

上述代码中，swap 方法是本地方法，它将调用名为 Java_com_example_Test_swap 的本地函数，并传递整数数组作为参数。

在静态块中，使用 System.loadLibrary() 方法加载名为 libTest.so 的本地动态库。

在 main 方法中，创建一个包含两个整数的数组，并将其传递给 swap 方法，以便其交换前两个元素。

最后，可以通过以下命令运行 Java 应用程序：

java -Djava.library.path=. com.example.Test

运行程序后，将输出 "Before swapping: 3 7" 和 "After swapping: 7 3"。