Java进阶: JNI使用技巧点滴

什么是JNI

Java Native Interface（JNI）是Java平台的一个重要特性，它允许Java应用程序调用本地(C、C++）应用程序，并且本地应用程序也可以调用Java应用程序。通过JNI，Java程序员可以使用Java的优点和C的优点，实现可以同时具有可移植性和性能的应用程序。 JNI允许在Java虚拟机(JVM)中运行原生代码，并允许原生代码访问Java对象和API。

JNI的基础知识

在Java应用程序中使用JNI需要进行以下步骤：

创建native方法的声明。
编写一些本地代码。
将本地代码编译成本地库。
加载本地库。
调用本地方法。

以下是一个简单的JNI代码的例子：

public class HelloJNI {
    static {
        System.loadLibrary("hello");
    }
    public native void sayHello();
    public static void main(String[] args) {
        new HelloJNI().sayHello();
    }
}

#include <jni.h>
#include <stdio.h>
JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloJNI_sayHello(JNIEnv *env, jobject obj) {
    printf("Hello!\n");
    return;
}

上面的示例中，Java代码中创建了一个native方法，名为sayHello()，并且调用了该方法。在静态代码块中，使用System.loadLibrary函数载入本地lib库，HelloJNI，如果lib库不在默认的系统路径下，则可以使用System.load(String)指定路径进行加载。C++代码中与Java代码中的native方法名字对应的函数，库函数 JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloJNI_sayHello(JNIEnv *env, jobject obj)。在本例中，JNI函数以 Java_ 开头，后面跟上包含该函数的类名和该函数的名称。具体函数参数说明可在官方文档中查看。

JNI使用技巧

1. JNI异常处理

在JNI编程中，应该经常处理JNI异常，以提高代码可靠性和鲁棒性。可以使用三种类型的异常：Java语言异常、运行时异常和错误。

a. 抛出Java语言异常：

if (stringJava == nullptr) {
    jclass exClass = env->FindClass("java/lang/NullPointerException");
    env->ThrowNew(exClass, "String is null.");
    return NULL;
}

如果编写了一个本地方法，方法需要返回一个对象，当输入参数不符合预期或无法创建返回值时，则可以抛出Java语言异常，以通知Java代码发生了异常情况。

b. 抛出运行时异常：

jclass exClass = env->FindClass("java/lang/RuntimeException");
if (exClass != nullptr) {
    env->ThrowNew(exClass, "Null Pointer Exception.");
    return;
}

当本地方法报告错误，但不属于程序员能够捕获的一类明确异常时，应该抛出运行时异常。

c. 抛出JNI错误：

if (srcBytesLimit < destBytesLen) {
    jclass exClass = env->FindClass("java/lang/OutOfMemoryError");
    env->ThrowNew(exClass, "Out of memory.");
    return JNI_ERR;
}

JNI抛出错误通常意味着出现了Java虚拟机或JNI实现无法继续执行的灾难性情况。

2. Java对象创建和删除

在JNI中，如果需要在本地代码中创建Java对象，可以使用NewObject函数，但是需要注意的是，当本地代码完成对象工作后，应该释放对象资源。

示例代码：

jobject createobj(JNIEnv *env) {
    jclass cls = env->FindClass("java/lang/Object");
    jobject obj = env->AllocObject(cls);
    if (obj == nullptr) {
        return nullptr;
    }
    return obj;
}

void deleteobj(JNIEnv *env, jobject obj) {
    if (obj != nullptr) {
        env->DeleteLocalRef(obj);
    }
    return;
}

在上面的代码示例中，createobj()函数在本地代码中创建Java对象，如果创建成功，则返回实例对象。当完成对该对象的操作时，调用deleteobj()函数释放对象资源。

3. Java字符串和本地字符串之间的转换

在JNI编程中，经常涉及Java字符串和本地字符串之间的转换。在Java语言中，字符串是一个对象，Java字符串对象需要通过GetStringUTFChars函数访问。在将本地字符串转换为Java字符串时，可以使用NewStringUTF函数。

示例代码：

jstring from_c_to_java_string(JNIEnv *env, const char* str) {
    jstring java_string = env->NewStringUTF(str);
    return java_string;
}

char* from_java_to_c_string(JNIEnv *env, jstring j_str) {
    char* r_str = (char*)env->GetStringUTFChars(j_str, nullptr);
    return r_str;
}

void release_java_string(JNIEnv *env, jstring j_str, char* r_str) {
    env->ReleaseStringUTFChars(j_str, r_str);
    return;
}

在上面的代码示例中，from_c_to_java_string()函数可以将本地字符串转换为Java字符串。在from_java_to_c_string()函数中，Java字符串对象需要通过GetStringUTFChars()函数访问。当完成对该字符串的操作时，调用release_java_string()函数释放该字符串对象资源。

结语

本文简单介绍了JNI的基本知识和一些常用技巧，例举了JNI异常处理、Java对象创建和删除以及Java字符串和本地字符串之间的转换等。希望这篇文章能对大家学习JNI有所帮助。

参考资料

官方文档：The Java™ Native Interface: Programmer's Guide and Specification
JNI官方示例：Java Native Interface (JNI) Sample Code

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