第一章 JNI概述
一、Java 代码访问本地代码
Java 是跨平台的语言，但是有时候需要调用本地代码（如由 C/C++ 编写的本地代码），为了满足这种需要，Sun公司提供了 JNI 技术， JNI 是 Java 平台的一个功能强大的接口，这个 JNI 接口提供了 Java 与操作系统本地代码互相调用的功能。但是如果一个应用程序使用了 JNI ，那么它就失去了 Java 应用的跨平台特性了，因为 native 方法是平台相关的。这样，当使用了 JNI 的 Java 应用要移植到别的平台上时，就必须重写其 native 代码。
首先让我们通过一个简单的 HelloWorld 程序来学习一下 JNI 的不要实现步骤：
（1）在 Java 类中声明一个 native 方法
使用 eclipse 新建一个 java 工程，工程名为 JavaNativeJni ，然后在其 src 文件夹下新建一个 java 类 NativeTest.java 包名为 cn.org.lion.jniTest
（2）使用 Javah 命令生成包含 native 方法定义的 C/C++ 头文件
在命令行窗口中切换到 eclipse 为 NativeTest 类生成的 class 所在的 bin 目录 ，即 G:\jworkspace\JavaNativeJni\bin （我的 eclipse 的工作空间为 G:\jworkspace），然后执行 javah cn.org.lion.jniTest.NativeTest ，这样就会在该工程的 bin 目录下生成了对应的头文件 cn_org_lion_jniTest_NativeTest.h ，这个头文件的内容如下
/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class cn_org_lion_jniTest_NativeTest */
#ifndef _Included_cn_org_lion_jniTest_NativeTest
#define _Included_cn_org_lion_jniTest_NativeTest
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
* Class: cn_org_lion_jniTest_NativeTest
* Method: HelloWorld
* Signature: ()V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_cn_org_lion_jniTest_NativeTest_HelloWorld
(JNIEnv *, jobject);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif
（3）按照生成的 C/C++ 头文件来编写 C/C++ 源文件
jni.h）是 jdk 中的头文件，我机器的 jdk 目录为 D:\mysoftInstall\jdk1.7.0_10\include ，所以我得到这个目录下把 jni.h 这个头文件复制到这个 win32 项目的目录下，而 jni.h 中包含的头文件 jni_md.h 也是 jdk 里面的头文件，它在D:\mysoftInstall\jdk1.7.0_10\include\win32 目录下，所以这个文件也要复制到当前的 win32 项目目录下。这些头文件都复制过来后，就可以编写 .cpp 源文件了，在源文件夹下新建一个 .cpp 文件，名字任意（我取名为 source.cpp），然后在该 cpp 文件中实现在cn_org_lion_jniTest_NativeTest.h 头文件中定义的函数，最终我的 source.cpp 文件内容如下
#include <iostream>
#include "cn_org_lion_jniTest_NativeTest.h"
using namespace std;
JNIEXPORT void JNICALL Java_cn_org_lion_jniTest_NativeTest_HelloWorld(JNIEnv *env, jobject object)
{
cout << "Hello, Lion !" << endl;
}
编写好后就可编译该项目了，编译后会在该项目的 Debug 目录下生成一个 NativeTest.dll 动态链接库，这就是我们想要的库。
（4）把动态链接库存的路径（我的路径为 G:\VisualStudio2010\NativeTest\NativeTest\Debug;）添加到系统环境变量 Path 变量中，这样 Java 应用才能够找到这个动态链接库。（此时要重启一下 eclipse 这样，因为 eclipse 每次启动时都会读取一次环境变量，修改环境变量后，要让它重新读取新设置的环境变量，就得重启它）我们就可以在 eclipse 的 Java 工程中使用这个 NativeTest.dll 动态链接库了，下面是 NativeTest.java 类的内容。
package cn.org.lion.jniTest;
public class NativeTest {
public native void HelloWorld();
public static void main(String[] args)
{
System.loadLibrary("NativeTest"); //加载动态链接库，括号内写上动态链接库的名称
NativeTest test = new NativeTest();
test.HelloWorld(); //调用库中提供的函数
}
}
Hello, Lion !
上面的四个步骤可简单概括如下
（1）在 Java 类中声明一个 native 方法
（2）使用 Javah 命令生成包含 native 方法声明的 C/C++ 头文件
（3）根据生成的 C/C++ 头文件来编写 C/C++ 源文件
（4）把 DLL 文件加入到 PATH 环境变量上
（5）在 Java 类中加载 DLL ，然后调用声明的 native 方法
其实在这整个过程中，VisualStudio 的作用不过是辅助生成我们想要的 dll 而已 。
二、本地代码访问Java 代码
在被调用的 C/C++ 函数中也可以反过来访问 Java 类，由 javah 工具生成的 C/C++ 头文件函数声明如下
JNIEXPORT void JNICALL Java_cn_org_lion_jniTest_NativeTest_HelloWorld(JNIEnv *env, jobject object)
{
cout << "Hello, Lion !" << endl;
}
JNIEnv 实际上代表了 Java 环境，通过这个 JNIEnv * 指针，就可以对 Java 端的代码进行调用（如创建 Java 类的对象、调用 Java 对象的方法、获取 Java 对象的属性等）， JNIEnv 的指针会被 JNI 传入到本地方法的实现函数中来，可通过它对 Java 端的代码进行操作。 JNIEnv 类中有很多函数可以调用，如比较常用的有：
NewObject/NewString/New<TYPE>Array
Get/Set<TYPE>Field
Get/SetStatic<TYPE>Field
Call<TYPE>Method/CallStatic<TYPE>Method
Java 中的类型和 C/C++ 中的类型的映射关系
Java类型 | 本地类型 | JNI中定义的别名 |
int | long | jint |
long | _int64 | jlong |
byte | signed char | jbyte |
boolean | unsigned char | jboolean |
char | unsigned short | jchar |
short | short | jshort |
float | float | jfloat |
double | double | jdouble |
Object | _jobject* | jobject |
这些我们可以在 jni.h 和 jni_md.h 头文件中找到依据，如果 jni.h 中有如下定义
typedef unsigned char jboolean;
typedef unsigned short jchar;
typedef short jshort;
typedef float jfloat;
typedef double jdouble;
看到这些，我们就不难理解上表中的映射是怎么回事了。
为了能够在 C/C++ 中使用 Java 类， jni.h 头文件中专门定义了 jclass 类型来表示 java 中的 Class 类，在 jni.h 中定义为：typedef _jclass *jclass;
jclass
jclass FindClass(const char* clsName);
jclass GetObjectClass(jobject obj);
jclass GetSuperClass(jclass obj);
FindClass 会在 classpath 系统环境变量中下寻找对应的类，调用这个函数时要传入完整的类名，注意包与包之间要用 “/”分隔，如 jclass cls_string = env->FindClass("java/lang/String");
访问 Java 类中的属性与方法
在 C/C++ 本地代码中访问 Java 端的代码时，一个常见的应用就是获取类的属性和调用类的方法，为了在 C/C++ 中表示属性和方法，jni.h 头文件中定义了 jfieldID、jmethodID 类来分别代表 Java 端的属性和方法。我们在访问或设置 Java 属性的时候，首先要先在本地代码取得代表该 Java 属性的 fieldID，然后才能在本地代码进行 Java 属性的操作。同样的，我们要调用 Java 端的方法时，也是需要取得代表该方法的 jmethodID 才能进行 Java 方法调用。使用 JNIEnv 的
GetFieldID/GetMethodID
GetStaticFieldID/GetStaticMethodID
就可以取得相应的 jfieldID 和 jmethodID，在 jni.h 中，这几个函数声明或定义如下
jfieldID GetFieldID(jclass clazz, const char *name,
const char *sig) {
return functions->GetFieldID(this,clazz,name,sig);
}
jfieldID GetStaticFieldID(jclass clazz, const char *name,
const char *sig) {
return functions->GetStaticFieldID(this,clazz,name,sig);
}
jmethodID GetMethodID(jclass clazz, const char *name,
const char *sig) {
return functions->GetMethodID(this,clazz,name,sig);
}
jmethodID GetStaticMethodID(jclass clazz, const char *name,
const char *sig) {
return functions->GetStaticMethodID(this,clazz,name,sig);
}
GetMethodID 也能够取得构造函数的 jmethodID ，创建一个 Java 对象时可以调用指定的构造方法，如
sig
如对于这样的一个类
package cn.org.lion;
public class HelloNative
{
public void goodness(int temp)
{
// do something...
}
public void goodness(double temp)
{
// do something...
}
}
如果在 C/C++ 中，要取到这个类中重载的 goodness() 方法的 jmethodID，我们该怎么办呢？正如我们所知道的，肯定要先获得这个类的引用，所以我们可这样写
jclass clazz_test = env->FindClass("cn/org/lion/HelloNative");
sig
jmethodID id_function = env->GetMethodID(clazz_test, "goodness", "(I)V"); // 或
jmethodID id_function = env->GetMethodID(clazz_test, "goodness", "(D)V");
属性/方法的类型的，那么 "()V" 括号中该写什么呢？看一下面这个映射表你就知道了
类型 | 相应的签名 |
boolean | Z |
byte | B |
char | C |
short | S |
int | I |
long | J |
float | F |
double | D |
void | V |
object | L用/分隔包的完整类名： Ljava/lang/String; |
Array | [签名 [I [Ljava/lang/Object; |
Method | (参数1类型签名 参数2类型签名···)返回值类型签名 |
注意：Object后面一定要有分号 “;”，多个对象参数中间也要以 分号“;”来分隔，如
方法 | 相应的签名 |
void f1() | ()V |
int f2( int , long ) | (IJ)I |
boolean f3( int []) | ([I)B |
double f4(String, int ) | (Ljava/lang/String;I)D |
void f5( int , String [], char ) | (I[Ljava/lang/String;C)V |
下面我们再通过一个例子来看看如何通过 JNI 实现在本地 C/C++ 代码中获取并操作 Java 中的属性和方法，首先先定义一个 Java 类，并在其中声明一个本地方法 public native void HelloWorld(); 整个类的源码如下
package cn.org.lion.jniTest;
import java.util.Date;
public class NativeTest {
public String str = "JustForTest";
public int num = 168;
public int test_method(int i, Date date, int[] array)
{
System.out.println("test_method()");
return 0;
}
public native void HelloWorld();
public static void main(String[] args)
{
System.loadLibrary("NativeTest");
NativeTest test = new NativeTest();
test.HelloWorld();
}
}
接着用 C/C++代码来实现这个 Java 类中声明的本地方法 HelloWorld () ，并在这个方法中获取 Java 类中的属性和方法，并进行一些简单的操作，源码如下
#include <iostream>
#include "cn_org_lion_jniTest_NativeTest.h"
using namespace std;
JNIEXPORT void JNICALL Java_cn_org_lion_jniTest_NativeTest_HelloWorld(JNIEnv *env, jobject object)
{
cout << "Begin to test !" << endl;
// 先获取对应的对象
jclass temp_clazz = env->GetObjectClass(object);
// 获取对象的属性，并赋值给 jfieldID 类型的变量
jfieldID str_fieldID = env->GetFieldID(temp_clazz, "str", "Ljava/lang/String;");
jfieldID num_fieldID = env->GetFieldID(temp_clazz, "num", "I");
// 获取对象的方法，并赋值给 jmethodID 类型的变量
jmethodID func_methodID = env->GetMethodID(temp_clazz, "test_method", "(ILjava/util/Date;[I)I");
// 调用 test_method 方法
env->CallIntMethod(object, func_methodID, 312L, NULL, NULL);
// 获取 str 和 num 属性
jobject str = env->GetObjectField(object, str_fieldID);
jint num = env->GetIntField(object, num_fieldID);
cout << "before modify, num = " << num << endl;
// 修改 num 属性的值
env->SetIntField(object, num_fieldID, 1110L);
num = env->GetIntField(object, num_fieldID);
cout << "After modify, num = " << num << endl;
}
现在可以编译这个 .cpp 源文件了，得到动态链接库 NativeTest.dll ，然后在上面的 Java 类中就可以加载并使用这个动态链接库了，然后执行这个 Java 程序，该程序打印结果如下
Begin to test !
test_method()
before modify, str = 0051CC4C
before modify, num = 168
After modify, num = 1110
